一种用于北斗卫星导航系统监测站的远程集中监控管理技术

熊 帅，李平力，张 伟，苏翠萍

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

卫星导航系统由三部分组成：空间星座部分、地面监控部分以及用户设备部分[1-2]。其中地面监控部分实现系统的运行控制，由主控站、监测站和注入站等地面站组成[3-5]。北斗卫星导航系统要求服务范围广、服务精度高、稳定性好，对地面监测站的运行管理提出了更高的要求[6]。北斗地面监测站基本都是处于无人值守的状态，在监测站运行管理中，采用本地和远程相结合的方式实现监控集中管理，可以加强监测站远程监控管理能力，实现对所有监测站设备的远程集中监控管理，减少运行维护人员上站次数，节省人力、物力成本。本文以此为主线，设计了一套监测站远程集中监控管理系统，为监测站远程监控管理能力的提升提供技术基础。

1 系统架构

监测站远程集中监控管理系统集成度高，集监视与控制两大功能于一体，实现方式采用目前主流的B/S 架构[7]，主要事务逻辑在服务器端实现，极少部分事务逻辑在客户端实现，用户工作界面是Web 浏览器，用户只需登录Web 服务即可实现对所有外场监测站的多层次、全覆盖的监控与管理，监视与控制全面，操作直观方便。

B/S 模式中[8]，在客户端运行Web 浏览器，浏览器访问数据库时，是以超文本形式向Web 服务器提出访问请求；Web 服务器接受客户端请求后，把这个请求转化为数据库语法，并交给数据库服务器；数据库服务器得到请求后，验证其合法性，并进行数据处理，然后将处理后的结果返回给Web 服务器；Web 服务器再一次将得到的结果进行转化和数据分析，变成HTML 文档形式，转发给客户端；客户端浏览器以友好的Web 页面形式将数据显示出来。

本文构建的监测站远程集中监控管理系统主要分成三层管理网络，即现场监控层、管理控制层和远程监控层。监测站远程集中监控管理系统组成架构示意图如图1 所示。

2 现场监控层

现场监控层即为对监测站各个设备单元的工作状态进行监控管理，包括卫星导航高精度测量设备、气象设备、时频设备、通信设备和供电设备等不同类型的设备。为了实现对这些设备工作状态的集中管理，监测站每台设备都通过网络上报自身工作状态信息和接收控制指令并自动执行，其中设备工作状态信息主要包括设备工作模式、各模块工作状态、工作参数、故障告警信息和指令回执等，控制指令主要包括设备工作模式设置、工作参数设置和主备切换设置等。

3 管理控制层

管理控制层即为通过监测站的数据处理与监控设备对监测站进行集中管理控制，包括业务处理服务器、数据库服务器、监视控制Web 服务器和监视控制Web 客户端。现场监控层的各个设备将工作状态信息周期性地发送给业务处理服务器，由业务处理服务器进行收集和统一处理后，按照统一的自定义格式发送到数据库服务器中进行存储。监视控制Web 服务器上的监视控制软件周期性地访问数据库服务器中的数据，获取监测站各个设备工作状态信息。用户在监视控制Web 客户端上利用Web浏览器登录监视控制Web 服务器，即可通过网页查看到各个设备详细的工作状态信息。同时，用户还可以在网页上通过人机界面直接对各个设备设置控制指令，监视控制软件按照统一的自定义接口格式将控制指令发送给业务处理服务器，由业务处理服务器进行处理后发送给对应的设备执行，指令回执则包含在设备工作状态信息中经业务处理服务器发送至数据库服务器，用户通过监视控制软件即可及时得知控制指令执行情况。在管理控制层中，用户通过一台监视控制Web 客户端即可集中查看和管理监测站所有设备的详细工作状态。

4 远程控制层

远程监控层位于主控站，包括远程数据库服务器、数据分析服务器、远程监控Web 服务器和监视控制Web 客户端。通过地面网，主控站接收来自各个监测站业务处理软件发送的业务和设备工作状态数据，并将各个监测站的数据存储在数据库。远程监控层主要从远程状态监视、远程业务监视、远程设备控制和远程电源管理等4 个方面实现对所有监测站设备的远程集中监控管理。

（1）远程状态监视

远程状态监视主要是对监测站的运行状态信息进行远程监视，包含设备工况、各分系统运行状态、故障告警等。远程状态监视数据显示流程如图2 所示，总共分4 步完成：

1）监测站的业务处理服务器实时将监测站的运行状态信息通过地面网发送给远程数据库服务器；

2）远程数据库服务器收到监测站的运行状态信息后，进行数据解析，并将解析后的数据存到数据库中；

3）用户打开Web 服务器的Web 浏览器，登录Web 服务器上的远程状态监视软件，通过网页先选择相应监测站，进入到监测站运行状态显示页面，向远程监控软件发出HTTP 数据请求；

4）远程状态监视软件收到HTTP 数据请求后，通过数据库访问接口，提取数据库中的相应数据，并返回到Web 服务器的Web 浏览器上进行显示。

（2）远程业务监视

远程业务监视主要是对监测站的业务数据信息进行远程监视，包含数据一致性、数据连续性、数据周跳实时统计、卫星可见关系等。远程业务监视数据显示流程如图3 所示，总共分5 步完成：

1）监测站的业务处理服务器实时将监测站业务数据通过地面网发送给远程数据库服务器；

2）远程数据库服务器收到监测站的业务数据后进行数据解析，并将解析后的数据存到数据库中；

3）Web 服务器上的数据分析软件从数据库中获取各监测站数据，然后进行相应的业务数据处理，如数据一致性比对、数据连续性统计、数据周跳实时计算、卫星可见关系等；

4）用户打开Web 服务器的Web 浏览器，向数据分析软件发出HTTP 数据请求；

5）数据分析软件收到HTTP 数据请求后，提取相应的数据分析结果，并返回到Web 服务器的Web 浏览器上进行显示。

（3）远程设备控制

用户通过远程监控管理系统发送设备控制指令，实现对监测站所有设备的远程控制。监测站设备较多，包括气象设备、监测接收机、铷原子钟、路由器、交换机和服务器等。以监测接收机的远程设备控制为例进行说明，如图4 所示，总共分5 步完成：

1）用户打开远程监控Web 服务器的Web 浏览器，登录远程监控Web 服务器上的远程监视控制软件，通过网页先选择相应监测站，连接到相应监测站的网页上；

2）再在相应监测站的网页上，选择监测接收机控制页面，生成监测接收机设备控制指令，经相应监测站的监视控制Web 服务器上的监控软件，通过网络发送到相应监测站的业务处理服务器上的业务处理软件；

3）监测站业务处理软件收到来自监控页面的监测接收机控制指令后，通过网络将指令转发到相应的BD 监测接收机上执行；

4）监测接收机收到控制指令后，处理执行，并将指令回执通过网络发送到业务处理软件；

5）业务处理软件将控制指令回执通过地面网发送到监控软件，形成网页格式，并发送到远程监视控制Web 服务器上的Web 浏览器上显示。

（4）远程电源管理

对于监测站，普通的电源管理方式只能实现机柜级电压电流的监测，因此需要增加机房设备的智能化程度。作为机房整体智能化的最后也是最重要的一环，采用智能电源分配单元（Power Distribution Unit，PDU）加强末端设备电源的智能管理和控制，将极大地提升监测站设备的远程在线维护。

所谓智能PDU[9]，是指通过对机房、机柜内部各种末端设备电流电压的实时监测和反馈，帮助运维人员及时调整各种设备工作状态，可以远程控制相应PDU 孔位通断电状态来实现设备硬重启，恢复设备工作状态，提高监测站维护效率。

通过网络远程控制技术，可以在任何时间和地点通过地面网或本地局域网，启动交互式管理操作界面，对每一个（需选配为总输入或每个支路监测）输入、输出插座的状态（电源功率、电压、电流、通断等）实时监控，以及对各设备进行电源加电和断电，无需浪费人力和时间亲自前往，即可实现设备硬重启。

5 实际运行验证

为了验证监测站远程集中监控管理系统的能力，将该套系统部署在北斗卫星导航系统地面监控部分外场监测站上进行实际运行环境测试，以监测站远程监控管理、监测站远程集中监视、监测站数据连续性实时监视和监测站电源远程管理控制四个功能为例说明测试结果：

（1）监测站远程监控管理功能在主控站通过Web浏览器登录各个监测站的监视控制界面进行操作，能够实现对监测站业务和设备工作状态的监视和控制；

（2）监测站远程集中监视功能在主控站实时接收所有监测站传回的状态信息，并在统一的界面上进行可视化显示，能够实现对所有监测站的远程集中实时监视；

（3）监测站数据连续性实时监视功能对监测站传回主控站的数据连续性进行实时监视，出现丢包或数据中断时能够实时告警；

（4）监测站远程电源管理功能能够远程实时监视监测站各设备的电流使用情况，并能够对所有设备的加、断电进行远程控制。

通过实际运行环境下连续30 天的验证测试，监测站远程集中监控管理系统能够有效地对外场监测站进行实时设备监视、实时业务监视、远程设备管理、远程电源管理等，提升了北斗卫星导航系统地面监控部分外场监测站的远程集中监控管理能力。

6 结语

为了加强监测站远程监控管理能力，本文设计了一套监测站远程集中监控管理系统，采用目前主流的B/S 架构，搭建现场监控层、管理控制层和远程监控层三层管理网络，尤其在远程监控层方面实现了从远程状态监视、远程业务监视、远程设备控制、远程电源管理等方面对监测站多层次地、全覆盖地监控与管理，经过实际运行验证，能够对监测站的运行状态（监测站设备状态、数据接收状态、数据质量状态等）进行全面的实时监视，以及监测站发生故障时快速定位和恢复。