基于5G和SNMP协议的小型UPS在线监测方法研究

彭东亮 林保罗 马若声

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7840

基金项目：广东省重点领域研发计划项目（项目编号：2020B0101120003）。

作者简介：彭东亮（1989—），男，硕士，工程师， 研究方向为城市轨道交通通信、信号等。

摘要：针对地铁无人值守车站信号设备房小型不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）因缺乏在线监测而导致故障影响大的问题，开展了基于5G和简单网络管理协议（ Simple Network Management Protocol，SNMP）的小型UPS在线监测方法研究，对监测系统的原理及组成进行了详细的阐述，分析了SNMP协议的管理信息库（Management Information Base，MIB），并给出了MIB库的应用方法，运用5G技术进行数据传输，最后通过编制应用软件，实现了型号为UHA1R-0030L的艾默生小型UPS的远程实时数据采集，为地铁无人值守车站小型UPS远程监测提供了解决方案，对解决长期以来地铁无人值守车站小型UPS发生故障无法及时处理的问题具有十分重要的意义。

关键词：不间断电源系统   单网络管理协议   在线监测   5G通信

中图分类号： U231

小型不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）在地铁无人值守车站信号设备房中广泛应用，但存在故障率高、掉电后重启时间长等问题；同时，由于该设备缺乏在线监测导致故障时维护人员无法第一时间获取故障信息而无法及时处理，对地铁正常运营造成重大影响[1，2]。为此，本文对无人值守车站小型UPS的远程在线监测方法开展了研究，通过5G技术和SNMP协议实现了小型UPS的网络化管理和远程在线监测，有力地保证了地铁正常运营。

1监测原理

UPS实际上是一种可通过简单网络管理协议（ Simple Network Management Protocol，SNMP）进行管理的网络设备，通过SNMP协议可完成UPS的数据采集、UPS信息配置等功能，本文通过SNMP协议实现小型UPS的远程监测。SNMP是目前最为流行的网络管理解决方案，已广泛应用于网络设备管理中[3]。SNMP网络管理主要有三部分：SNMP管理端、SNMP代理和管理信息库（Management Information Base，MIB）[4]。SNMP管理端是指安装有管理软件的客户机或服务器，管理人员通过SNMP管理端对各SNMP代理端进行管理和监控。SNMP管理端主要任务有定时向SNMP代理发送获取设备实时数据的请求，接收SNMP代理发来的设备异常信息，保存设备的实时数据和异常信息，对数据进行分析、诊断和维护，通过E-mail或短信等方式向设备管理人员发送错误报告。

SNMP代理是指安装在被监测设备的一种用于实现SNMP功能的服务。其主要作用是进行数据采集，响应SNMP管理端的读写请求。SNMP管理端通过代理对被监测设备的设备信息进行访问，改写或配置被监测设备参数。

管理信息库（MIB）是被管理对象的集合，是一个存储着网络中可管理的资源和设备的数据库，如图1所示。MIB是一个树形结构，包含一个组织体系和公共结构，SNMP协议消息通过遍历MIB属性目录中的节点对网络中的设备进行访问。图1所示为艾默生小型UPS IT0103K管理信息库（MIB）树形结构图。树形结构中包含了UPS型号信息、UPS系统状态、UPS模拟量数据、UPS控制节点、UPS配置节点、UPS报警表等信息，其中UPS模拟量数据包含了输入电压、输入频率、输出电压、输出电流、输出频率、输出功率、输出视在功率、输出负载、旁路电压、旁路频率、电池电压、电池剩余使用时间等。

MIB库中分两种对象，分别为标量对象和表对象，其中标量对象的标识符OID后面加上.0可构成对象实例，在访问MIB库过程中，主要是对特定对象实例的访问[5]。如艾默生小型UPS系统输入电压节点的OID为“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1”，SNMP管理端在读取该节点数据时，首先构成对象实例“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1.0”，然后组成该节点数据的请求信息并发送至SNMP代理端，由代理端对MIB库进行具体的读取操作。

2系统设计

目前在地铁无人值守车站使用的UPS主要有艾默生和APC两种，通过配置相应的SNMP通讯板卡，结合5G技术将UPS改造成一种网络设备，从而实现小型UPS的网络化管理。SNMP通讯板卡是一种基于SNMP协议的网络管理卡，SNMP管理端（监控软件）通过SNMP协议向SNMP代理端发送SNMP代理端的配置信息或SNMP数据请求，实现对远端UPS的相应管理或监测数据的读取，系统结构见图2所示。

监测数据传输主要采用5G专网，在小型UPS终端处采用5G CPE进行数据发送，在小型UPS的设备房安装PRRU进行数据接收。

SNMP管理端是一台安装有数据库与监控软件的客户机，可布置于值班站点或OCC，由值班人员进行维护管理，SNMP管理端按一定周期向各SNMP代理端发送数据读取请求，将读取的数据存入数据库并进行界面呈现。SNMP代理端是一张SNMP通讯板卡，包含了SNMP代理和相应的MIB库，SNMP通讯板插到小型UPS的SNMP插槽上，并通过网线接入主网络中。SNMP通讯板卡通过响应SNMP管理端的请求信息，从MIB库节点上读取对应的数据，并发送到SNMP管理端。

3软件设计

系统软件分本地监测软件和中心监测软件两部分。本地监测软件部署在监测分机上，实现UPS数据的采集和上传，中心监测软件部署在监控中心服务器上，实现全线所有信号无人值守设备房的UPS监测数据呈现。

3.1本地监测软件

本地监测软件的主程序流程见图3。首先，初始化SNMP代理端的基础信息，包括IP地址、MIB库等，配置完成后软件周期性地向SNMP代理端发送数据读取请求，UPS端接收到监测软件数据读取请求后，根据数据请求命令，从UPS中取出对应的数据，并返回给本地监测软件，本地监测软件接收到UPS监测数据后，根据MIB库对UPS监测数据进行解析，在本地人机界面进行呈现或报警，方便运维人员在进行本地巡查时对UPS数据进行核查或监控。同时本地监测软件也将数据通过5G通信网络上传至监测中心，由监测中心进行存储、呈现和报警。本地监测软件界面见图4所示。

3.2中心监测软件

中心监测软件通过5G网络接收各站上传的监测数据，并在监测中心监测终端上呈现监测数据和告警信息。当中心监测软件监测到线路中任意一个车站UPS发生报警时，发出声光报警，提醒在监测中心值班的运维人员。运维人员接报后通知车站辖区的工班运维人员到现场检查处理，避免了UPS发生故障后影响列车正常运营。

4结语

本文研究了基于5G技术和SNMP协议的小型UPS远程实时监测方法，实现了小型UPS的系统工作状态及模拟量数据查询。通过5G网络组网，可满足地铁无人值守车站的小型UPS远程实时在线监测，避免小型UPS在不知情的情况下掉电，影响列车运营；可减轻日巡检人员工作负担，降低人工成本，提高工作效率；通过扩展接口，系统可接入地铁智能运维系统，在智能运维系统中应用大数据、人工智能等技术，可实现更加智能化的UPS电源管理。

参考文献

[1] 丁称发.城市轨道交通通信系统UPS电源可用性提升方案研究[J].铁道通信信号，2023，59（10）：57-62.

[2] 王宪峰.在线式UPS的研究与设计[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2021.

[3] 孙长兰，王肖立，王亮，等.基于SNMP协议的变电站交换机管理系统设计与实现[J].工业控制计算机， 2022，35（9）：43-44，47.

[4] 周守宇，傅文睿，宋兆磊，等.基于SNMP协议的海关实验室仪器设备绩效监控系统研发 [J].信息系统工程，2023（6）：32-35.

[5] 张文川.基于SNMP协议的计算机网络自诊断系统设计[J].自动化技术与应用，2022，41（6）：46-50.