一种新的智能动环监控单元

作者简介：陈进（1978—），男，江苏泰兴，主要从事电子信息技术。

0 引言

作为通信系统的重要组成部分，移动基站可以为移动终端提供系统接口和无线功能。近年来，随着通信技术特别是4G 网络的飞速发展以及5G 网络的商业应用，移动基站的数量大大增加。但是，由于我国地理的特殊性，移动基站具有位置分散、环境恶劣和电力不稳定的特点，因而实时监测基站的动力和环境显得尤为重要。基于集团公司、省公司和市公司的组织架构，国内运营商通常使用三层架构的动环系统。超过95％的基站可以通过有线访问，大多数均使用集中分析方法^[1-2]。铁塔公司建立后，从三家运营商手中接管了所有基站。电源监控系统使用集中式体系结构，网络管理系统部署在总部并采用分布式节点进行计算。传输方式是无线的（主要是3G 和4G）。基站的信号数据和远程控制直接访问FSU。该架构采用终端分析方法^[3-4]，并且不再直接访问OMC。

由于FSU 的设备种类繁多，其功能接口差异很大。5G 网络的建设和物联网的发展加快了FSU 设备类型和数量的扩展，进而对FSU系统的兼容性提出了极高要求。频繁升级对于基站的运行和维护是必要的。由于供应商的技术不同，因此升级和组合调整接口的过程非常复杂。FSU 和SC 平台之间的松散相关性导致了问题定位的复杂性，使得该平台难以控制关键功能，如注册FSU，报告警报，收集性能状态，远程控制等^[2]。铁塔公司整合了中国电信，中国移动和中国联通的供电环境监控标准，制定了统一的监控标准和跨平台接口的技术方案^[5]。该方案对供电环境监控的B 接口进行了改革和升级，形成了自动密集型和自适应监控平台的架构^[5-6]，如图1 所示。

在该体系结构中，FSU 是整个监控网络的基本元素。通过将嵌入式系统和应用程序安装到终端自动装置中，可以管理和处理监视数据。FSU 的主要业务功能是控制数据收集，与上级监控平台交互，并根据特定硬件，通过硬件和软件进行集成设计。由于不同类型的FSU 设备的系统软件存在差异，尽管有统一的标准，监控中心仍然难以维护，分析和定位收集数据，尤其是警报数据（由于数据处理过程的差异^[7]）。如果需要升级FSU 软件，则每种类型的设备都需要开发自己的应用程序，这导致灵活性降低和成本升高。

1 FEU边缘节点计算的自动化

随着5G 网络的推广，基站的扩展和物联网技术的发展^[3,8]，越来越多的传感器投入监控，平台容量和运营难度爆炸性加剧。十多种类型和数百万个FSU 设备需要升级。完全依赖于不同区域的供应商来更新版本非常困难，因为这样会导致系统更新工作量巨大，并且软件可能缺失健壮性。因此，有必要对该系统进行改造。通过分析平台软件的结构^[5]，业务流程，边缘节点计算的功能，FSU 的核心芯片以及嵌入式系统的算法^[9-10]，结合密集监控平台的功能规范，本文提出一种自动嵌入式访问单元FEU，该单元将终端计算功能移至FSU 操作系统中，并使每个基站都可以作为分布式单元进行计算。在此基础上，改造接入终端并启动FSU 自动化项目。改造后的结构如图2 所示。

2 FEU软件架构设计

FEU 包含B 接口的所有功能。FSU 通过A 接口从设备收集数据并将数据传送到FEU 之后，FEU 会根据数据种类处理数据，然后更新性能，报告警报，将数据存储为历史记录等。当VPN 的连接状态（在线/ 离线）发生变化时，FSU 需要将所有注册信息（例如VPN 地址，IMSI，网络标准等）通知FEU。一旦FEU 判断为心跳超时，它将通知FSU，并且FSU 将按照Triple-Reboot标准对其进行处理。该过程如图3 所示。

FEU 将作为动态共享库提供给FSU 供应商。由于每个供应商的CPU 芯片各不相同，因此FEU 需要根据每个供应商的交叉链接编译环境进行编译。FSU 软件可以通过feu.h 和libfeu.so 加载动态库，然后在运行过程中启动FEU 功能后可以与监控平台进行交互。

FEU API 包含4 个部分：

● 配置管理，负责设置由配置文件运行的SDK 的参数，包括SDK 的存储空间，IPC 图片的空间，FSU和设备的基本信息，收集点的信息等；

● 回调功能，包括修改FTP 服务参数和控制顺序，报告心跳超时，获取FSU 版本，获取VPN 状态，更正时钟，获取系统资源等；

● 控制SDK 的运行，可以启动或停止SDK 功能，为FSU 分配初始内存，加载配置参数，创建即时实例等；

● 业务交互管理功能，这是FEU 从FSU 接收业务监控功能的核心模型，包括实时远程测量数据，实时远程信号数据，远程控制和提交功能的实时数据，VPN状态的通知，获取FEU 的注册状态等。

平台发出远程控制命令后，FEU 通过回叫功能将其分配给FSU，FSU 操作控制器并将结果返回给FEU，然后FEU 将其反馈给平台。

2.1 自动FEU的突出优势

使用自动FEU 有6 个主要优点：

● 统一管理B 接口，使监控数据更加准确和可靠；

● 功能的高度可扩展性，可以在任何环境中快速升级和部署；

● 监控数据的准确性，有助于快速定位问题；

● 与大多数FSU 设备兼容，适用于新旧设备；

● 自我发展，可以降低购买FSU 的成本；

● 自动监控。

由于上层接口是统一的，软件版本是相同的，并且报告数据的格式完全统一，因此安装和升级简单从而支持基站的新功能，并且操作，维护和管理完全标准化，从而使得系统稳定可靠。该项目实现了基站统一管理，自动部署和简单扩展的目标。FEU 根据需求设计模型，将与硬件和设备接口高度相关的软件划分为独立的部分。通过设计应用程序与监控中心交互并将数据作为单独组件进行管理，FEU 可以对传递监控数据的操作过程进行标准化，从而确保数据的完整性和可靠性。

3 结语

本文提出了一种用于自动监控单元的新系统架构。它将与平台和业务交易的交互打包为与平台交互的功能模型FEU。该模型独立于依赖硬件的应用程序，并且高度兼容，因此使用该模型设计来开发电源环境监视标准是有益的。随着NB-IoT 和5G 网络的推广，未来FEU的标准场景将更加细化，针对不同的接入信号，FEU 将在边缘层中增加更多的计算功能，可以使FEU 的业务服务成为可能，使监控平台越来越自动化。

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（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年2月期）