SM/GPRS在移动通信基站动力环境监控中的应用

【摘要】移动通信网络基站动力环境监控项目因为传输资源的限制而造成项目覆盖范围受限。为解决此问题,文章提出采用SM/GPRS方式传输监控数据,阐述了SM/GPRS技术在定时扫描与控制通信、主动上报告警通信和门禁事件扫描通信三种无线通信类型中的应用,给出了无线模块应用的实例。

【关键词】动力环境监控 SM/GPRS 主动上报 门禁事件 无线通信

1 引言

移动通信网络基站动力环境监控项目中,部分局站由于使用租赁传输电路,无法提供有线传输资源。对于这部分局站,可以采用SM/GPRS方式传输监控数据。

移动通信网络话路资源紧张,GPRS不能保持长连接,部分GPRS甚至可能无法建立连接,导致紧急告警信息不能及时上报到监控平台。基站侧FSU监测到DI量告警后,可通过短信方式上报给监控平台。监控平台在需要查询FSU当前采样数据、历史存储数据、遥控和遥调时,也可通过短信方式通知FSU激活GPRS进行通信,通信结束后通知FSU切换回短信通信方式。

2 SM/GPRS的应用

移动通信网络基站动力环境监控项目的无线通信包括三种类型:定时扫描与控制通信,主动上报告警通信,门禁事件扫描通信。

2.1 定时扫描与控制通信

上位机需要查询或控制时的流程为:前置机向数据采集模块发送短信请求建立GPRS链路,数据采集模块收到后尝试建立链路,成功后前置机通过GPRS方式进行扫描。此时数据采集模块工作在串口作主通讯的方式,因GPRS模块在工作而要求通信内容中增加AT命令。当收到前置机的拆除链路命令后,数据采集模块负责拆除GPRS链路,处理完毕必须删除短信以免接收短信超出模块可存储容量,造成无法接收新短信。数据采集模块对整个通信处理流程如图1所示。

2.2 主动上报告警通信

(1)主动上报告警处理

模拟量AI数据的状态分为正常、上限告警、下限告警三种类型。其中上、下限告警提供比例带的判断设置,即围绕门限值A进一步设置(A±Δa)的上下限,当采样值大于(A+Δa)时判定为超限,当采样值小于(A-Δa)时判定为复限。

DI量的状态处理只判断状态的变化,为防止状态频繁变化而进行延时判断,需对每天告警次数进行限制。当超限后上报该通道故障,不再上报告警,一直等上位机发复位命令后再重新开启该通道DI告警上报功能。

主动上报由数据采集模块分析采集数据判断生成并发起,对于上报数据必须有跟踪处理上位机确认功能。为确保告警数据在上报前不丢失,需要在有告警时先存储到FLASH中后再上报。

(2)主动上报短信告警通信

当数据采集模块检测到有AI、DI告警后先将告警存储在FLASH中,然后检查通信链路,如GPRS在线则由GPRS发送单条告警数据,否则即通过短信发送单条告警数据。通过短信发送数据首先需要发送“准备发短信”命令(AT+CMGS=PDU数据长度),在接收到短信模块正确回应(返回“>”)后才能发送实际告警数据。数据采集模块对整个通信处理流程如图5所示:

主动上报的告警如果没有接收到确认就将进行重发,重发超过设定次数(一般为3次)还未接收到确认,则将本条告警标记为通信故障导致未上送,不再对其主动上送。

为避免数据采集模块新上电时重复上报断电前已经上报过的DI告警,需要保存每次告警时的DI状态。数据采集模块上报告警前需与存储值作比较,如不同再上报。

数据采集模块在没有告警上报时也需要定时向前置机发心跳短信,内容为数据采集模块的ID号,意义为让前置机知道数据采集模块仍然存活。该心跳短信无需前置机确认。

2.3 门禁事件扫描通信

在无线通信方式下数据采集模块无法像有线方式那样采用前置机软透明方式扫描门禁,不过可以采用“半透明”方式进行扫描,即平时由数据采集模块定期扫描门禁历史事件的参数而不是像前置机那样读取门禁历史事件,一旦读取到有新事件记录后即建立GPRS链路,上位机(无线服务器)检测到与底端无线网络连通即可让前置机来读取门禁历史事件,前置机读取完后发拆除链路命令,由数据采集模块负责拆除链路。

为增加通信可靠性,前置机在收到门禁数据后需给数据采集模块回应确认包。数据采集模块在未收到确认包之前将不转发前置机扫描命令给门禁,而是直接将上次暂存的门禁事件数据返回给前置机。如数据采集模块下挂多个门禁控制器,需要将各控制器分别挂在不同的智能口,否则前置机对同一智能口下挂的门禁事件的确认可能会错包,引起通信错误。

前置机在数据采集模块对门禁的扫描处理采用类似智能设备程序的作法,单独以一个文件PCUx.c(x=1～4)的形式实现。为减少开通GPRS的频率,数据采集模块扫描门禁间隔时间缺省配置为0.5小时,也可根据用户需要配置。

上述流程中数据采集模块平时不像前置机那样扫描门禁历史事件,因为门禁一旦回复读取历史事件命令后将会删除存储在本地的历史事件,而这样就必须由数据采集模块再来存储一道相应的历史事件。不采用数据采集模块存储门禁事件的原因如下:

(1)由于数据采集模块需要存储一天的AI实时采样数据以及告警数据,目前已无空间存储门禁事件;

(2)现场门禁没有接门磁、红外传感器,只记录开关门事件,事件记录少,占用GPRS通信时间短;

(3)历史事件在门禁中已作了存储,在数据采集模块中再进行存储既耗费资源又增加工作量。

整个通信流程如图6所示:

为验证此方案的可行性,我们抽取了上海移动1000个基站近一个月来的开关门记录统计报表。统计时,如果下一记录与上一记录相隔不超过一分钟即算作一次事件,直到下一记录时间与上一记录相隔超过一分钟。结果包括两种情况:

(1)传感器工作正常。大部分基站一天的开关门记录在2～5次,每次占用时间2～3分钟;个别基站次数较多,最多有10多次,这样的基站有10个左右。其中最多的站一天发生事件记录的起止时间共两个小时,这其中有13次事件需要上报,累计需要占用31分钟。

(2)传感器异常。这样的基站有5个左右,表现为每分钟都有事件上报,直到有人下站修理。

从上述实际情况来看,在传感器正常的情况下门禁事件采用GPRS链路通讯上报不会频繁持久地占用GPRS链路,而又能够快速上报事件,可以满足用户需求。

为避免上述个别基站因传感器故障不停报开关门事件而长期占用GPRS链路的情况出现,数据采集模块可由用户设定占用时间限制,当一天内因为门禁事件连续通讯超过设定时间(比如1～2小时),或者当天占用链路累计时间超过设定值(比如5～6小时),数据采集模块需要关闭链路,不再进行门禁扫描,并等待上位机的复位命令后清除故障。具体关闭流程为:前置机在扫描命令中增加链路探测命令,数据采集模块在回应链路探测命令时回复关闭链路信息,并附带关闭原因(当天门禁事件超限),这也相当于报告了门禁故障事件。前置机可以通过下发复位命令清除数据采集模块内记录的门禁故障。

2.4 无线模块应用

以倚天ETPro221模块为例,其应用方式包括用于短信和设置的命令行方式(包括用于短信的AT和用于GPRS的AT+i两种,需要按不同使用方式进行切换,特别是在AT命令行状态下如长时间不发AT命令模块会自动转为AT+i状态);用于GPRS的通信方式,包括以透明方式工作的长连接和短连接方式,以命令方式工作的SOCKET方式。模块上电缺省为长连接透明模式。我们在使用中要求模块上电为AT命令行状态,倚天的初始状态与此不同,需要发命令更改。在透明工作模式下如需回到命令行(AT+i命令行)方式则需要输入至少连续三个“+”。为避免在进行GPRS通信过程中数据采集模块向模块连续发送“+”造成意外退出,数据采集模块需要对发送数据中的“+”进行换码,在AT+i命令行方式下通过AT+iMCM切换到AT命令行。在此方式下可收发短信,读取短信由数据采集模块主动发起进行。

我们的应用需要模块上电后处于短信通讯方式,这时模块工作于命令行方式,当收到短信命令或扫描到门禁事件后需要切换到GPRS通讯,此时模块工作于透明数据传送方式。这样进行GPRS通讯时,数据采集模块与前置机之间的通讯与以串口作主通讯时完全相同。为确保通信可靠,采用长连接方式,模块会在失去连接后立即重连。在此方式下,正常情况是由前置机发出拆除链路命令,数据采集模块收到后再进行拆除操作,由此回到命令行方式以释放链路,模块又回到短信通讯方式。由数据采集模块主动拆除链路的意外情况有:

(1)为防止GPRS上线后出现长期无通信而白白占用链路的情况,设定一定时间内收不到前置机命令则数据采集模块发命令主动退出连接;

(2)当天门禁事件超限而导致数据采集模块主动拆除链路。

在实际应用时给模块设定了多种状态,以明确模块在不同方式下的使用,包括短信闲置态(1),读短信态(2),发告警、心跳、响应短信命令态(3、6、9),发告警、心跳、响应短信命令成功态(4、7、10),发告警、心跳、响应短信数据态(5、8、11),删除短信态(17),ATi切换到AT命令行态(18),转透明模式态(19),透明登录GPRS态(26),GPRS在线态(27),透明退出态(28)。上述状态除短信闲置态(1)外均设定了超时时间,正常情况下在到达超时时间之前模块会收到数据,处理程序根据接收到的正常或错误数据使模块转到下一状态。在异常情况下如通讯故障引起超时,则根据状态的不同实行不同的状态转换:若在不同短信工作状态下(2～17)则回到短信闲置态(1),等待下一轮事件触发;若在透明登录GPRS态(26)与GPRS在线态(27),则需要向模块发送退出透明态指令使其转为命令行态;若在透明退出态(28)或收到错误回应,则需要重发退出指令。

参考文献

[1]YD/T 1363-2005, 通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统[S].

[2]YD/T 1051-2000, 通信局（站）电源系统总技术要求[S].

[3]中国移动集团公司. 中国移动机房动力环境监控系统技术规范（GF006 1-2001）[S]. 2001.

[4]中国移动集团公司. 中国移动通信有限公司动力环境监控系统技术规范[S]. 2007.

【作者简介】

庄 冀：毕业于上海工业大学工业自动化系，工学学士，现任职于中国移动通信集团上海有限公司工程建设部建设管理部，主要关注于绿色通信生态网络方面研究，曾代表中国移动通信集团参加了首届中国通信网络节能高层论坛并作主题发言。