基于ARM和3G技术的通信基站监控系统设计

武风波，张会可，周云如

（西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710054）

基于ARM和3G技术的通信基站监控系统设计

武风波，张会可，周云如

（西安科技大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710054）

结合嵌入式设计技术和移动通信技术，文章重点研究了基站监控系统终端硬件、软件设计以及监控中心软件设计。监控终端硬件设计采用ARM11核心处理器，远程传输采用3G技术，文中详细讲述了监控终端的硬件设计和软件设计方法和工作流程。本系统可以实现基站机房环境维护、设备的远程监控，电源自动切换，基站安全报警，基站维修人员管理等功能。

嵌入式ARM；3G技术；基站监控

由于基站机器故障或者被盗造成基站工作异常，甚至瘫痪，给用户和运营商带来巨大损失，也影响移动运营商的公司形象。因此有必要建立一套监控设备运行和基站防盗的系统，提高基站的巡检和故障检修效率，增强设备安全性。很多公司都提出各自的基站监控系统方案，有的是基于PLC硬件平台［1］，有的是采用STM32硬件平台［2］，有的是采用ARM硬件平台［3］，在传输上，主要集中在用短信方式或者GPRS方式，监控管理的内容也相对单一，在综合考虑实际需求的基础上，本文提出一种基于ARM技术的集基站环境参数、监控设备监控以及维修人员管理为一体，具有多种网络传输模式的基站监控管理系统设计方案。

1　系统概述

1.1 系统的基本工作原理

通信基站监控管理系统主要由3部分组成，即位于基站方的监控终端、基站监控数据中心和介于这两者之间的数据通信网组成［4］，基站监控系统的总体结构框图如图1所示。

图1 通信基站监控系统的总体结构

基站监控终端对设备的运行进行数据采集、分析和控制；系统外部拓展了环境信息采集传感器，监控环境状态，控制空调运行；烟雾传感器专门用作基站内部烟雾情况的监控［5］；系统外部拓展门禁装置，对基站机房门进行控制［6］；摄像头模块用于采集基站机房内和外部的图像信息，必要时提供现场视频，外部摄像头用于监控基站机房外部设备，防止被盗。采集的环境以及设备运行状态数据，一方面存储到存储器设备中进行显示，另一方面，通过移动通信网络传送给基站监控中心。如果基站设备出现故障、环境发生变化、有非法人员进入基站，这时，终端可以进行现场报警，并且把将摄像头数据紧急传送给基站监控中心。

基站监控中心作为基站监控的总站，用于汇总各基站监控终端发送来的基站设备运行状态、现场环境状态数据，存储在监控中心数据库；当基站的维护修理或者巡检人员进入机房时，对门禁进行管理控制；当接收到监控终端发来的报警信息时，对报警进行自动处理；如果基站维护人员无法确定基站问题，通过摄像头来回传现场维护视频，方便远程视频指导［7］。

1.2 系统的主要功能

系统功能齐全，具体的功能介绍如下：

（1）基站机房环境监控。包括基站机房内部的温度、湿度、烟雾数据的采集，根据数据，控制机房空调工作，为机房内部设备运行提供环境保障。

（2）基站机房设备状态监控。控制器通过监测设备的运行状态数据，判断设备的运行状态，对设备异常和异常设备的运行日志自动上报。基站监控中心收到异常报告后，相关技术人员分析设备异常的日志信息，有针对性地派出维护修理人员，这样就有效提高维护修理的工作效率。

（3）基站电源监控。监控基站电源的供电状态，控制器可以根据需求自动切换电源，从而有效防范基站设备由于断电而引起的运行瘫痪故障，减小因基站断电带来的企业损失。

（4）基站现场图像信息监控。监控分为基站机房内部监控和外部监控。通过图像监控，有效震慑基站设备的盗窃行为，可以为案件破获提供视频证据，同时系统及时上报事件，有助于设备及时补充，从而及时恢复基站正常运行，减小损失。

（5）基站维护人员管理。系统通过外部的射频识别模块获取进入基站机房的维护修理人员数据，控制电磁锁，这样提高基站维护修理人员管理的工作效率，同时也增强基站安全。

（6）远程技术指导。维护修理人员无法准确理解和解决出现的故障时，可以通过摄像头实时传送现场维护视频，基站监控中心的技术人员实施远程指导，促进问题的解决，提高维护修理的工作效率，保证设备及时恢复运行。

1.3 系统硬件构成

基站监控终端硬件主要可以按照功能划分为5部分，即核心处理器及外部电源LCD显示设备组成的核心控制单元、环境监测采集单元、设备信息采集控制单元、门禁子系统、远程通信单元。基站监控终端的硬件设计如图2所示。

图2 基站监控终端硬件框图

核心控制单元主要由核心处理器选用嵌入式ARM11核心处理器，外围增加供电电源、数据存储器、显示器等部分组成，构成一个最小的控制器系统。

环境监测单元主要包括基站机房的温度、湿度、烟雾等传感器以及空调控制器。

设备信息采集单元主要由备用电源、供电采集控制模块、设备运行状态信息采集控制模块等部分组成，实现基站运行设备的安全监测控制。

门禁子系统主要由射频卡读取模块、电磁控制锁、摄像头构成，共同实现门禁以及设备安全防护功能。

2　系统的软件实现

软件设计主要有两部分，即基站监控终端软件和基站监控中心软件。基站的监控终端，后台采用Linux C编程语言实现对各传感器和模块的控制［8］，界面的编写采用QT开发实现［9］；基站监控中心软件采用windows下的C++实现数据库的管理和界面显示。

2.1 基站监控终端软件设计

在基站监控终端软件设计中，可以将软件按照任务分为5部分：基站运行设备的控制和信息获取、基站的环境监测和空调控制、基站门禁系统控制、监控端的信息远程发送与接收、信息显示等功能模块。软件流程图如图3所示。

基站运行设备信息读取控制线程中，定时读取基站运行设备的状态数据，如果出现异常，根据异常的等级进行自动处理，自动更改设备设置，如果异常的等级达到严重报警的级别，该线程就调用远程通信函数接口将报警信息以及异常设备的运行日志信息发送给基站监控中心。

图3 基站监控终端软件流程图

环境监测线程中，定时读取基站机房内部温度、湿度、烟雾传感器的数据，判定是否有环境参数超标，如果有，程序控制空调进行调温、除湿、换气工作，保持机房内的温度、湿度及最佳的设备运行状态；对于烟雾状态进行分级，如果软件检测到烟雾状态超过某个限度，则触发报警装置，同时读取现场的温度、湿度、烟雾、图像数据，通过远程传送接口，将数据传送给基站监控中心。

门禁管理线程定时检测射频模块读取的射频卡信息，当有数据读入时，程序调用远程传输接口，将数据传送给基站监控中心，等待基站监控中心验证信息，根据监控中心返回的应答指令，控制电磁锁打开与关闭；当检测到机房门处于打开状态时，启动定时子程序，当定时结束时，控制器控制电磁锁自动关闭机房门；程序监测基站电磁锁状态，如果监测到电磁锁遭遇破坏时，调用报警子程序报警，同时调用图像获取函数，通过远程传送接口，将报警信息以及图像信息传送给基站监控中心。

远程传送线程主要有两个功能接口，即通信发送和通信接收。如果有信号触发发送数据接口，程序控制远程通信模块与监控中心建立通信连接，发送数据，发送接口中对数据进行一定的分类：一是普通情况下，只有基站的自动巡检数据，程序采用“不占线”的短信方式构建与基站监控中心的通信连接［10］；二是当处于报警情况下，尤其是基站被未授权人员非法入侵、严重故障时，需要传送图像以及有远程协助请求时，远程传送接口启动通信模块的3G传输，实时传输现场的视频图像数据。数据接收接口监听通信端口状态，解析接收到的数据，调用相应的处理程序。

2.2 基站监控中心软件设计

基站监控中心软件主要由3部分组成：数据库管理模块、人机交互模块、远程传送控制模块。

远程数据传输模块与监控终端的软件设计相同，主要是信息的发送以及接收接口的实现。

数据库管理模块中，建立基站维护管理人员信息库、基站维护修理工作信息库、基站信息库，对于每一个基站建立独立的基站运行状态、报警信息表，建立针对这些数据表的读取、删除、添加接口函数［11］。

对于远程控制信号处理，先调用基站信息数据库相关接口，获取基站的ID信息，调用远程传送接口，根据ID号将控制信号发送给目标基站；对于查询信号，程序调用基站信息数据库，获取基站的ID，根据基站ID，调用基站运行状态数据库查询接口，获取基站的运行状态信息，调用显示函数，进行显示。因此，在基站监控中心的软件设计中，至少有两个线程：日常基站巡检数据处理线程、监控中心外部控制处理线程，其软件的流程如图4所示。

图4 监控中心软件流程图

3　性能分析

该系统的设计和其他一些通信基站监控系统相比，具有如下特点。

（1）监控管理的内容更加齐全，系统简单，ARM11为核心的监控终端处理器可以实现视频、环境监控以及门禁管理、设备准备切换的系统设计需求。

（2）系统采用了已经相对成熟的3G通信技术，不仅可以实现图像数据的发送，而且可以实现实时图像数据的传输。

（3）系统的各硬件模块之间的连接接口设计灵活，实际的应用中，可以根据设计的需求，选择合适的接口来实现系统的搭建组装。

（4）系统通过建立完善的基站设备运行故障数据库，从而实现基站故障的自动分析处理；

（5）系统具有很好的拓展性，可以通过网络共享基站监控中心的数据库，实现省管理中心以及区域管理中心的监控管理。

4　结语

在ARM和3G传输技术的支撑下，本文提出一种基站监控管理系统。该系统根据不同的监控需求，设计具有GSM短信工作模式、3G通信的视频图像传输两种工作模式，包括基站环境监测、设备控制监测、门禁管理、基站故障远程指导操作等多种功能。系统能够满足当前基站的监控管理需求，提高基站监控管理工作的效率。

［1］葛春林，周杰，蔡磊.基于PLC和GSM短信技术移动通信基站监控系统研制［J］.通信技术，2008（204）：232-238.

［2］于长江.基于GPRS的基站信息综合管理系统的设计与实现［D］.长沙：湖南大学，2009.

［3］周艳慧，张凯.基于ARM和GPRS技术的基站监控系统研究与设计［J］.电子制作，2014（11）：70-75.

［4］武风波，强云霄.基于ZigBee技术的远程无线温湿度测控系统的设计［J］.西北大学学报（自然科学版），2008（5）：731-734.

［5］赵巍，彭楚武.基于GPRS的通信基站监控系统设计［J］.计算技术与自动化，2009（4）：59-62.

［6］张永生.非接触式IC卡智能门禁系统［D］.秦皇岛：燕山大学，2012.

［7］张国宁.通信基站监控系统及图像监控方案探讨［J］.山西电子技术，2013（3）：76-77.

［8］（美）理查德·史蒂文斯，（美）拉戈.UNIX环境高级编程［M］.张亚英，戚正伟，译.北京：人民邮电出版社，2006.

［9］邱铁. Linux环境下Qt4图形界面与MySQL编程［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［10］赵小荣.基于短消息的通信基站门禁监控系统设计［D］.南京：河海大学，2007.

［11］（美）贝尔 .深入理解MYSQL［M］.杨涛，王建桥，杨晓云，译.北京：人民邮电出版社，2010.

Design of communication base station monitoring system based on ARM and 3G technology

Wu Fengbo， Zhang Huike， Zhou Yunru
（Communication and Information Engineering College of Xi'an University of Science and Technology， Xi'an 710054， China）

Combining with the embedded design technology and mobile communication technology， this paper focuses on the research orfterminal hardware base station monitoring system， the software design and software design of monitoring center. The monitoring terminal hardware adopts ARM11 core processor， the 3G technology for remote transmission， hardware design and software design methods and working process of monitoring terminal hardware are described in detail in the paper. The system can be able to implement the maintenance of base station computer room environment， remote monitoring of equipment， the automatic switching power supply， the base station security alarm， base station maintenance personnel management and other function.

embedded ARM； 3G technology； base station monitoring

武风波（1965— ），男，陕西澄城，高级工程师；研究方向：通信与信息系统实验教学。