网络巡检系统的研究

2016-10-21 00:44范俊
电子技术与软件工程 2016年5期
关键词:嵌入式

范俊

摘 要 针对传统跨区域通信网络故障巡检的不足,基于嵌入式和计算机技术,设计并且实现了一种网络巡检系统。从硬件平台和软件平台两方面进行了研究,所有巡检硬件设备纳入统一的软件管理平台进行管理,实现了以太网状态检测和故障定位等功能。

【关键词】嵌入式 STM32 巡检设备

1 引言

在很多跨区域联合工作的应用场合中,如铁路SCADA系统、电力SCADA系统、运营商基站管理等领域,需要通过专用通信线路将各区域的设备进行联网,统一管理。为了保证通信的可靠性,当通信线路中某一段出现故障时,需要进行快速巡检,查找故障点,定位故障线路所在区域。此处以铁路SCADA系统为例进行说明,如:用户的智能管理调度中心出现故障报警时,系统和管理人员都无法定位故障源,无法区分是通讯通道故障还是终端设备故障,严重影响系统可靠运行。因此,设计一种网络巡检系统,该系统从根本上解决了以上问题,能快速可靠诊断出物理通信链路故障还是终端设备故障。

2 系统概述

该系统由系统管理中心(EMS)、网络巡检设备(EMU)和系统软件三部分组成,系统架构如图1所示。EMS由無线通信单元和专用操作计算机组成,是系统的控制处理中心,对EMU设备进行远程控制和通信。EMU是分布在以太网物理链路中的功能节点,根据EMS的远程命令执行以太网链路检测功能。

在网络中, 数千个网络巡检设备相互协调实现通信。系统管理中心(EMS)以点对点的方式通过网络查询网络巡检设备(EMU)的数据,并且系统管理中心(EMS)可以采集多路巡检设备的数据, 实现本地或远程实时性监控。具体实现有两种方式:

(1)系统管理中心(EMS)通过以太网向网内任一网络巡检设备(EMU)发送网络监测命令,网络巡检设备(EMU)接收到该远程遥控指令后,对以太网链路进行有效性检测,并通过以太网返回检测结果。

(2)当有线以太网出现故障无法正常通信时,系统管理中心(EMS)通过无线方式向网内任一网络巡检设备(EMU)发送网络监测命令,网络巡检设备(EMU)接收到该远程遥控指令后,对以太网链路进行有效性检测,并通过无线方式返回检测结果。

3 硬件设计

EMU设备硬件组成如图1所示,采用STM32F103VCT6作为主处理器,并且具备以太网通信、232/485串行通信、GSM无线通信模块三种通信接口。

3.1 微控制器 STM32F107VCT6

微控制器是系统的核心, 主要功能是处理数据、存储数据及控制流程等。本设备采用的STM32F107VCT6芯片使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核,工作频率为72MHz,内置128K字节的闪存和20K字节的SRAM,包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器, 2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。

STM32最小系统的设计包括时钟电路和复位电路的设计,电源电压的滤波电路以及程序下载电路。

3.2 以太网通信

STM32F107芯片自带以太网控制器,配合PHY芯片DM9161AEP和网络变压器HR91105A实现以太网接口电路。DM9161AEP通过可变电压的 MII 或 RMII 标准数字接口连接到 MAC 层。

3.3 GSM无线通信

考虑到某些系统的安全性要求,此处利用加密短信方式进行通信。GSM模块选用华为公司GTM900系列,该系列无线通信模块,支持800 M H z/900 MHz/1800 M Hz 三频自动选择,支持标准的 AT命令及增强 AT命令。模块 内嵌 TCP/IP协议,具有语音通信 ,短消息服务,无线数据数据传输等功能。模块还提供了功能完备的系统接口,包括天线接口、模拟音频接口.异步串行接口、SIM卡接口其中最大串口速率可达115200 bits。

GTM 900和单片机之间的数据通信主要是通过端口 UA RT_TDX0 与TDX之间,UA RT_R DX0 与RDX之间的数据传输来完成.其中 GTM 900 上的UA RT_TD X0 口是用于接收从单片机传来的数据,最终数据通过GTM 900上的天线发送出去。GTM 900 上的 UA RT-RD X0 口是用于向单片机发送数据。该模块的其他 U ART 接 口与单片机 10 口相连,可由单片机控制实现上网功能。模块支持外部SIM卡,可直接与 3.0 V SIM 卡或 5 V SIM 卡连 接 ,并自动检测和适应SIM卡类型。

4 结束语

网络巡检系统实现了网络状态检测和故障快速定位的功能,大大缩短了网络故障检修时间,提高网络维护效率,为跨区域设备的通信管理带来了便捷。目前该系统已在某企业通信系统中使用,效果良好。

参考文献

[1]王晓柱,万金领.基于基于网络巡检仪的分布式气压测控系统[J].液压与气动,2004,7:14-15.

[2]王永虹,徐炜,郝立平.STM 32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京航空航天大学出版社,2008.

[3]勾慧兰,刘光超.基于STM 32的最小系统及串口通信的实现[J].工业控制计算机,2012,9(25):26-28.

[4]余坤杰.一种基于GPRS无线通信的远程I/O控制终端实现[J].电视技术,2012,36(13):114-121.

作者单位

民航重庆空管分局技术保障部 重庆市 401120

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