范志輝，李云龍

0 引言

GSM(Global System for Mobile Communication)全球數字移動通信系統(tǒng)，是目前國內覆蓋范圍最廣、系統(tǒng)可靠性最高、用戶數量最大的數字移動蜂窩通訊系統(tǒng)。基于GSM網絡的短信服務SMS(short Message Service)，作為一種廉價的無線應用方案越來越受到用戶的歡迎和關注，在數據采集、遠程監(jiān)控等領域得到了廣泛的應用[1][2]。電信、電力、軍隊等部門的庫房往往存放著重要的機器設備，需要實時檢測房間的漏水、高溫、斷電、煙火、盜賊入侵等情況，并能夠及時報告異常情況。早期的監(jiān)控系統(tǒng)基于有線網絡存在著布線困難、線路容易被破壞等問題?；贕SM研究開發(fā)一套功能全面，適合無人值守的機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)具重要的意義。安全可靠、穩(wěn)定有效應該是對無人值守系統(tǒng)的基本要求。系統(tǒng)軟件控制著硬件的運行和調配，扮演著十分重要的角色，文章詳細介紹了監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計的策略和實現方法，并給出了系統(tǒng)的實驗情況和使用效果。

1 系統(tǒng)的總體設計

系統(tǒng)通過各類傳感器獲取房間供電電壓、浸水、溫濕度等環(huán)境信息，通過網絡獲取重要服務器的通斷情況，當遇到異常情況通過GSM向機房管理員發(fā)送報警短消息，通過網絡向遠程管理中心發(fā)送網絡報警信息，同時機房值班室報警喇叭響，報警指示燈閃亮。用戶隨時可通過短信發(fā)送命令控制機房設備開關機如開啟空調等。系統(tǒng)工作原理見圖1，具有如下特性：

● 實時檢測機房環(huán)境信息；

● 支持中英文短信；

● 遠程短信修改系統(tǒng)控制參數；

● 登錄監(jiān)控主機需要密碼；

● 報警方式多樣；

● 預留16路繼電器輸出供用戶自定義；

● 穩(wěn)定可靠，適合無人值守。

圖1 系統(tǒng)工作原理示意圖

2 軟件的設計

軟件基于 WindowsXP系統(tǒng)平臺，開發(fā)語言使用VC++6.0，數據庫采用SQL Sever2000。系統(tǒng)軟件策略：基于單文檔模式使用定時器定時查詢傳感器狀態(tài)，有異常發(fā)送報警指令。軟件流程見圖2。下面介紹軟件設計中解決的難點問題。

圖2 軟件流程圖

2.1 GSM Moderm讀寫

GSM Moderm通過標準RS232接口與PC機相連，支持標準AT指令。監(jiān)控主機與GSM模塊通信通過內嵌AT指令的串口命令完成。用到的串口命令及嵌入方法為：WriteFile (ATcmd,nLength of ATcmd，&dwNumRead, NULL)和 ReadFile(ATcmd,nLength of ATcmd，ReadFile)，這里ATcmd一般為char類型，通過sprintf（）函數將AT指令裝入ATcmd中，示例：sprintf(ATcmd, "AT+CMGF=0 ",12)，該語句將AT指令“AT+CMGF=0回車換行”放入ATcmd中，表示采用中文格式顯示短消息內容。其它AT指令也用該方法嵌入串口命令中。本系統(tǒng)用到的AT指令見表1。

表1 常用的AT指令

2.2 雙向短信防沖突策略

實時短信報警和短信遠程控制功能要求GSM雙向收發(fā)短信。系統(tǒng)軟件建立了兩個子循環(huán) A和 B，分別負責發(fā)送和接收短信，兩循環(huán)相互獨立運行，操作串口。由于不管是發(fā)送還是接收一條短消息都需要多次寫讀串口，為避免“答非所問”的兩子循環(huán)搶占串口現象，系統(tǒng)創(chuàng)新研制了“雙向鎖”機制。通過兩個全局變量控制子循環(huán)對串口的操作：當子循環(huán)A操作串口時，使變量B無效，子循環(huán)B不能操作串口，待子循環(huán)A完成串口操作后，使變量B有效，子循環(huán)B可操作串口，同時使變量A無效，子循環(huán)A不能操作串口，待子循環(huán)B完成操串口作后，使變量A有效。此機制有效解決了讀寫GSM模塊沖突的問題。

2.3 簡化中文短信編碼算法

常見的發(fā)送和接收GSM SMS信息格式有兩種[3] ：Text Mode和PDU Mode，Text Mode為純文本字符用于傳輸英文和漢語拼音，便于編程實現但不方便用戶使用。PDU Mode適合傳輸中文，但編碼比較麻煩，PDU串不僅包含消息本身，還包含服務中心號碼、目標號碼、自身號碼、編碼方式和服務時間等。PDU 串其實是一串 ASCII碼，由‘0''-‘9''、‘A''-‘F''組成，一般由編碼得到，常見的編解碼算法有7-bit、8-bit和UCS2。這些算法的實現都需要編寫復雜的C程序代碼，有一定難度。網頁http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=1133有關于這方面的詳細介紹。由于本系統(tǒng)的報警內容相對固定，用到的漢字總數不超過40個，為了簡化編碼算法，加快研發(fā)進度，提出查找匹配法“編碼”中文短消息。由于每個漢字的PDU碼（Unicode碼）可由區(qū)位碼算出，設計時預先根據區(qū)位碼算出這40個漢字的Unicode碼放入程序中（如“機”字的Unicode碼是字符串“673A”，“房”字的Unicode碼是字符串“623F”），對于漢字str查找匹配法實現方法如下：

最多經過39次查找，最終定能找到str對應的字符串。編排時將最常用的漢字放在前面可以較少系統(tǒng)開支。將該段代碼放入子程序中，消息內容有幾個漢字只要調用幾次子程序即可實現中文編碼。此算法編碼效率比7-bit、8-bit和UCS2方式高，適合于內容不多且相對固定的情況。

2.4 命令短信的安全密鑰控制

操作員隨時可以向系統(tǒng)發(fā)送短消息查看機房環(huán)境狀態(tài)或者控制系統(tǒng)完成如重啟服務器、關閉空調等操作，實現遠程無線控制功能。為保證系統(tǒng)安全、準確處理接收到的命令短信，設計中采用如下策略：用定時查詢方式處理GSM接收到的短信，采用密鑰策略對短信內容和來電身份雙重驗證。具體來說，就是在定時循環(huán)中先正確配置GSM工作模式，然后讀取當前GSM中短信數量，找未讀短信（避免重復處理以前的命令），判斷該短信是否來自預定手機號碼（避免被非操作員指揮），比對口令是否正確，以上任何一步不正確退出循環(huán)，否則分析短信內容，決定是重啟、還是關機以及具體對哪一臺設備操作?？诹畈欢ㄆ谛薷模_保安全。采用該策略有效保證了短信命令的穩(wěn)健性。

3 實驗及使用情況

3.1 實驗

本系統(tǒng)試運行階段主要解決了以下問題：

1）短消息在VC程序中發(fā)送不出去的問題；

同樣的AT指令執(zhí)行順序在超級終端可以正常發(fā)送短消息，在自研的 VC程序中卻不能正確發(fā)送。經過分析知道GSM網絡有一定的頻率漂移現象[4] ，信號在信道上的傳輸會出現時間延遲。超級終端已經自動判斷了前一語句是否正確執(zhí)行，才允許寫下一條指令。在程序中每條 AT+CMGS指令后加入 ReadComm（ATcmd，cmdlength）函數，起判斷作用，然后再寫短信內容，問題解決。

2）報警的次數控制

由于機房距離較遠，當警報發(fā)出后，管理員不能及時趕到現場，報警次數過多會造成資源浪費（短信0.1元/條），警報過少可能不能起到提醒作用。有時異常很快又恢復正常（如電壓），如果這時候不能及時告知管理員，也會造成管理員頻繁在兩校區(qū)之間奔走。通過實驗確定這樣的策略：當異常發(fā)生時先連續(xù)發(fā)送4條網絡報警信息，2條短消息，同時新校區(qū)值班室報警燈閃亮，若異常保持，則每5分鐘發(fā)送一條短消息，新校區(qū)值班室報警燈閃亮，不再發(fā)送網絡報警信息；若異?；謴?，則發(fā)送一條機房環(huán)境恢復正常信息，解除警報。

3.2 使用情況

本系統(tǒng)已于08年3月投入河南科技大學新校區(qū)網絡中心機房使用，已準確報警夏季機房浸水、空調死機、供電故障共計六次，遠程重啟郵件服務器、實名認證服務器累計5次，避免了用戶的財產損失，提高了工作效率。特別是有一次主路由器死機，網絡報警和有線電話報警無效，用戶通過短信遠程重啟主路由器，恢復網絡暢通，顯示了GSM網絡與有線網絡相比的優(yōu)越性。該項目為學校節(jié)約開支約15萬元，實現網絡中心機房的無人值守管理，節(jié)約人力資源，遠程無線控制機房設備提高了工作效率。

4 結論

本文介紹了一種基于GSM的機房環(huán)境綜合監(jiān)控系統(tǒng)，詳細介紹了軟件設計中解決的難點。系統(tǒng)能夠實時檢測機房電壓、漏水、聲響、煙火及溫濕度等環(huán)境指標，充分發(fā)揮GSM 網絡無線、可靠、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，投入使用半年多來多次及時準確報告機房危險情況。系統(tǒng)具有遠程無線控制、功能全面、無人值守等特點，具有較好的通用性和擴展性，適合于各類機房和倉庫的環(huán)境監(jiān)控，有很好的應用前景。

[1] 嚴錫君等.基于GPRS的灌區(qū)自動化信息管理系統(tǒng)的研究與實現[J] .微型電腦應用,2008(11),24-26.

[2] 王志勇,巴力登,石磊.基于 B/S結構下分布式控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控[J] .工業(yè)控制計算機, 2006 (4),95-99.

[3] 李元臣,劉維群.基于GSM模塊的遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J] .微計算機信息,2007,10-1,90-94.

[4] 胡修林,李喜林,唐祖平.基于嵌入式多任務系統(tǒng)的串口通信[J] .單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2006 (6),111-114.