鮑磊磊，黃 亮，吳信明，吳嘉偉，繆明榕

(南通市氣象局技術(shù)裝備保障中心，江蘇南通，226018)

0 引言

南通市氣象局中心機(jī)房網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)了常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)氣象站資料、雷達(dá)資料、預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品等數(shù)據(jù)傳輸；保障全省視頻會(huì)商系統(tǒng)和CMACAST 衛(wèi)星氣象廣播系統(tǒng)的運(yùn)行；保障氣象信息共享平臺(tái)、綜合辦公系統(tǒng)等平臺(tái)的運(yùn)行.目前已建成“省—市 8M 寬帶專線網(wǎng)絡(luò)” 、“市—縣 4M 寬帶專線網(wǎng)絡(luò)”和“市局—南通大氣探測(cè)中心、呂泗國(guó)家氣候基準(zhǔn)站4M 專線網(wǎng)絡(luò)”.網(wǎng)絡(luò)機(jī)房設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境是保證各業(yè)務(wù)工作正常運(yùn)行的先決條件，因此，必須建立一個(gè)對(duì)中心網(wǎng)絡(luò)機(jī)房進(jìn)行監(jiān)控和管理的綜合系統(tǒng)，以便保障氣象數(shù)據(jù)的正常傳輸和氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行.

1 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)介紹

以太網(wǎng)通信中的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)通信，與RS-232 串口通信、RS-485總線通信相比較，具有通信距離遠(yuǎn)，通信質(zhì)量穩(wěn)定，其網(wǎng)絡(luò)是基于復(fù)雜環(huán)境設(shè)計(jì)的，具有自動(dòng)糾錯(cuò)功能.串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)功能可以使用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是該技術(shù)并不是簡(jiǎn)單傳輸媒介的變化，而是串口到TCP/IP 的協(xié)議轉(zhuǎn)化。其關(guān)鍵技術(shù)包括：TCP/IP 的工作模式問(wèn)題、串口分幀技術(shù)、9位技術(shù).這里詳細(xì)分析這些串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口的技術(shù).

1.1 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關(guān)鍵技術(shù)一：TCP/IP 的工作模式問(wèn)題

串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，并非單純的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的轉(zhuǎn)化.因?yàn)榇趨f(xié)議本身不具有網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層，這種轉(zhuǎn)化其實(shí)是將串口的數(shù)據(jù)作為T(mén)CP/IP 的應(yīng)用層數(shù)據(jù)，用TCP/IP 封裝傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行傳輸.

1.2 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關(guān)鍵技術(shù)二：串口分幀技術(shù)

串口數(shù)據(jù)是可以連續(xù)不斷發(fā)送的，而以太網(wǎng)數(shù)據(jù)則是以數(shù)據(jù)包為單位發(fā)送的，因此在轉(zhuǎn)換過(guò)程中必須解決數(shù)據(jù)傳輸匹配的問(wèn)題，用戶可以將數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度做為分幀的依據(jù)：以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包最長(zhǎng)1500 多字節(jié)，可以在串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)器收到1500 字節(jié)以內(nèi)將其打包發(fā)送.另一種串口分幀的方法是通過(guò)數(shù)據(jù)包間隔：用戶設(shè)定數(shù)據(jù)包間隔T，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)現(xiàn)的串口數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)了T 毫秒的空閑時(shí)間時(shí)，則將之前收到的串口數(shù)據(jù)作為一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送.

1.3 串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口關(guān)鍵技術(shù)三：9位技術(shù)

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)是以字節(jié)（8位）為單位傳輸，但串口數(shù)據(jù)中有可能出現(xiàn)第9位，常用于區(qū)分是地址幀還是數(shù)據(jù)幀.那么在當(dāng)串口轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)之后，如何將第9位也傳送出去就成了一個(gè)關(guān)鍵技術(shù).目前已經(jīng)有技術(shù)方案具有快速地適應(yīng)9位的功能，其實(shí)現(xiàn)方法中采用了稱之為RealCom 的協(xié)議，由于增加了第9位，所以串口數(shù)據(jù)不能夠直接透明地轉(zhuǎn)化為T(mén)CP/IP 應(yīng)用層數(shù)據(jù)，Realcom 協(xié)議將串口數(shù)據(jù)打包之后整個(gè)作為T(mén)CP/IP 的應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸.這樣可以在Realcom 協(xié)議的協(xié)議頭部加入該數(shù)據(jù)包的9位是1 還是0 的信息，從而實(shí)現(xiàn)了9位傳輸技術(shù)[4].

本系統(tǒng)采用2個(gè)SNS-2 協(xié)議轉(zhuǎn)換器（RS232 轉(zhuǎn)TCP/IP），其連接方式和配置方法簡(jiǎn)單，直接將COM 口定向至IP 地址，具體配置方法如下：將其通過(guò)串口連接至PC，從開(kāi)始菜單中點(diǎn)擊運(yùn)行，鍵入CMD 并點(diǎn)擊確定.在DOS 窗口下鍵入命令：arp s ＜IP 地址＞ ＜MAC 地址＞，其中IP 為需要為協(xié)議轉(zhuǎn)換器分配的IP 地址，MAC 地址為協(xié)議轉(zhuǎn)換器本身的MAC，配置完后telnet IP，按回車進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式如圖1 所示.

鍵入對(duì)應(yīng)的編號(hào)進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置，比如鍵入0 進(jìn)行服務(wù)器設(shè)置，需要設(shè)置的參數(shù)有IP地址、網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼等，最后鍵入9，保存退出.

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)機(jī)房?jī)?nèi)溫濕度、漏水、煙霧、電壓、電流以及UPS 的監(jiān)控，并采用短信方式進(jìn)行故障告警.數(shù)據(jù)全部通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行傳輸.監(jiān)控中心管理平臺(tái)基于分布式WEB 的B/S 架構(gòu).從而便于管理人員隨時(shí)隨地了解機(jī)房的實(shí)際工作狀況，實(shí)現(xiàn)管控一體化.機(jī)房管理人員可以通過(guò)瀏覽器，直觀地監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)各種狀況.系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖2 所示.

2.1 硬件部分：系統(tǒng)硬件采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集機(jī)，輔以溫濕度變送器、漏水探測(cè)器、PX6 電表、智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器、GSM 短信報(bào)警機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等相關(guān)配套設(shè)備.數(shù)據(jù)傳輸部分采用RVV（4*0.3）信號(hào)線、超五類網(wǎng)線等，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽亢头€(wěn)定.主要功能如下：

1）數(shù)據(jù)采集機(jī)：系統(tǒng)中3個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集機(jī)配套3個(gè)傳感器適配器，傳感器適配器為所有傳感器提供DC12V 的電壓供電，同時(shí)將各傳感器的輸出信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)量信號(hào)的通斷或模擬信號(hào)）轉(zhuǎn)接到可與數(shù)據(jù)采集器的I/O 接口相匹配.

2）溫濕度傳感器：采用12個(gè)溫濕度傳感器，其中9個(gè)用于監(jiān)測(cè)機(jī)房不同位置的溫濕度情況，另外3個(gè)用于監(jiān)測(cè)UPS、UPS 配電柜、市電配電柜的溫濕度.

3）水浸煙霧傳感器：水浸適配器(含20 米感應(yīng)線)用于檢測(cè)機(jī)房精密空調(diào)是否漏水，煙霧傳感器用于檢測(cè)機(jī)房是否著火；兩者均采用DC12V 供電，本系統(tǒng)選擇常開(kāi)型傳感器，輸出形式為干結(jié)點(diǎn)，警戒時(shí)輸出開(kāi)路，報(bào)警時(shí)輸出短路.

4）智能電量?jī)x：采用2個(gè)PX61，安裝在機(jī)房UPS 配電柜電量?jī)x和市電配電柜電量?jī)x內(nèi)部，用于測(cè)量三相電壓、電流輸出、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、視在功率和電能等參數(shù)，通過(guò)通訊接口RS485 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)口與上位機(jī)通訊.

5）協(xié)議轉(zhuǎn)換器：采用2個(gè)SNS-2 協(xié)議轉(zhuǎn)換器（RS232 轉(zhuǎn)TCP/IP），用于對(duì)UPS、精密空調(diào)和配電柜等符合RS232 標(biāo)準(zhǔn)的串口設(shè)備進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將232/485 信號(hào)轉(zhuǎn)換成TCP/IP 形式傳輸，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制.

6）GSM 短信報(bào)警機(jī)：用于將協(xié)議轉(zhuǎn)換器接收到UPS 和精密空調(diào)報(bào)警信息發(fā)送到指定的GSM 卡上，其內(nèi)置GSM 模塊，用戶只需將需要接收預(yù)警短信的手機(jī)號(hào)碼配置進(jìn)以太網(wǎng)，便可以收到內(nèi)部GSM 卡發(fā)送的預(yù)警信息.

2.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為氣象局內(nèi)網(wǎng)，系統(tǒng)設(shè)備均通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)口連接至中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，各硬件設(shè)備的IP 地址規(guī)劃如下：

2.3 系統(tǒng)軟件

中心管理軟件的設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)WEB 軟件構(gòu)架體系，使用Framework.NET 2.0 平臺(tái)，XML 數(shù)據(jù)協(xié)議格式，接收并處理各設(shè)備的報(bào)警信息，值班人員管理采集數(shù)據(jù)并通過(guò)后臺(tái)SERVICE 服務(wù)的模式受理、分析、處理、校驗(yàn).從而保證報(bào)警信息得到及時(shí)準(zhǔn)確的分析，為維護(hù)部門(mén)提供日常維護(hù)報(bào)表、性能狀況統(tǒng)計(jì)報(bào)表等分析數(shù)據(jù).軟件安裝簡(jiǎn)捷，使用簡(jiǎn)便，維護(hù)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保證了數(shù)據(jù)的可靠.軟件的結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示.

圖3 系統(tǒng)軟件的功能框圖

網(wǎng)絡(luò)機(jī)房監(jiān)控管理軟件平臺(tái)運(yùn)行于windwosXP/2003 操作系統(tǒng)上，支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SNMP、OPC 等多種接口和協(xié)議，各模塊的具體功能如下：

1）用戶管理：系統(tǒng)根據(jù)不同的操作者劃分了多級(jí)操作權(quán)限，具有控制權(quán)限的操作者可以進(jìn)行對(duì)監(jiān)控對(duì)象發(fā)送控制指令，權(quán)限等級(jí)可由管理員任意劃分.

2）數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)的管理包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)贏能夠監(jiān)測(cè)到相關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及參數(shù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可供查詢，統(tǒng)計(jì)，打印，生成動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖，歷史數(shù)據(jù)不能被修改.

3）系統(tǒng)安全：當(dāng)出現(xiàn)某些故障或系統(tǒng)操作不正當(dāng)、不正常而導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)、崩潰時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)在監(jiān)控主機(jī)操作系統(tǒng)重新啟動(dòng)后自動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，使之具有更高穩(wěn)定性、安全性.

4）報(bào)警管理：通過(guò)對(duì)相關(guān)采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)設(shè)定數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，并對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類分組，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)警管理功能.并通過(guò)GSM 預(yù)警機(jī)發(fā)送到用戶手機(jī)上.

5）遠(yuǎn)程管理：系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，可通過(guò)局域網(wǎng)，以WEB 方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，所監(jiān)控的對(duì)象可以和監(jiān)控中心具有等同的效果.用戶通過(guò)WEB 瀏覽器實(shí)時(shí)地查看現(xiàn)場(chǎng)站信息，可按權(quán)根進(jìn)行瀏覽、查詢、控制等操作.

6）報(bào)表管理：系統(tǒng)將所保存的歷史數(shù)據(jù)、操作記錄、事件日志生成各種報(bào)表進(jìn)行管理，具有打印功能.各種報(bào)警記錄均可以導(dǎo)出成word 或excel 文檔.

7）在線維護(hù)：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，支持實(shí)時(shí)的修改和維護(hù)，系統(tǒng)在進(jìn)行修改維護(hù)期間，其本身正常的設(shè)備采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警等功能應(yīng)不受影響.

8）可擴(kuò)充性：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，信息端口和系統(tǒng)模塊接口需標(biāo)準(zhǔn)化，可按用戶需求實(shí)現(xiàn)定制功能的開(kāi)發(fā).

3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，已實(shí)施竣工，用戶通過(guò)系統(tǒng)管理軟件遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備與數(shù)據(jù)服務(wù)器的連接狀態(tài)，所有設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù).軟件自帶數(shù)據(jù)分析功能，可查看某一時(shí)間段的最大值和最小值,當(dāng)最大值或最小值超過(guò)了用戶設(shè)定的范圍，軟件可以發(fā)出報(bào)警，并將報(bào)警信息通過(guò)GSM 模塊發(fā)送到用戶手機(jī)上，以下圖片是在一次市電切換工程中，UPS 發(fā)出的報(bào)警信息，通過(guò)GSM 卡，手機(jī)接收到報(bào)警信息如圖4 所示.

4 結(jié)論

基于以太網(wǎng)的氣象網(wǎng)絡(luò)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，使得網(wǎng)絡(luò)管理人員只需在辦公室通過(guò)固定的內(nèi)網(wǎng)IP 就能實(shí)時(shí)查看機(jī)房溫濕度、UPS、精密空調(diào)、配電設(shè)備等儀器的運(yùn)行狀態(tài)情況，使得網(wǎng)管人員免受中心機(jī)房的高磁場(chǎng)、高電平輻射，此系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于其他對(duì)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房監(jiān)控要求比較高的企業(yè)或政府部門(mén).系統(tǒng)經(jīng)過(guò)3個(gè)月的運(yùn)行情況測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

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