彭東亮 林保羅 馬若聲

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-7840

基金項(xiàng)目：廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2020B0101120003）。

作者簡(jiǎn)介：彭東亮（1989—），男，碩士，工程師，?研究方向?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄍㄐ?、信?hào)等。

摘要：針對(duì)地鐵無(wú)人值守車站信號(hào)設(shè)備房小型不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）因缺乏在線監(jiān)測(cè)而導(dǎo)致故障影響大的問(wèn)題，開展了基于5G和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（?Simple Network Management Protocol，SNMP）的小型UPS在線監(jiān)測(cè)方法研究，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理及組成進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，分析了SNMP協(xié)議的管理信息庫(kù)（Management Information Base，MIB），并給出了MIB庫(kù)的應(yīng)用方法，運(yùn)用5G技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后通過(guò)編制應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了型號(hào)為UHA1R-0030L的艾默生小型UPS的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，為地鐵無(wú)人值守車站小型UPS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供了解決方案，對(duì)解決長(zhǎng)期以來(lái)地鐵無(wú)人值守車站小型UPS發(fā)生故障無(wú)法及時(shí)處理的問(wèn)題具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：不間斷電源系統(tǒng) ??單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 ??在線監(jiān)測(cè) ??5G通信

中圖分類號(hào)：?U231

小型不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）在地鐵無(wú)人值守車站信號(hào)設(shè)備房中廣泛應(yīng)用，但存在故障率高、掉電后重啟時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題；同時(shí)，由于該設(shè)備缺乏在線監(jiān)測(cè)導(dǎo)致故障時(shí)維護(hù)人員無(wú)法第一時(shí)間獲取故障信息而無(wú)法及時(shí)處理，對(duì)地鐵正常運(yùn)營(yíng)造成重大影響[1，2]。為此，本文對(duì)無(wú)人值守車站小型UPS的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)方法開展了研究，通過(guò)5G技術(shù)和SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了小型UPS的網(wǎng)絡(luò)化管理和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)，有力地保證了地鐵正常運(yùn)營(yíng)。

1監(jiān)測(cè)原理

UPS實(shí)際上是一種可通過(guò)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（?Simple Network Management Protocol，SNMP）進(jìn)行管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)SNMP協(xié)議可完成UPS的數(shù)據(jù)采集、UPS信息配置等功能，本文通過(guò)SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)小型UPS的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。SNMP是目前最為流行的網(wǎng)絡(luò)管理解決方案，已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理中[3]。SNMP網(wǎng)絡(luò)管理主要有三部分：SNMP管理端、SNMP代理和管理信息庫(kù)（Management Information Base，MIB）[4]。SNMP管理端是指安裝有管理軟件的客戶機(jī)或服務(wù)器，管理人員通過(guò)SNMP管理端對(duì)各SNMP代理端進(jìn)行管理和監(jiān)控。SNMP管理端主要任務(wù)有定時(shí)向SNMP代理發(fā)送獲取設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，接收SNMP代理發(fā)來(lái)的設(shè)備異常信息，保存設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和異常信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、診斷和維護(hù)，通過(guò)E-mail或短信等方式向設(shè)備管理人員發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告。

SNMP代理是指安裝在被監(jiān)測(cè)設(shè)備的一種用于實(shí)現(xiàn)SNMP功能的服務(wù)。其主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，響應(yīng)SNMP管理端的讀寫請(qǐng)求。SNMP管理端通過(guò)代理對(duì)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)備信息進(jìn)行訪問(wèn)，改寫或配置被監(jiān)測(cè)設(shè)備參數(shù)。

管理信息庫(kù)（MIB）是被管理對(duì)象的集合，是一個(gè)存儲(chǔ)著網(wǎng)絡(luò)中可管理的資源和設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖1所示。MIB是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，包含一個(gè)組織體系和公共結(jié)構(gòu)，SNMP協(xié)議消息通過(guò)遍歷MIB屬性目錄中的節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)。圖1所示為艾默生小型UPS IT0103K管理信息庫(kù)（MIB）樹形結(jié)構(gòu)圖。樹形結(jié)構(gòu)中包含了UPS型號(hào)信息、UPS系統(tǒng)狀態(tài)、UPS模擬量數(shù)據(jù)、UPS控制節(jié)點(diǎn)、UPS配置節(jié)點(diǎn)、UPS報(bào)警表等信息，其中UPS模擬量數(shù)據(jù)包含了輸入電壓、輸入頻率、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、輸出功率、輸出視在功率、輸出負(fù)載、旁路電壓、旁路頻率、電池電壓、電池剩余使用時(shí)間等。

MIB庫(kù)中分兩種對(duì)象，分別為標(biāo)量對(duì)象和表對(duì)象，其中標(biāo)量對(duì)象的標(biāo)識(shí)符OID后面加上.0可構(gòu)成對(duì)象實(shí)例，在訪問(wèn)MIB庫(kù)過(guò)程中，主要是對(duì)特定對(duì)象實(shí)例的訪問(wèn)[5]。如艾默生小型UPS系統(tǒng)輸入電壓節(jié)點(diǎn)的OID為“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1”，SNMP管理端在讀取該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先構(gòu)成對(duì)象實(shí)例“1.3.6.1.4.1.13400.2.26.2.2.1.0”，然后組成該節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求信息并發(fā)送至SNMP代理端，由代理端對(duì)MIB庫(kù)進(jìn)行具體的讀取操作。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前在地鐵無(wú)人值守車站使用的UPS主要有艾默生和APC兩種，通過(guò)配置相應(yīng)的SNMP通訊板卡，結(jié)合5G技術(shù)將UPS改造成一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)小型UPS的網(wǎng)絡(luò)化管理。SNMP通訊板卡是一種基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理卡，SNMP管理端（監(jiān)控軟件）通過(guò)SNMP協(xié)議向SNMP代理端發(fā)送SNMP代理端的配置信息或SNMP數(shù)據(jù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端UPS的相應(yīng)管理或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的讀取，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸主要采用5G專網(wǎng)，在小型UPS終端處采用5G CPE進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，在小型UPS的設(shè)備房安裝PRRU進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

SNMP管理端是一臺(tái)安裝有數(shù)據(jù)庫(kù)與監(jiān)控軟件的客戶機(jī)，可布置于值班站點(diǎn)或OCC，由值班人員進(jìn)行維護(hù)管理，SNMP管理端按一定周期向各SNMP代理端發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，將讀取的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行界面呈現(xiàn)。SNMP代理端是一張SNMP通訊板卡，包含了SNMP代理和相應(yīng)的MIB庫(kù)，SNMP通訊板插到小型UPS的SNMP插槽上，并通過(guò)網(wǎng)線接入主網(wǎng)絡(luò)中。SNMP通訊板卡通過(guò)響應(yīng)SNMP管理端的請(qǐng)求信息，從MIB庫(kù)節(jié)點(diǎn)上讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到SNMP管理端。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分本地監(jiān)測(cè)軟件和中心監(jiān)測(cè)軟件兩部分。本地監(jiān)測(cè)軟件部署在監(jiān)測(cè)分機(jī)上，實(shí)現(xiàn)UPS數(shù)據(jù)的采集和上傳，中心監(jiān)測(cè)軟件部署在監(jiān)控中心服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)全線所有信號(hào)無(wú)人值守設(shè)備房的UPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

3.1本地監(jiān)測(cè)軟件

本地監(jiān)測(cè)軟件的主程序流程見圖3。首先，初始化SNMP代理端的基礎(chǔ)信息，包括IP地址、MIB庫(kù)等，配置完成后軟件周期性地向SNMP代理端發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，UPS端接收到監(jiān)測(cè)軟件數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求后，根據(jù)數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，從UPS中取出對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并返回給本地監(jiān)測(cè)軟件，本地監(jiān)測(cè)軟件接收到UPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，根據(jù)MIB庫(kù)對(duì)UPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，在本地人機(jī)界面進(jìn)行呈現(xiàn)或報(bào)警，方便運(yùn)維人員在進(jìn)行本地巡查時(shí)對(duì)UPS數(shù)據(jù)進(jìn)行核查或監(jiān)控。同時(shí)本地監(jiān)測(cè)軟件也將數(shù)據(jù)通過(guò)5G通信網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)測(cè)中心，由監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、呈現(xiàn)和報(bào)警。本地監(jiān)測(cè)軟件界面見圖4所示。

3.2中心監(jiān)測(cè)軟件

中心監(jiān)測(cè)軟件通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)接收各站上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并在監(jiān)測(cè)中心監(jiān)測(cè)終端上呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警信息。當(dāng)中心監(jiān)測(cè)軟件監(jiān)測(cè)到線路中任意一個(gè)車站UPS發(fā)生報(bào)警時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，提醒在監(jiān)測(cè)中心值班的運(yùn)維人員。運(yùn)維人員接報(bào)后通知車站轄區(qū)的工班運(yùn)維人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查處理，避免了UPS發(fā)生故障后影響列車正常運(yùn)營(yíng)。

4結(jié)語(yǔ)

本文研究了基于5G技術(shù)和SNMP協(xié)議的小型UPS遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了小型UPS的系統(tǒng)工作狀態(tài)及模擬量數(shù)據(jù)查詢。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，可滿足地鐵無(wú)人值守車站的小型UPS遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，避免小型UPS在不知情的情況下掉電，影響列車運(yùn)營(yíng)；可減輕日巡檢人員工作負(fù)擔(dān)，降低人工成本，提高工作效率；通過(guò)擴(kuò)展接口，系統(tǒng)可接入地鐵智能運(yùn)維系統(tǒng)，在智能運(yùn)維系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)更加智能化的UPS電源管理。

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