戰(zhàn)術(shù)級指揮所智能UPS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1 引言

隨著UPS技術(shù)和IT技術(shù)的不斷發(fā)展，UPS朝著智能化、高頻化、網(wǎng)絡(luò)化等方面發(fā)展，UPS已成為金融、電信、保險、交通、稅務(wù)、證券、能源、制造、軍隊(duì)、教育等各行業(yè)的必要配置。如何對UPS設(shè)備實(shí)施統(tǒng)一、便捷、高效管理，實(shí)現(xiàn)對最感興趣UPS信息的監(jiān)視、分析，如何多途徑報警、智能處理異常等，成為電源使用、管理必須面對和解決的問題。

本文對部隊(duì)戰(zhàn)術(shù)級指揮所多智能化UPS網(wǎng)絡(luò)管理問題進(jìn)行了研究，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種合理、實(shí)用、高效的智能UPS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案。該方案充分利用閑置的計算機(jī)串口資源，減輕了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的工作量，實(shí)現(xiàn)了UPS的群組管理能力，具備了一定的事件智能化處理能力。

2 戰(zhàn)術(shù)級指揮所UPS使用現(xiàn)狀

戰(zhàn)術(shù)級指揮所(以下簡稱指揮所)是指部隊(duì)師、旅級及其以下機(jī)關(guān)的指揮所，一般它是綜合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)的核心。為保障指揮所設(shè)備可靠運(yùn)行、延長其使用壽命，保證指揮、控制、情報信息的暢通傳輸，所有指揮所均配備了高性能的UPS，這些不問斷電源除了在市電異常時提供電壓穩(wěn)定、波形純正的電能外，還具有通過自帶電源監(jiān)控軟件監(jiān)控自身狀態(tài)，記錄、測試、自動設(shè)置、遠(yuǎn)程遙控等功能。

指揮所一般擁有較多的計算機(jī)和通信設(shè)備，且大部分集中在一個或幾個作戰(zhàn)方向室(以下簡稱方向室)內(nèi)，UPS的數(shù)量從幾臺到十幾臺，多數(shù)不間斷電源具有RS232智能監(jiān)控接口，少數(shù)具備SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)接口，利用這些接口經(jīng)過專用通信電纜同服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備相連，將電源與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個具有監(jiān)控功能的網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)。這樣的設(shè)計方案簡單、易于管理，但一個突出缺點(diǎn)是占用了大量本來就比較緊張的服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)資源，對于不同方向室的UPS設(shè)備，必須增加SNMP適配器，或者增加服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。

3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

3.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

結(jié)合實(shí)際情況，本文設(shè)計了一套多UPS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括UPS、網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器端、監(jiān)控終端、各戰(zhàn)斗席位、繪圖、投影等設(shè)備，如圖1所示，采用基于代理/管理器(A/M)模式的基本結(jié)構(gòu)。UPS與監(jiān)控終端的連接主要有以下幾種方式：

(1)UPS的RS 232數(shù)據(jù)線直接連接到監(jiān)控終端串口設(shè)備上;

(2)UPS插人SNMP適配器，以TCP/IP方式接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控終端的連接;

(3)UPS的監(jiān)控線連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備的串口上，網(wǎng)關(guān)作為協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，將UPS接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控終端的連接;網(wǎng)關(guān)可以靈活插入串口擴(kuò)展卡，提供較多的串口資源，本系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備有9個串口，可實(shí)現(xiàn)最多9臺UPS的接入;

(4)將UPS監(jiān)控線連接到普通計算機(jī)(工控機(jī))的串口上，普通計算機(jī)作為服務(wù)器端，代理UPS完成與監(jiān)控終端的連接;服務(wù)器端主機(jī)可以選擇任意一臺距離UPS較近的計算機(jī)，本系統(tǒng)使用的工控機(jī)每臺只有1個串口，能實(shí)現(xiàn)1臺UPS的接入。

本設(shè)計方案，將普通計算機(jī)(工控機(jī))作為服務(wù)器端，充分利用其閑置的串口資源完成串網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)UPS接入網(wǎng)絡(luò)的功能，從而減輕了網(wǎng)關(guān)工作負(fù)擔(dān)，有效降低了系統(tǒng)成本;同時因?yàn)閁PS分布于各服務(wù)器端管理，提高了系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。其中的戰(zhàn)斗、管理席位、繪圖、投影設(shè)備等也通過裝入電源響應(yīng)軟件，實(shí)現(xiàn)接收監(jiān)控終端管控命令，完成電源應(yīng)急操作的功能，與UPS等設(shè)備一起構(gòu)成一套完整的電源網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

代理(Agent)服務(wù)軟件：安裝在服務(wù)器端主機(jī)上或嵌入網(wǎng)關(guān)服務(wù)程序內(nèi)，主要提供串網(wǎng)口協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，一方面將串口獲取的UPS實(shí)時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)發(fā)送給指定網(wǎng)絡(luò)端口，另一方面解析監(jiān)控終端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，生成相應(yīng)的控制指令傳給串口。

管理器(Manager)軟件：安裝在監(jiān)控終端，監(jiān)控終端也可以是網(wǎng)絡(luò)上任一指定計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)以下幾種功能：監(jiān)視UPS數(shù)據(jù)、設(shè)置和控制UPS參數(shù);記錄UPS實(shí)時狀態(tài)和異常狀態(tài)數(shù)據(jù);檢測并診斷異常、狀態(tài)告警、廣播異常數(shù)據(jù);智能決策方案，實(shí)現(xiàn)在電源異常時對各計算機(jī)設(shè)備的應(yīng)急管控。

電源響應(yīng)軟件：可以安裝在所有計算機(jī)(包括部分智能設(shè)備)上，用于響應(yīng)監(jiān)控終端軟件發(fā)來的命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成諸如顯示告警窗口、進(jìn)行語音告警、關(guān)閉所有數(shù)據(jù)庫、正常退出應(yīng)用程序、關(guān)閉計算機(jī)系統(tǒng)等功能。

4 各軟件模塊的結(jié)構(gòu)與功能

4.1 服務(wù)器端程序設(shè)計

服務(wù)器端程序王要完成以下幾個功能：通過TCP監(jiān)聽并建立與監(jiān)控終端的連接;通過RS 232打開并從串口獲取UPS返回數(shù)據(jù)，向串口發(fā)送UPS設(shè)置、控制指令;將串口獲得的數(shù)據(jù)整理、打包，轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端;接收監(jiān)控終端發(fā)來的控制、設(shè)置命令，解析成相應(yīng)UPS指令。

為便于監(jiān)控終端快速找到UPS資源，服務(wù)器端對應(yīng)于串口的網(wǎng)絡(luò)端口應(yīng)設(shè)置為固定值9001(本系統(tǒng)中每臺工控機(jī)臺只有一個COM口)。當(dāng)服務(wù)器端服務(wù)啟動后，程序自動打開并連接串口，同時開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并綁定本地9001端口，使其處于監(jiān)聽模式，以便使監(jiān)控終端方便地掃描、定位本機(jī)數(shù)據(jù)源地址。

考慮到串口通訊速度比較慢，為保證狀態(tài)數(shù)據(jù)的完整性，在服務(wù)程序必須對串口數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，當(dāng)檢測出有回車/換行標(biāo)志(或超時)時，則將此前數(shù)據(jù)從緩存中截取出來，作為一個完整的數(shù)據(jù)行發(fā)送給監(jiān)控終端。

4.2 網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計

網(wǎng)關(guān)的主要功能是進(jìn)行物理接口的引入和數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)在指揮所內(nèi)完成各種接口的接入和各種協(xié)議到IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換工作，可以透明或轉(zhuǎn)換格式地將數(shù)據(jù)在各種通訊設(shè)備上交互。本系統(tǒng)用到網(wǎng)關(guān)的串網(wǎng)口轉(zhuǎn)換功能，該網(wǎng)關(guān)為嵌入式操作系統(tǒng)，其協(xié)議通過軟件轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)，軟件的基本設(shè)計思想同與4.1中服務(wù)器端服務(wù)過程類似。需要注意的是，網(wǎng)關(guān)設(shè)備不是服務(wù)器，只完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)端口一般處于客戶端模式，不停地向監(jiān)控終端發(fā)送TCP連接請求，一旦連接成功，便可以實(shí)現(xiàn)UPS與監(jiān)控終端的對話。

本系統(tǒng)使用的網(wǎng)關(guān)自帶9個串口，每個串口配對一個固定的網(wǎng)絡(luò)端口(端口范圍為9001～9009)，并且將網(wǎng)絡(luò)端口與監(jiān)控終端的701～709端口對應(yīng)連接，以實(shí)現(xiàn)UPS接入網(wǎng)絡(luò)的功能。