地铁综合监控系统方案.doc

地铁综合监控系统方案 概述 地铁商用通信工程综合监控系统 是一套以地铁专用数字传输系统为信息传输通道 以计算 机网络技术 高精度 A D 转换 嵌入式系统开发 基于 PC 的 GUI 软件开发等技术为基础的一套专 用 独立系统 通过这套系统可以实现对地铁民用无线射频分配系统中各车站民用通信机房的 POI 下行信号 机房的温湿度 区间的干线放大器工作状态 电源以及门禁等参数进行实时遥测 并在无线射频 分配系统发生故障时自动报警 为地铁民用无线射频分配系统可靠应用提供了管理手段 系统在设计时已充分考虑到了地铁民用无线射频分配系统兼容 3G 的扩容问题 预留了网管软 件及各站通讯编码单元内嵌入式软件的升级能力 系统采用的硬件设备均为成熟产品 提高监控的可靠性 由于监控单元模块化 端口的标准 化 为今后系统的扩展提供了方便 软件以现今最为流行的 Windows 操作系统为基础进行的开发 操作界面友好 便于操作和维护 系统需求 1 监 控 系 统 建 设 方 式 地 铁 各 个 地 下 商 用 通 信 机 房 均 为 无 人 值 守 机 房 因 此 对 于 设 备 的 日 常 管 理 及 维 护 必 须 有 一 套 完 整 功 能 强 大 的 网 管 系 统 来 管 理 监 视 各 个 站 设 备 的 日 常 工 作 情 况 对 于 系 统 故 障 能 够 及 时 的 发 出 相 应 的 告 警 提 醒 相 关 人 员 进 行 处 理 同 时 具 备 数 据 库 功 能 能 够 储 存 设 备 的 各 种 状 态 如 正 常 状 态 报 警 状 态 和 故 障 信 息 等 同 时 预 留 远 期 接 入 多 条 线 路 进 行 集 中 网 管 监 控 的 条 件 2 网 络 结 构 及 系 统 组 成 监 控 系 统 采 用 一 级 组 网 一 级 组 网 方 式 如 下 被 控 端 站 设 备 RTU 被 控 端 站 设 备 RTU 被 控 端 站 设 备 RTU 被 控 端 站 设 备 RTU 传 输 平 台 监 控 中 心 MTC 被 控 端 站 设 备 被 控 端 站 设 备 被 控 端 站 设 备 被 控 端 站 设 备 被 控 端 站 设 备 被 控 端 站 设 备 被 控 端 站 设 备 传 输 平 台 监 控 中 心 地 铁 监 控 中 心 站 同 时 网 管 中 心 应 能 预 留 接 入 其 它 多 条 线 路 被 控 端 站 设 备 的 条 件 方 案 要 求 建 立 一 套 综 合 监 控 系 统 对 机 房 内 外 所 有 需 要 监 控 的 设 备 机 房 环 境 等 进 行 全 面 监 测 为 保 证 商 用 通 信 系 统 正 常 运 行 提 供 保 障 3 系 统 监 测 控 制 对 象 各个被控站 监测量 遥控量 备注 POI 设备 各个输入支路的输入功率值 合路输出功率值 驻波比 能设置 POI 输入功率报警门限 交流配电设备 交流配电屏每路交流输出电压 电流检测 断电时报警 隧道内放大器 放大器交流电源监测 放大器输出射频信号功率值监测 增益的远端遥控设置 机房环境 机房温度 机房湿度 门禁和身份识别 监测人员进出及进出时间 进门后进行身份鉴别 非法时报警 提供身份识别解决 方案及系统失效的 应急方案 4 监 控 系 统 技 术 条 件 及 功 能 要 求 1 监 控 系 统 技 术 条 件 监 控 系 统 设 置 信 息 监 测 中 心 并 在 各 个 地 下 车 站 设 置 监 测 前 端 设 备 系 统 应 具 有 开 放 性 标 准 化 安 全 性 先 进 性 系 统 应 采 用 先 进 的 开 放 的 成 熟 的 软 硬 平 台 具 有 技 术 先 进 功 能 实 用 安 全 性 好 等 特 点 2 监 控 系 统 功 能 要 求 1 信 息 监 测 中 心 能 显 示 监 控 对 象 包 括 POI 各 个 站 间 的 隧 道 放 大 器 电 源 和 机 房 的 状 态 和 告 警 信 息 通 过 菜 单 或 者 其 它 方 式 选 择 显 示 指 定 监 控 对 象 的 工 作 状 态 等 资 料 完 成 监 控 数 据 报 表 的 处 理 和 存 储 2 监 测 中 心 应 具 有 处 理 功 能 监 控 数 目 和 内 容 应 根 据 维 护 管 理 的 实 际 需 要 确 定 并 能 对 生 成 的 各 种 报 表 进 行 存 储 和 打 印 3 信 息 监 测 中 心 应 能 对 被 监 测 端 站 完 成 周 期 测 试 故 障 告 警 测 试 点 名 测 试 测 试 级 别 的 优 先 级 顺 序 可 由 操 作 人 员 设 定 并 对 测 试 结 果 进 行 分 析 发 现 故 障 即 发 出 告 警 并 判 别 故 障 类 别 当 故 障 发 生 时 无 论 系 统 处 于 任 何 画 面 都 能 自 动 发 出 告 警 提 示 并 可 以 自 动 或 手 动 转 入 告 警 画 面 显 示 故 障 类 型 故 障 位 置 和 故 障 时 间 等 告 警 画 面 中 的 故 障 点 应 以 显 目 鲜 明 的 颜 色 表 示 同 时 应 能 提 供 声 光 报 警 4 系 统 应 能 提 供 报 警 分 级 不 同 等 级 采 用 不 同 提 示 方 式 投 标 方 应 提 供 报 警 分 级 方 案 5 信 息 监 测 中 心 能 通 过 管 理 员 的 操 作 对 远 端 监 控 设 备 进 行 相 关 的 控 制 和 参 数 设 置 操 作 6 信 息 监 测 中 心 具 有 操 作 员 用 户 帐 号 和 权 限 管 理 功 能 具 有 高 安 全 性 系 统 支 持 多 用 户 多 级 密 码 为 不 同 级 别 的 用 户 提 供 不 同 的 操 作 使 用 权 限 7 信 息 监 测 中 心 采 用 以 太 网 实 现 设 备 的 联 网 管 理 中 心 具 有 高 可 靠 性 保 证 系 统 能 24 小 时 不 间 断 运 行 保 证 系 统 数 据 的 安 全 8 监 测 中 心 具 有 通 信 处 理 单 元 能 处 理 接 收 由 传 输 系 统 E1 通 道 提 供 的 数 据 信 息 3 监 控 系 统 可 靠 性 要 求 应 采 取 可 靠 措 施 以 保 证 系 统 数 据 不 会 丢 失 确 保 系 统 的 正 常 运 行 设 备 MTBF 大 于 50000 小 时 4 监 控 系 统 易 维 护 性 要 求 系 统 具 有 模 块 化 结 构 符 合 标 准 化 系 统 故 障 具 有 快 速 修 复 能 力 5 监 控 系 统 易 用 性 要 求 系 统 的 应 用 软 件 应 为 全 汉 化 版 本 操 作 系 统 为 Windows 操 作 系 统 支 持 简 体 中 文 系 统 操 作 应 提 供 详 细 在 线 帮 助 6 监 控 系 统 可 扩 展 性 要 求 系 统 应 用 软 件 应 具 有 模 块 化 结 构 可 以 很 好 的 扩 展 或 调 整 系 统 规 模 以 适 应 管 理 体 制 的 需 要 系 统 应 具 有 良 好 的 扩 展 性 可 随 着 商 用 通 信 系 统 的 扩 展 而 扩 展 如 监 控 通 信 设 备 的 增 加 机 房 的 变 化 增 加 等 7 监 控 系 统 电 磁 兼 容 性 要 求 监 测 系 统 具 有 良 好 的 电 磁 兼 容 性 监 测 设 备 本 身 不 产 生 影 响 被 测 控 设 备 正 常 工 作 的 电 磁 干 扰 同 时 亦 具 备 对 外 界 EMI 的 屏 蔽 功 能 不 致 产 生 误 报 警 或 虚 报 警 信 息 组成 系统设备主要有两大部分组成 网络监控中心设备 沿线各站通讯编码单元 OCC 网络监控中心设备包括 数据服务器 1 台及相应软件 24 端口 10 100M 自适应以太网交 换机 1 台 激光打印机 1 台 E1 协议转换器 告警监控台及相应软件 通信编码单元 每车站民用通信机房一台 它是由高性能单片计算机及嵌入式软件构成的一 体化设备 它可实现多个通道 12 位 A D 转换可连接 POI 的检波信号 温湿度传感器 带有 RS232 485 串行接口用与干线放大器 电源和门禁等设备监测 还可以同其它串行设备通信 带有 10Base T 以太网接口可以直接通过 E1 协议转换器接入传输网络通过传输网络连接到监控中心的 E1 转换器 在监控中心通过数据服务器和告警监控台可以对各车站机房内的 POI 机房温湿度 电源 门禁系统和隧道内的干线放大器等设备的状态进行监控 工作原理 1 车站下行 POI 输入 输出信号的测试 在下行 POI 的每一个运营商 BTS 输入端口上都设有定向耦合器 耦合出的信号用检波器进行 检波 成为直流信号 该直流信号的大小与 BTS 输入信号的功率有确定的关系 检测该直流信号 的大小就可计算出对应 BTS 输入的功率 POI 输出信号的测试原理与上述相同 在合路输出端口上 也设有定向耦合器 耦合出的前向信号进行检波可计算出合路输出端口的 前向 输出功率 耦 合出的反向信号进行检波可计算出合路输出端口的反射功率 通过前向功率与反射功率可计算出 输出电压驻波比 有关 POI 的详细原理可详见有关 POI 的章节 由于在下行 POI 的每一个运营商 BTS 输入端口和 POI 合路输出端口上都同时存在多个不同频 率的射频信号 耦合出的信号检波时是对其合成信号的瞬时电压进行检波 无法对各载波单独检 波 因此 无法测出个载波的功率 而且各输入 输出端口信号的功率测试值也可能有较大误差 2 通信编码单元 在各车站通信机房的通信编码单元中使用高速 32 位单片机 该处理器运 算速度快 在技术方面可扩展性好 使用这种处理器开发的处单元 带多个 12 位 A D 转换端口通 道 将下行 POI 输出的各检波信号和温 湿度传感器输出的信号送这些 A D 转换端口 配合通信 编码单元中软件的设置 就可分别对它们进行抽样 量化和计算 抽样速度为 4k samples s 量 化精度为 12 位 这样可保证 A D 转换的实时性和精度 通信编码单元除了具有 A D 转换功能 还 有 RS232 接口和 RS485 总线接口具有串行通信功能的端口 用 RS232 串行接口监控门禁系统的信 息 把每个进出机房的工作人员的时间信息 发送给网管监控中心的数据服务器 进行记录和保 存 通信系统中的干线放大器的监控方式采用的是 RS485 总线方式 各车站所在区间内干线放大 器通过两对双绞线以 RS485 总线的形式连接到通信编码单元的 RS485 接口上 实现通信编码单元 与干线放大器之间的通信 完成干线放大器的实时监控 通信编码单元还具有一个 10Base T 标准以太网接口 其嵌入式软件可将 A D 转换数据和串口 数据 RS232 和 RS485 包装为 IP 数据包 通过 E1 协议转换器 把数据进行转换通过地铁专用传 输网络的 E1 通道连接到网络监控中心 到达监控中心再将 E1 通道中的数据转换成 IP 数据包 通 过连接在的以太网交换机上服务器和工作站接收并对数据进行处理 实现与数据服务器的通信 通信编码单元采用 19 标准结构 可安装在 19 标准机柜内 高度为 2U 通信编码单元详细原理见第八节通信编码单元的介绍 3 干线放大器的监测 当监控中心需要查询干线放大器时 告警监控台发出查询信息通过 传输通道传送到干线放大器 查询信息首先发送到通信编码单元 通信编码单元再通过 RS485 总 线 将查询信息传送给隧道内的干线放大器 干线放大器在接收到查询命令后 干线放大器把工 作状态信息收集好后 通过 RS485 总线将查询好的状态信息传回通信编码单元 再由通信编码单 元将数据打包处理后发送回监控中心 在告警监控台上显示干线放大器的工作状态 当干线放大 器有故障时 会自动将故障信息上报到通信编码单元 再由通信编码单元发送到监控中心 在告 警监控台上显示干线放大器的故障信息并有声光提示 4 电源的监测 当监控中心需要查询电源状态时 告警监控台发出查询信息通过传输通道 传送到电源 查询信息首先发送到通信编码单元 通信编码单元再通过 RS232 串行接口 将查询 信息传送给机房内电源的监测单元 电源的监测单元在接收到查询命令后 把电源的工作状态信 息收集好后 通过 RS232 串行接口将查询好的状态信息传回通信编码单元 再由通信编码单元将 数据打包处理后发送回监控中心 在告警监控台上显示机房内电源的工作状态 当机房电源有故 障时 会自动将故障信息上报到通信编码单元 再由通信编码单元发送到监控中心 在告警监控 台上显示机房电源的故障信息并有声光提示 5 门禁的监测 在有工作人员开门进入机房后 使用工作卡在机房内的门禁系统上进行刷 卡识别 在身份确认后系统记录工作人员的进入时间 工作人员工作完成 刷卡离开机房 这时系 统记录工作人员的离开时间 每张工作人员使用的门卡都会被记录在网管监控系统的数据库中 当机房门被打开后 如果在规定的时间内没有工作卡在门禁系统上进行识别 网管监控系统 将发出告警信息 并显示机房所在位置 监控系统定时对门禁系统的工作状态进行检测 当系统无法检测到门禁系统的读卡设备时 监控系统在网管中心的告警监控台发出告警提示 告知维护人员需对门禁设备进行维护 工作人员使用工作卡在门禁系统上刷卡时 读卡器会将读到的工作卡的信息实时传送到通信 编码单元 由通信编码单元发送回监控中心 监控中心对这些数据进行保存和处理 6 监控中心软件体系 监控中心软件是一套 C S 客户 服务器 结构的软件 数据服务器操 作系统为 windows 2000 在数据服务器安装软件的服务器版本 包含了与远程通信编码单元的通 信模块 对数据库的管理 对用户的管理等功能 告警监控台操作系统使用 Windows XP 在告警 监控台上安装软件的客户版 根据工作站上登录用户的不同等级 分配相应权限 对服务器数据 库做相应的检索实现对系统的监测 系统功能 1 监 控 系 统 具 有 开 放 性 各 模 块 采 用 标 准 化 设 计 安 全 性 便 于 系 统 在 出 现 故 障 时 的 快 速 修 复 系 统 在 先 进 的 开 放 的 成 熟 的 软 件 平 台 进 行 开 发 硬 件 采 用 可 靠 性 高 的 设 备 进 行 监 控 系 统 的 组 网 具 有 技 术 先 进 功 能 实 用 安 全 可 靠 等 特 点 2 系统管理功能 1 对网络运行中所有登录者 操作内容进行实时监视 监视过程用文件记录方式 含有时间 登录用户 并保存 该文件可查看 打印 不能删除 1 网络管理人员分为三个等级登录 不同等级的人在登录后所得到的操作权限是不同的 操作员 普通用户 只能看信息 不能修改数据 进入需输入登录口令进行登录 此 类用户容量不少于 8 个 组长 维护人员 可修改一般维修所需的数据 不可修改数据库 进入需输入登录口 令进行登录 此类用户容量不少于 8 个 系统管理员 可修改数据库任何数据 进入需输入登录口令进行登录 此类用户容量不 少于 8 个 2 安全管理功能 用户管理 用户信息创建 修改与删除 每个用户分配一个密码 用户授权 为指定用户赋予一个或多个操作权限 用户登录鉴权 用户登录网管系统时 系统提示输入密码 并核检其正确性 通过后用 户可成功登录 否则给出提示信息 用户操作鉴权 用户执行网管功能时 系统自动校验该用户的权限 通过后用户可成功 执行该功能 否则给出提示信息 自动注销功能 成功登录本系统的用户 在预先设置的时间间隔内无任何操作 系统自 动注销该用户 退出 当网管系统要正常退出时 需要用户拥有系统管理员的权限 在输入正确的用户 名和密码后才能正常退出 其它权限的用户不能关闭网管系统 4 打印功能 授权用户可打印系统运行日志 监控日志 告警日志等数据 3 监控功能及内容 1 可对民用通信机房的温 湿度进行检测 2 POI 监控 可对移动电话运营商各系统在下行 POI 输入端的功率值进行监测告警 a 中国移动 b 中国联通 c 中国网通 d 其它 可对下行 POI 合路输出功率值 驻波比进行监测告警 3 机房内电源监控 可对机房内主备两路输入交流电源停电告警 监测每路输出电压 监测每路输出电流 4 机房门禁信息监控 记录监测人员进出机房时间 记录门卡编号 进门前进行对门卡进行鉴别 如有非法进入机房 监控中心告警 5 通信干线放放大器监控 输入功率 输出功率 干线放大器增益 驻波告警 功放电源掉电 电源掉电 4 自动告警功能 1 系统运行后 将按设定的时间间隔自动轮询所有 POI 和干线放大器 将轮询结果保存在服 务器数据库中 对于各车站内超过告警界限的的设备 自动上报监控中心 告警监控台发出告警 信息 2 各站通信编码单元将实时监测本站设备 当有故障发生时 它将自动向监控服务器发出告 警信息 服务器收到该告警后 保存在数据库中 并告警监控台发出告警信息 3 各站机房内有非法进入时 门禁系统将信息上报监控中心 告警监控台发出告警信息 4 数据处理功能 对日志中的告警信息能够选择进行分类和分析 5 软件描述 监控系统软件以 Windows 工程 XP 为操作系统平台 使用 GUI 界面进行操作 操作界面友好 便于操作 和管理 1 监控系统具有强大的故障指示和管理功能 是系统中设备出现故障 都将使得相应的故 障告警显现 并指示故障告警类型和位置 2 用户只需在主界面上 即可看到设备的的状态的基本显示 通过点击操作 用户可了解 到故障的详细情况 包括设备具体位置 故障 故障类型 3 设备的故障情况 以及由系统故障引起的告警会被自动记录 系统提供实时报警系统和 历史报警日志 可准确地处理同时来自多个数据采集设备的的多点或多级报警信息 详细地反应 故障的地点 种类 现状 发生时间 修复时间 等多种相关情况 并记录到报警数据库中 并 有声音和可视指示 4 监控中心具有操作管理功能 使用某些功能时必须输入口令 经系统确认后方可进入系 统进行操作 根据需要 操作口令可分为不同等级 以限制不同操作人员的操作范围 维护系统 安全 3 网管软件 OMC 的主要功能包括 系统管理 用户管理 设备管理 设备监控 告警管理 日志管理 报表 帮助 6 监控系统可靠性要求 监控系统的数据在数据服务器上定期进行备份 并可以对所有监控记录进行保存 以便对 所有以往数据的记录进行查询 监控系统硬件设备采用著名厂商生产的计算机 服务器和其它相关设备以确保系统的可靠 性和稳定性 确保设备的 MTBF 大于 50000 小时 7 监控系统可扩展性 监控系统软件采用模块化结构设计 可以很好的扩展或调整系统规模 以适应管理体制的 需要 系统应具有良好的扩展性 可随着商用通信系统的扩展而扩展 对监控通信设备的增加 机房的变化 增加等 可通过最方便的方式方法对设备 机房的增加或减少进行增加和减少 8 监控系统的电磁兼容性 监控系统具有良好的电磁兼容性 监测设备本身不产生影响被测控设备正常工作的电磁干 扰 同时 亦具备对外界 EMI 的屏蔽功能 不致产生误报警或虚报警信息 接口要求 为实现地铁商用通信工程中综合监控系统的各项功能 需要地铁的专用数字传输系统等提供 以下接口支持 1 沿线各车站 由于各车站通信编码单元与监控中心之间 E1 通信 因此 每车站提供两个 E1 接口 2 OCC 网络监控中心 传输系统提供 E1 通道 沿线各车站的 E1 接口与监控中心 E1 接口一 一对应 3 所有设备安装于监控中心的工作台上 通信编码单元 通信编码单元以嵌入式系统开发可及时监控 POI 各通道的输入功率 输出功率 并即时传送 机房环境信息 监控区间内干线放大器的工作状态 采集门禁的数据 将工作人员进出机房的时 间 传送到监控中心 把干线放大器的故障信息回报监控中心 OMC 让维护人员即时了解无线系 统中设备的工作状态 提高系统的运营质量 1 信编码单元组成 通信编码单元由检波单元 A D 单元 数据处理单元 通信单元构成 2 工作原理 车站通信机房的通信编码单元中使用高速 32 位单片机 该处理器运算速度快 在技术方面 可扩展性好 使用这种处理器开发的处单元 带多个 12 位 A D 转换端口通道 将下行 POI 输出的 各检波信号和温 湿度传感器输出的信号送这些 A D 转换端口 配合通信编码单元中软件的设置 就可分别对它们进行抽样 量化和计算 抽样速度为 4k samples s 量化精度为 12 位 这样可保 证 A D 转换的实时性和精度 通信编码单元除了具有 A D 转换功能 还有 RS232 接口和 RS485 总线接口具有串行通信功能 的端口 用 RS232 串行接口监控门禁系统的信息 把每个进出机房的工作人员的时间信息 发送 给网管监控中心的数据服务器 进行记录和保存 通信系统中的干线放大器的监控方式采用的是 RS485 总线方式 各车站所在区间内干线放大器通过两对双绞线以 RS485 总线的形式连接到通信编 码单元的 RS485 接口上 实现通信编码单元与干线放大器之间的通信 完成干线放大器的实时监 控 通信编码单元还具有一个 10Base T 标准以太网接口 其嵌入式软件可将 A D 转换数据和串 口数据 RS232 和 RS485 包装为 IP 数据包 通过 E1 协议转换器 把数据进行转换通过地铁专用 传输网络的 E1 通道连接到网络监控中心 到达监控中心再将 E1 通道中的数据转换成 IP 数据包 通过连接在的以太网交换机上服务器和工作站接收并对数据进行处理 实现与数据服务器的通信 通信编码单元系统框图如下 A DI O POI CPU Ethernet Flash 温湿度 传感器 RS 485 传输网络 监控系统服务器 电 源 检波处理单元 POI 各端口耦合输入信号 RS 232 门禁 干线放大器 干线放大器 SRAM