戰術(shù)級指揮所智能UPS網(wǎng)絡(luò )監控系統的設計與實(shí)現

1 引言

隨著(zhù)UPS技術(shù)和IT技術(shù)的不斷發(fā)展，UPS朝著(zhù)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、教育等各行業(yè)的必要配置。如何對UPS設備實(shí)施統一、便捷、高效管理，實(shí)現對最感興趣UPS信息的監視、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(wèn)題。

本文對部隊戰術(shù)級指揮所多智能化UPS網(wǎng)絡(luò )管理問(wèn)題進(jìn)行了研究，設計并實(shí)現了一種合理、實(shí)用、高效的智能UPS網(wǎng)絡(luò )監控方案。該方案充分利用閑置的計算機串口資源，減輕了網(wǎng)關(guān)系統的工作量，實(shí)現了UPS的群組管理能力，具備了一定的事件智能化處理能力。

2 戰術(shù)級指揮所UPS使用現狀

戰術(shù)級指揮所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)指揮所)是指部隊師、旅級及其以下機關(guān)的指揮所，一般它是綜合戰術(shù)網(wǎng)的核心。為保障指揮所設備可靠運行、延長(cháng)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(wèn)斷電源除了在市電異常時(shí)提供電壓穩定、波形純正的電能外，還具有通過(guò)自帶電源監控軟件監控自身狀態(tài)，記錄、測試、自動(dòng)設置、遠程遙控等功能。

指揮所一般擁有較多的計算機和通信設備，且大部分集中在一個(gè)或幾個(gè)作戰方向室(以下簡(jiǎn)稱(chēng)方向室)內，UPS的數量從幾臺到十幾臺，多數不間斷電源具有RS232智能監控接口，少數具備SNMP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議)接口，利用這些接口經(jīng)過(guò)專(zhuān)用通信電纜同服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設備相連，將電源與計算機網(wǎng)絡(luò )構成一個(gè)具有監控功能的網(wǎng)絡(luò )供電系統。這樣的設計方案簡(jiǎn)單、易于管理，但一個(gè)突出缺點(diǎn)是占用了大量本來(lái)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設備，必須增加SNMP適配器，或者增加服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設備。

3 系統的結構與功能

3.1 系統的硬件結構

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

(1)UPS的RS 232數據線(xiàn)直接連接到監控終端串口設備上;

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

(3)UPS的監控線(xiàn)連接到網(wǎng)關(guān)設備的串口上，網(wǎng)關(guān)作為協(xié)議轉換設備，將UPS接入網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現與監控終端的連接;網(wǎng)關(guān)可以靈活插入串口擴展卡，提供較多的串口資源，本系統網(wǎng)關(guān)設備有9個(gè)串口，可實(shí)現最多9臺UPS的接入;

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

本設計方案，將普通計算機(工控機)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)議轉換，實(shí)現UPS接入網(wǎng)絡(luò )的功能，從而減輕了網(wǎng)關(guān)工作負擔，有效降低了系統成本;同時(shí)因為UPS分布于各服務(wù)器端管理，提高了系統整體穩定性。其中的戰斗、管理席位、繪圖、投影設備等也通過(guò)裝入電源響應軟件，實(shí)現接收監控終端管控命令，完成電源應急操作的功能，與UPS等設備一起構成一套完整的電源網(wǎng)絡(luò )監控系統。

3.2 系統的軟件構成

代理(Agent)服務(wù)軟件：安裝在服務(wù)器端主機上或嵌入網(wǎng)關(guān)服務(wù)程序內，主要提供串網(wǎng)口協(xié)議轉換功能，一方面將串口獲取的UPS實(shí)時(shí)數據轉換成IP數據發(fā)送給指定網(wǎng)絡(luò )端口，另一方面解析監控終端發(fā)來(lái)的數據信息，生成相應的控制指令傳給串口。

管理器(Manager)軟件：安裝在監控終端，監控終端也可以是網(wǎng)絡(luò )上任一指定計算機，實(shí)現以下幾種功能：監視UPS數據、設置和控制UPS參數;記錄UPS實(shí)時(shí)狀態(tài)和異常狀態(tài)數據;檢測并診斷異常、狀態(tài)告警、廣播異常數據;智能決策方案，實(shí)現在電源異常時(shí)對各計算機設備的應急管控。

電源響應軟件：可以安裝在所有計算機(包括部分智能設備)上，用于響應監控終端軟件發(fā)來(lái)的命令，執行相應的操作，完成諸如顯示告警窗口、進(jìn)行語(yǔ)音告警、關(guān)閉所有數據庫、正常退出應用程序、關(guān)閉計算機系統等功能。

4 各軟件模塊的結構與功能

4.1 服務(wù)器端程序設計

服務(wù)器端程序王要完成以下幾個(gè)功能：通過(guò)TCP監聽(tīng)并建立與監控終端的連接;通過(guò)RS 232打開(kāi)并從串口獲取UPS返回數據，向串口發(fā)送UPS設置、控制指令;將串口獲得的數據整理、打包，轉換成網(wǎng)絡(luò )數據發(fā)送給監控終端;接收監控終端發(fā)來(lái)的控制、設置命令，解析成相應UPS指令。

為便于監控終端快速找到UPS資源，服務(wù)器端對應于串口的網(wǎng)絡(luò )端口應設置為固定值9001(本系統中每臺工控機臺只有一個(gè)COM口)。當服務(wù)器端服務(wù)啟動(dòng)后，程序自動(dòng)打開(kāi)并連接串口，同時(shí)開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò )服務(wù)并綁定本地9001端口，使其處于監聽(tīng)模式，以便使監控終端方便地掃描、定位本機數據源地址。

考慮到串口通訊速度比較慢，為保證狀態(tài)數據的完整性，在服務(wù)程序必須對串口數據進(jìn)行緩存，并實(shí)時(shí)進(jìn)行數據檢測，當檢測出有回車(chē)/換行標志(或超時(shí))時(shí)，則將此前數據從緩存中截取出來(lái)，作為一個(gè)完整的數據行發(fā)送給監控終端。

4.2 網(wǎng)關(guān)軟件設計

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

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