摘 要：針對目前3G遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)存在開放性弱、可靠性差、應(yīng)用開發(fā)難的不足，本文擬從系統(tǒng)的整體架構(gòu)及開放性、兼容性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘确矫鏄?gòu)建開放式3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到數(shù)字城市基礎(chǔ)設(shè)施與公共事業(yè)的動態(tài)監(jiān)控中去，推進(jìn)3G技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的應(yīng)用和發(fā)展，促進(jìn)數(shù)市化城市建設(shè)，實現(xiàn)信息資源共享。

關(guān)鍵詞：開放式；3G網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Open 3G Network Remote Monitoring System in Digital City

LUO Jinling

（Loudi Vocational and Technical College of Telecommunication Department，Loudi 417000，China）

Abstract：3G remote monitoring technology for the current existence of open weak，poor reliability，lack of application development difficult，this paper intends to build an open 3G network remote monitoring system in terms of the overall architecture of the system and openness，compatibility，reliability of data transmission，etc. and apply it to the dynamic monitoring of digital urban infrastructure and public utilities go，and promote the development of 3G technology and wireless network monitoring，promoting several city urban construction，sharing of information resources.

Keywords：open；3G network；remote monitoring

1 引言（Conclusion）

隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)3G移動通信系統(tǒng)的商用化，移動網(wǎng)絡(luò)帶寬大幅提高，同時移動終端設(shè)備的性能也在不斷地提高，基于3G網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)成為研究的熱點。20世紀(jì)90年代以來，世界主要發(fā)達(dá)國家紛紛依托高新技術(shù)，大力推行信息化戰(zhàn)略，建設(shè)數(shù)字城市[1]。市政管理數(shù)字化是數(shù)字城市的重要組成部分，因此，構(gòu)建先進(jìn)的信息獲取和處理系統(tǒng)是數(shù)字市政系統(tǒng)的核心問題。

2 3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀（Status 3G network

remote monitoring system）

（1）開放性弱。目前在3G監(jiān)控技術(shù)方面沒有形成統(tǒng)一的業(yè)務(wù)體系標(biāo)準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一的設(shè)備監(jiān)控協(xié)議，現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備種類繁多，監(jiān)控信息和參數(shù)各異，導(dǎo)致監(jiān)控應(yīng)用和監(jiān)控設(shè)備相互依賴，異構(gòu)類型的監(jiān)控終端不能以一致的方式進(jìn)行接入和管理，同時上層應(yīng)用和下層具體3G制式緊密綁定，不同廠商的監(jiān)控系統(tǒng)難以互聯(lián)互通。

（2）可靠性差。目前3G信號仍然存在不穩(wěn)定，特別是數(shù)據(jù)流速存在不穩(wěn)定的情況，導(dǎo)致監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃€不理想，同時監(jiān)控終端的可靠性（如斷電重啟、永久在線斷線自動重連、死鎖自檢測和恢復(fù)）也有待加強。另外，基于3G的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸在傳輸過程中可能會遭受被竊聽、篡改或受重播攻擊等威脅，因此安全可靠性問題也不可忽視。

（3）應(yīng)用開發(fā)難。已有3G監(jiān)控系統(tǒng)沒有提供足夠的二次開發(fā)API，對第三方開發(fā)的插件支持不足，缺乏依應(yīng)用需求而靈活設(shè)定規(guī)則的能力，不便于第三方的二次開發(fā)，難以進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的擴(kuò)展。

針對上述問題和需求，本文研究開放式的3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括開放式的監(jiān)控框架、統(tǒng)一的設(shè)備監(jiān)測控制協(xié)議、可靠的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸機制并將其應(yīng)用到數(shù)字城市基礎(chǔ)設(shè)施與公共事業(yè)的動態(tài)監(jiān)控中去，促進(jìn)數(shù)市化城市建設(shè)。

3 3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控框架設(shè)計與實現(xiàn)（3G Network

design and implementation of remote monitoring

framework）

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于3G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、3G監(jiān)控端和3G查詢終端三個主要部分組成，該系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 3G遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)整體框架示意圖

Fig.1 3G remote monitoring system schematic diagram

overall framework

監(jiān)控系統(tǒng)的三部分通過3G網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)成一個開放式的系統(tǒng)，3G集控器與數(shù)據(jù)查詢終端都是通過PPP方式接入3G網(wǎng)絡(luò)的核心IP網(wǎng)絡(luò)，與監(jiān)控中心形成IP連接。

（1）3G集控器的接入：通過撥號接入3G網(wǎng)絡(luò)核心IP網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心形成IP連接，實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)交換。由于3G網(wǎng)絡(luò)有電信CDMA2000、聯(lián)通WCDMA和移動TD-SCDMA三種制式，監(jiān)控系統(tǒng)必須對三種制式兼容，3G集控器通過一個DTU實現(xiàn)對其中一種網(wǎng)絡(luò)的接入，而可靠性要求很高的監(jiān)控點，集控器可以帶兩個或三個DTU，可以實現(xiàn)同時多網(wǎng)并行接入，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院吞岣邤?shù)據(jù)流量。

（2）監(jiān)控中心對互聯(lián)網(wǎng)的接入：監(jiān)控中心與互聯(lián)網(wǎng)形成IP連接，可以通過四種方式接入互聯(lián)網(wǎng)：第一種是監(jiān)控中心采用ADSL等專線方式與Internet公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)；第二種是監(jiān)控中心采用移動內(nèi)網(wǎng)動態(tài)IP+移動DNS解析服務(wù)；第三種是監(jiān)控中心采用APN專網(wǎng)固定IP；第四種是監(jiān)控中心采用APN專線，所有節(jié)點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP。

3.2 統(tǒng)一設(shè)備監(jiān)測控制協(xié)議

監(jiān)控數(shù)據(jù)從監(jiān)控端傳到監(jiān)控中心，在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和控制指令，便于指揮調(diào)度與查詢端調(diào)取數(shù)據(jù)，而監(jiān)控端設(shè)備單元的數(shù)據(jù)格式與控制指令往往不同，如視頻采集設(shè)備，不同廠家的設(shè)備的視頻數(shù)據(jù)格式與控制指令格式不同，其他不同類型的監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)格式也會不相同。面對這樣的問題，在集控器中，提供通用的開放接口，包括硬件接口和軟件接口，通過該接口，集控器可以和監(jiān)控設(shè)備單元交換數(shù)據(jù)，由設(shè)備協(xié)議接口對設(shè)備端上行的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)范化處理[2]，對監(jiān)控中心下發(fā)的控制指令進(jìn)行針對性的轉(zhuǎn)化，在集控器中由接口轉(zhuǎn)換軟件完成這個功能，如圖2所示。

圖2 3G集控器功能結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 3G set controller function structure diagram

3.3 構(gòu)建監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸機制

3G監(jiān)控是基于三種3G（WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA）制式的數(shù)據(jù)通信技術(shù)與遠(yuǎn)程控制技術(shù)，三種3G網(wǎng)絡(luò)在信號覆蓋率、數(shù)據(jù)最大流量和穩(wěn)定性存在較大差異。在信號覆蓋率方面，電信CDMA2000開始較早[3]，信號的覆蓋率好一些，三網(wǎng)在數(shù)據(jù)最大流量方面也存在較大的差異，面前的流速都不能滿足視頻監(jiān)控突發(fā)的大數(shù)據(jù)流量的要求，在穩(wěn)定性方面，目前3G上網(wǎng)仍然存在不穩(wěn)定，特別是數(shù)據(jù)流速存在不穩(wěn)定的情況。

由于3G網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)流速不足，三個網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋存在差異，考慮到監(jiān)控的可靠性和實時性要求，我們的監(jiān)控系統(tǒng)中將支持集控器同時對兩種或三種3G網(wǎng)絡(luò)的無線接入，在一個監(jiān)控端和監(jiān)控中心之間建立兩個IP連接的情況下，由我們設(shè)計的傳輸協(xié)議層完成對傳輸數(shù)據(jù)分拆與組裝，對兩個無線連接數(shù)據(jù)流量進(jìn)行智能調(diào)度，根據(jù)信號與網(wǎng)絡(luò)速度分配兩條IP通道數(shù)據(jù)流量，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?/p>

另一方面，在監(jiān)控端、查詢端與監(jiān)控中心之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括多媒體數(shù)據(jù)、監(jiān)控狀態(tài)數(shù)據(jù)與控制指令。這些數(shù)據(jù)對可靠性與實時性要求不同，根據(jù)這個要求，在傳輸層協(xié)議中，對多媒體數(shù)據(jù)、精確要求的監(jiān)控數(shù)據(jù)和控制指令予以分流，對高可靠性要求的數(shù)據(jù)增加更強的校驗和糾錯功能。

3.4 3G集控器結(jié)構(gòu)設(shè)計

3G集控器是針對多媒體無線監(jiān)控的特點來設(shè)計的，包括DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元，Data Terminal Unit）[4]、MCU+DSP、存儲器、電源管理系統(tǒng)和監(jiān)控設(shè)備單元接口等幾個部分組成，其中DTU是用于3G無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K，其性能直接影響到集控器的可靠性。

為了提高集控器的可靠性，重點研究嵌入RTOS的實時性、可靠性，嵌入式硬件平臺可靠性技術(shù)，重點解決集控器掉電自動重啟、死鎖自檢測和恢復(fù)，以及意外出錯的處理幾個方面的問題，在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，保存監(jiān)控數(shù)據(jù)，并獨立執(zhí)行基本的監(jiān)控功能，如圖3所示。

圖3 3G集控器硬件結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.3 3G set controller hardware structure diagram

4 3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)字城市中的應(yīng)用（3G

network remote monitoring system in digital city）

基于3G監(jiān)控的數(shù)字市政系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 數(shù)字市政系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Fig.4 Digital municipal system structure

在數(shù)字市政系統(tǒng)中，開放式3G可靠遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)主要應(yīng)

用到如下兩個子系統(tǒng)：

（1）無線數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

是為城市管理監(jiān)督提供現(xiàn)場信息，進(jìn)行快速采集與傳送的專用終端。系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)督員在自己的管理范圍內(nèi)巡查過程中向監(jiān)督中心上報城市管理問題信息，并通過終端接收來自監(jiān)督中心的任務(wù)指派[5]。該系統(tǒng)可以依托移動設(shè)備，通過3G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，基于城市部件和事件分類編碼體系、地理編碼體系，完成城市管理問題文本、圖像、聲音和位置信息實時傳遞。

（2）信息的動態(tài)查詢子系統(tǒng)

系統(tǒng)可提供對存儲的信息快速進(jìn)行單要素或多要素的動態(tài)查詢和統(tǒng)計分析。同時系統(tǒng)以空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)為依托，進(jìn)行建設(shè)項目投資分析、城市選址用地分析和項目跟蹤監(jiān)督，進(jìn)而實現(xiàn)計算機化的規(guī)劃管理、用地管理、建筑設(shè)計管理、市政管理、檔案管理，完成城市管網(wǎng)和路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分析、城市用地適宜性評價、城市建設(shè)用的開發(fā)順序評價、城市環(huán)境質(zhì)量評價、舊城改造、城市變遷監(jiān)測和資源合理利用。

4 結(jié)論（Conclusion）

本文針對目前3G遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)存在開放性弱、可靠性差、應(yīng)用開發(fā)難的不足，研究開發(fā)一個高效可靠的開放式3G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括開放式的監(jiān)控框架、統(tǒng)一的設(shè)備監(jiān)測控制協(xié)議、可靠的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸機制并將其應(yīng)用到數(shù)字城市基礎(chǔ)設(shè)施與公共事業(yè)的動態(tài)監(jiān)控中去，推進(jìn)3G技術(shù)在無線監(jiān)控中的應(yīng)用和發(fā)展，促進(jìn)數(shù)市化城市建設(shè)。

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作者簡介：

羅金玲（1965-），女，本科，副教授.研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)，

無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控.