网络巡检系统的研究

范俊

摘 要 针对传统跨区域通信网络故障巡检的不足，基于嵌入式和计算机技术，设计并且实现了一种网络巡检系统。从硬件平台和软件平台两方面进行了研究，所有巡检硬件设备纳入统一的软件管理平台进行管理，实现了以太网状态检测和故障定位等功能。

【关键词】嵌入式 STM32 巡检设备

1 引言

在很多跨区域联合工作的应用场合中，如铁路SCADA系统、电力SCADA系统、运营商基站管理等领域，需要通过专用通信线路将各区域的设备进行联网，统一管理。为了保证通信的可靠性，当通信线路中某一段出现故障时，需要进行快速巡检，查找故障点，定位故障线路所在区域。此处以铁路SCADA系统为例进行说明，如：用户的智能管理调度中心出现故障报警时，系统和管理人员都无法定位故障源，无法区分是通讯通道故障还是终端设备故障，严重影响系统可靠运行。因此，设计一种网络巡检系统，该系统从根本上解决了以上问题，能快速可靠诊断出物理通信链路故障还是终端设备故障。

2 系统概述

该系统由系统管理中心（EMS）、网络巡检设备（EMU）和系统软件三部分组成，系统架构如图1所示。EMS由無线通信单元和专用操作计算机组成，是系统的控制处理中心，对EMU设备进行远程控制和通信。EMU是分布在以太网物理链路中的功能节点，根据EMS的远程命令执行以太网链路检测功能。

在网络中， 数千个网络巡检设备相互协调实现通信。系统管理中心（EMS）以点对点的方式通过网络查询网络巡检设备（EMU）的数据，并且系统管理中心（EMS）可以采集多路巡检设备的数据， 实现本地或远程实时性监控。具体实现有两种方式：

（1）系统管理中心（EMS）通过以太网向网内任一网络巡检设备（EMU）发送网络监测命令，网络巡检设备（EMU）接收到该远程遥控指令后，对以太网链路进行有效性检测，并通过以太网返回检测结果。

（2）当有线以太网出现故障无法正常通信时，系统管理中心（EMS）通过无线方式向网内任一网络巡检设备（EMU）发送网络监测命令，网络巡检设备（EMU）接收到该远程遥控指令后，对以太网链路进行有效性检测，并通过无线方式返回检测结果。

3 硬件设计

EMU设备硬件组成如图1所示，采用STM32F103VCT6作为主处理器，并且具备以太网通信、232/485串行通信、GSM无线通信模块三种通信接口。

3.1 微控制器 STM32F107VCT6

微控制器是系统的核心， 主要功能是处理数据、存储数据及控制流程等。本设备采用的STM32F107VCT6芯片使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置128K字节的闪存和20K字节的SRAM，包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器， 2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。

STM32最小系统的设计包括时钟电路和复位电路的设计，电源电压的滤波电路以及程序下载电路。

3.2 以太网通信

STM32F107芯片自带以太网控制器，配合PHY芯片DM9161AEP和网络变压器HR91105A实现以太网接口电路。DM9161AEP通过可变电压的 MII 或 RMII 标准数字接口连接到 MAC 层。

3.3 GSM无线通信

考虑到某些系统的安全性要求，此处利用加密短信方式进行通信。GSM模块选用华为公司GTM900系列，该系列无线通信模块，支持800 M H z/900 MHz/1800 M Hz 三频自动选择，支持标准的 AT命令及增强 AT命令。模块 内嵌 TCP/IP协议，具有语音通信 ，短消息服务，无线数据数据传输等功能。模块还提供了功能完备的系统接口，包括天线接口、模拟音频接口.异步串行接口、SIM卡接口其中最大串口速率可达115200 bits。

GTM 900和单片机之间的数据通信主要是通过端口 UA RT_TDX0 与TDX之间，UA RT_R DX0 与RDX之间的数据传输来完成.其中 GTM 900 上的UA RT_TD X0 口是用于接收从单片机传来的数据，最终数据通过GTM 900上的天线发送出去。GTM 900 上的 UA RT-RD X0 口是用于向单片机发送数据。该模块的其他 U ART 接 口与单片机 10 口相连，可由单片机控制实现上网功能。模块支持外部SIM卡，可直接与 3.0 V SIM 卡或 5 V SIM 卡连 接 ，并自动检测和适应SIM卡类型。

4 结束语

网络巡检系统实现了网络状态检测和故障快速定位的功能，大大缩短了网络故障检修时间，提高网络维护效率，为跨区域设备的通信管理带来了便捷。目前该系统已在某企业通信系统中使用，效果良好。

参考文献

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作者单位

民航重庆空管分局技术保障部 重庆市 401120