5G移动通信网络下的岸桥电气远程调试平台设计探析

2023-03-12俞晓诚

机电信息 2023年5期

俞晓诚

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

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在5G移动通信技术的支持下，岸桥电气管理水平不断提高，通过有效地进行远程平台设计，不仅能提高岸桥设备运行管理水平，还有利于保证设备运行安全。因此，相关技术人员要加强对于5G移动通信技术的运用与设计研究能力，从而保证岸桥电气远程调试水平不断提高。

1 平台设计

1.1 概要设计

岸桥远程调试平台主要由硬件、软件和5G网络构成。其中，硬件主要是由岸桥数据采集、控制室内数据处理和输出等方面的设备构成；软件主要为模块化设计，依据相应功能完成编程；网络是基于5G运营商，结合宏基站全面满足当前高宽带和传输速率的基本需求[1]。

1.2 硬件架构

1.2.1 岸桥端硬件设备

岸桥方面的设备主要由高清摄像机、单兵设备、成套机柜及用户终端设备等组成。高清摄像机倾向于选择行业龙头企业生产的DH-IPC产品。摄像机可分别在电气房和机器房等环境配置，可从不同方面对作业环境进行全天候监控。如果发现安全隐患，则及时向工程师发出警示，使其停止作业开展调试。单兵设备主要分为头盔和眼镜两种类型，体积相对较小，操作灵活，这也是单兵设备的重要优势。单兵设备（图1）可将画面即时传输到控制室内，同时还具有定位功能，能够准确锁定人员的具体位置。

图1 移动单兵设备

5GCPE倾向于使用华为的H112-372产品，主要可发挥该类产品在网络方面的优势，在最短的时间内将数据传输到岸桥端。具体设备如图2所示。

图2 5GCPE设备

成套机柜主要选择6U类型的产品，其中包括宽度较大的频率和电源、硬盘录像机及相关附件产品。宽电压电源可选择AN97H类型的变频电源，电压和频率使用不兼容的类型。交换机使用8口POE的RG-S1920类型产品，以此连接摄像机等设备。硬盘录像机主要选择DH-NVR4208系列产品，这样能够实现将视频保存3个月的目标[2]。

1.2.2 中心控制室

该区域主要由工作和休息两部分区域构成。其中，工作区域内需配置机柜、电脑和电源柜等设施；休息区域内可配置沙发等硬件，以便工作人员在工作之余能够放松身心。中控室的具体布局如图3所示。

图3 中控室布局

大屏可由几块55寸屏幕集合而成，以此总体呈现不同的图像。电源柜可为整个控制室的设备持续提供电能，同时还需配置防雷装置，以此保障控制室内设备的正常运行。成套机柜主要使用的是42U类型机柜，其中配置录像机、软件服务器、POE交换机等设备。视频解码设备主要将视频信号转变为图像，以此辅助工程师基于后台掌握岸桥的总体情况。

平台整体硬件架构如图4所示。

图4 平台整体硬件架构

1.3 软件架构

岸桥调试系统可使用服务器和客户机的模式，通过客户机连接服务器设备，同时还可向用户端提供反馈。操作系统主要由操作界面、远程接入、物资和门禁管理等模块构成。软件系统由双语切换界面组成，这样可完全满足不同国家工程师的应用需求[3]。软件操作界面具体如图5所示。

图5 软件操作系统界面截图

1.4 岸桥电气远程控制系统终端节点设计

岸桥控制系统的终端是整个电气控制系统的重要内容，能够全面搜集和处理指令及视频信息，通过数据转换平台将数据内容传输到终端节点，构成要素主要有控制单元、数字量和模拟量传输、通信等。

其中，控制单元的核心器件为性能较高的核心板，其运用的系统为Linux，控制单元将其作为主要的控制设备，以此通过终端实现对不同单元的全面控制。控制单元的优势在于对终端的逻辑进行控制，综合处理通信单元和不同的数据信息[4]。

将CAN信号、模拟量等传输单元当作物理接口接入对应传输接口和电气的物理接口，主要负责汇集由下级设备提供的不同数字和模拟信号以及串口和CAN数据信息，并将远端数据反馈到下级设备端，实现数据的顺畅传输。

通信单元主要由具有一定通信功能的路由器作为主体，结合具体情况和需求选择适合的网络，如Wi-Fi或移动网络，将其配置在摄像机的通信单元网口，这样就可将设备端的图像发送到操作端。电源单元主要包括外部电力和应急电力设备，这样可全面保障各终端均能够顺利运行，从而提供持续的电力支持。

1.5 岸桥电气远程控制系统数据中转平台设计

岸桥控制系统的数据传输平台是整个系统的核心要素，实现对设备、业务的系统管理，同时对设备端的数据实现端对端的处理，MEC能够处理通信延时等方面的问题，提高操作反应效率。

1.5.1 设备管理平台

设备管理平台可实现对所有接入设备的全面管理，主要包括对接入设备运行状态、日志、命令收发等情况的查询。

设备接入模块的功能主要体现在可查看设备管理平台上的各类信息内容，如在线状态、配对及设备位置等信息。管理平台的命令处理模块能够将平台下发的操作指令发送到设备终端，以此实现对设备命令的信息反馈。

日志查询是对设备和平台交互操作的各类信息进行细致记录的功能，同时还可为运维和研发人员提供信息参考，便于查询。

1.5.2 数据中转平台

数据中转平台是云端功能的核心部分，也是实现不同终端信息转发的基本功能类型，其具有设备监控、数据监测、转发和对系统进行管理等多项功能。

其中，设备监控模块是设备管理平台针对所有接入设备的运行状况和传输的数据信息进行全面监控的模块类型，通过对数据的科学分析判断设备的运行状态，从而及时排查设备的故障信息，以此保障设备运行的稳定性。

基础管理模块具有管理和配置接入设备的功能，可基于管理平台发出的指令对设备配置进行操作，从而保障设备运行的精准性。

数据监测模块是针对全部接入设备运行状态和数据传输进行管理的模块，具有查询数据流量、网络延迟和抖动情况等功能。

转发模块可对设备进行针对性操作，保障终端和操作端实现对应，二者可相互传输操作指令和数据信息，保证指令下发的正确性和数据反馈的及时性。操作端可在最短时间内获得反馈信息，从而严格按照指令完成操作。

系统管理模块也可对用户实现信息交互，主要包括对账号功能的管理、授权和报警等，全面体现出其应用功能和价值。

2 5G核心网络架构

平台使用的5G网络并不是基于独立网络运行的，而是运用IPSec VPN手段在岸桥侧面和中控之间设置专线，具体的框架示意图如图6所示。

图6 平台网络框架

5G网络的模式主要为NSA。该类模式是基于以往的4G技术，安装5G基站，在严格控制项目成本的基础上全面满足设备调试和数据传输等多方面的功能需求。但该模式也会在一定程度上受到4G网络的限制，难以全面展现出5G网络在数据传输速度方面的优势。通过研究可知，NSA模式虽然难以全面发挥5G网络的所有功能，但能在一定程度上满足项目的需求。IPSec VPN是利用IPSec协议接入VPN技术，基于公网平台为私有网络提供稳定的通信渠道。通过该渠道，可运用加密手段实现数据信息的安全传输，为数据提供封包服务内容。该类同时提供VPN和加密技术的方法能够处理平台不同终端信息传输方面的问题，以此提高数据传输过程中的安全系数。

岸桥远程控制系统可通过5G等技术手段和网络平台，将控制室内终端搜集到的技术人员操作的CAN、模拟量等数据，通过MEC数据传输平台和5G网络发送到电气控制设备上，以此实现对操作端对端的传输，将现场信号和电气传送回来的信号进行集中控制，保障终端接收信号信息的及时性。

岸桥电子控制系统主要由操作节点、中转平台和电气控制节点几部分构成。其中，远程控制节点和岸桥节点可运用同类型的终端完成控制。该终端的组成部分主要由控制单元、数字量、串口传输和电源等不同单元构成。远程控制节点的终端和座椅能够与系统建立连接，实现对数据的传输，并将反馈的视频信息发送到系统中，通过电子屏显示。岸桥控制节点的终端设备与岸桥电气连接，负责远端操作发送信号，并将岸桥的CAN信号传送回来。数据中转与MEC服务器连接，实现终端之间的数据传输，主要包括控制和视频数据，同时对配对终端设备进行全面管理[5]。

远程操作节点等可通过对单元的控制完成操作内容。远程操作节点能基于数字量等单元传输完成操作，将数据发送到目标终端。岸桥控制节点也基于传输单元对CAN数据进行传输。最终利用通信模块和5G网络，将数据信息发送到数据终端，实现端对端的信息传输。电源模块是保证所有设备顺利运行的动力，同时配置备用电源，以便及时处理突发断电等情况，确保数据传输的稳定性，实现设备的顺畅运行。