通信网开关电源系统和视频监控系统的优化和升级

0 引 言

通信网开关电源系统作为通信电源系统核心的组成部分，然需要确保其能够体现理想的运行效果，做好日常维护和管理工作，全面分析较常见的各类问题和故障，尽量避免可能形成的较大威胁[1]。结合这种通信网开关电源系统的运行，当前高频开关电源系统虽然表现出了较强的智能化效果，但是也存在着一些明显问题，需要采取较为合理的措施不断优化完善。

当前，视频监控系统的控制逻辑主要通过控制端完成。控制端多采用分布式监控系统，每一个分布式节点都独立负责当前站点的数据监控。每个分布式节点只需要采集当前站点的温度、湿度等机房的空调状况、气压情况等系统参数，即可将获取的系统参数传输到控制端。控制端根据各个分布式节点的运作情况进行人工、半人工或者自动化管理。这种通过集中式方式进行电源监控的机制，能够快速有效地检测各个站点的系统运行情况，并针对具体站点的不同状况快速响应，保障电源系统的稳定性和通信设备的正常运行[2]。本文主要介绍电源视频监控系统的组成部分，并运用4G移动通信技术构建一套完整的视频监控系统。

1 4G通信组网算法设计

4G网络能够实现高清图像的快速传输，具有超过2 Mb/s的非对称数据传输能力，对全速移动用户提供150 Mb/s的高质量影像服务，并首次实现了三维图像的高质量传输。4G能够连接来自不同终端、不同频带和不同无线平台的网络，提供无线服务的同时，能在任何时刻任何地点快速接入互联网。作为支撑多功能集成移动通信的先驱技术，在实现宽带接入IP系统的同时，4G提供定时定位、数据采集和远程控制等综合功能，是囊括了正交频分复用（OFDM）技术、软件无线电（SDR）技术、智能天线技术（SA）、多输入多输出（MIMO）技术、基于IP的核心网为一体的综合通信技术。

监控系统的数据通信层采用4G作为通信载体。数据通信层作为连接上层控制层和底层数据采集层的中间层，一方面需要均衡整体系统的通信负载，另一方面需要实时监测异常情况。因此，本文设计了一种高效的4G通信组网算法。根据地理位置将通信层划分为多个通信簇。通信簇由多个通信节点构成，通信节点直接与底层的数据采集节点连接。每个通信簇选择一个通信主体，选取原则以最小通信距离为依据。

算法流程：

（1）对节点n1(1≤i≤M)，计算通信距离存入集合；

（2）对集合中所有通信距离排序，选取t=min{di}，记第i个节点为通信主体。

通信簇中，通信主体负责与应用层和通信簇中其他节点进行数据交互。由于通信簇中只设置一个通信主体，因此增加数据缓冲区负责簇中其他节点的数据缓存。数据缓冲区的大小设置为：

式中：s为数据缓冲区的大小；πt为通信节点两次通信的时间间隔；π—b为通信的平均数据量大小。数据缓冲区采用先写入先消费的设计原则，即通信节点根据时间序将数据写入数据缓冲区，通信主体从数据缓冲区消费数据。

数据通信层采用分布式设计。根据地理位置划分通信簇后，通信簇中通信主体定期与应用层交互节点的工作状态和数据状态。通信主体会实时汇报异常节点，以供上层反馈。当通信主体出现异常后，通信簇中节点会重现选择新的通信主体。基于4G通信的组网算法设计如下。

输入：应用层App，通信节点集合=(n1,n2,…,ns)，底层数据采集层Z；

输出：通信簇Cj选取的通信主体ni。

算法流程：

（1）根据地理位置划分多个通信簇Cj(1≤j≤k)，j为地理位置数目；在Cj中，根据上述通信主体选取算法，选择通信主体ni；

（2）通信簇Cj中，通信主体ni向应用层App汇报，App存入ni到id的映射纪录；

（3）通信节点实时与应用层和通信簇中其他节点进行数据交互，识别通信节点的交互数据为正常数据或异常数据，异常数据则实时上报，正常数据则定期上报；

（4）通信簇实时监测通信主体状态，若异常则重新选择新主体并向App层汇报，App层更新新主体到id的映射纪录。

2 视频监控系统组成部分

完整的视频监控系统包括数据信号采集层、数据通信层和上层应用控制层3个主体部分。数据信号采集层主要通过底层传感器对原始信号进行提取；数据通信层作为连接数据信号采集层和上层应用控制层的纽带，主要负责数据的传输和通信，将底层传感器采集的信号发送给控制层，同时将控制层的命令下发到底层[3]；视频监控系统的底层通过传感器节点构建，而传感器能够直接获取环境的各项参数。环境参数是上层应用控制层的重要命令指标。传感器环境参数底层通信时，绝大多数采用ZigBee、WiFi等底层组网协议进行数据传输。相对于上层的GPRS和4G移动通信，底层数据通信协议能够支撑的传输距离有限，主要兼容能耗和传输成本等问题。数据信号采集层将底层的环境参数传输给上层控制层进行决策，同时控制层的决策命令通过数据通信层返回给底层进行实时处理。因此，从实现的功能上看，一个完整的视频安防监控系统通常由前端采集、信号传输、控制和显示四部分组成。

2.1 前端采集和传输

底层的数据采集是整个视频监控系统的数据来源。视频监控系统不局限于简单的视频图像，还包括温度、湿度、气压和声音等多种类型的混合数据。配备红外摄像头的同时，它还需要配备温度传感器、湿度传感器和气压传感器等。在某些状态下，图像信息无法准确反映环境信息。前端采集到的图像信息、温度气压信息、声音信息等通过数字信号处理技术转换为模拟/数字信息，经过编码器编码后进行后向传输，如图1所示。数据采集器有一定的采集范围，同时底层组网的ZigBee节点也有一定的通信范围。可根据实际监控范围设置ZigBee节点数目。ZigBee节点采集到数据后，采用16位的Huffman编码进行数据压缩。压缩后，数据与通信节点进行数据交互。

图1 前端数据采集和编码

2.2 控制显示单元

控制显示单元是整个视频监控系统的核心，所有的控制命令都来自控制单元。控制单元一方面需要对上报的数字信号解码分析，另一方面要根据终端的环境参数做出合理反馈。控制端采用C/S框架，网关设计上采用Cortex-A8处理器。Cortex-A8具有较低的功率消耗，相对于ARM其他系列的处理器，Cortex-A8只需要一半的功率就能够达到高出几倍的处理效率。Cortex-A8也能够应用于复杂的处理环境，ARMCortex-A8、IVA2+、POWERVRSGXGraphicsCore、ImageSig-nalProcessor（ISP）这四个核心部件，都能够独立负责一部分功能。将Linux内核重新编译后移植到嵌入式系统中，可在终端通过LED显示方式进行图形操作，如图2所示。

图2 控制显示单元

3 通信网开关电源系统管理维护策略

为了更好地保障通信网开关电源系统的有效运行，必须要切实围绕管理维护工作进行不断优化，促使其能够体现出较为理想的实用性，降低故障问题发生几率。基于此，通信网开关电源系统管理维护策略应该把握好以下几点。

3.1 做好清洁保养工作

对于开关电源系统的有效运行，清洁保养工作是比较重要的一环，需要切实把握好各个时期的及时处理，避免形成较大不良阻碍。在平常清洁保养过程中，需要做好整个系统结构的全面处理。不仅要关注表面清洁，还要对一些关键区域和缝隙进行重点清理，避免形成较多灰尘堆积问题。此外，需要定期进行全方位清洁保养，做到事无巨细，尤其是对于配电铜排接点，更要加强清洁处理。

3.2 做好整流模块移出和替换处理

在通信网开关电源系统的管理维护过程中，整流模块的有效移出和替换也是比较重要的一个方面。它需要切实围绕标准操作流程严格把关，保障各个操作能够遵循规范程序，避免形成较大的相互干扰和威胁。尤其是在相应开关的操作上，更应该引起足够重视，避免出现误操作或者违规操作，最终提升整流模块的应用可靠性，避免其对通信网开关电源系统形成威胁干扰。

3.3 整流模块风扇更换

在开关电源系统的管理维护中，切实围绕整流模块风扇进行及时更换同样必不可少。风扇是较容易出现故障的关键点，应该结合相关运行状态进行有效替换。在风扇的替换处理中，需要重点围绕相关流程严格把关，避免流程方面出现混乱形成较大的安全隐患。需确保风扇的安装较为牢固可靠，应该在整体操作过程中严格审查控制，减少后续正常运行的干扰。

4 结 论

由于移动通信事业的迅猛发展，移动通信设备不断更新，规模越来越大[4]。因此，通信电源系统进行集中监控是一项重要而复杂的工作。如何全面、有效地测试通信电源集中监控系统，提高其服务质量，是摆在电信系统、通信电源设备和监控系统厂商面前的一个重要课题。本文对通信电源集中监控系统测试软件的大体框架和基本功能进行了描述，希望能够推进该系统的进一步研究。