基于GSM的通信枢纽站远控系统的设计

摘要：随着通信信息化建设步伐的迈进，对通信管理网络质量提出了更高要求，立足于目前的无线通信枢纽站的网络传输系统现状，阐述了项目开发的研究内容及指标要求，提出了基于GSM的无线通信枢纽站远控系统的方案设计，并进行了可行性分析，及关键技术的实现等。系统利用当前新技术，具有设计和建设低成本、高质量、安全可靠的特点，可以极大地提高通信枢纽的管理效益。
关键词：网络传输系统；无线电通信；GSM；远控系统

0 引言
随着各种无线电新技术、新业务广泛应用于经济社会的各个领域，无线电电磁环境日益复杂，无线电干扰事件时有发生，各级无线电管理机构根据工作需要相继建设了不少技术先进的无线电监测站，为无线电管理提供了技术保障。根据无线电管理工作的需要和无线电电波传输特点，无线电监测站有的建在高山之上，有的建在城区高楼之上，无线电监测站场地分散、由于人工巡检的局限性，巡检人员难以及时掌握各机房的设备状况及环境变化情况，因此设备出现故障时有时不能及时发现和得到处理，这不仅严重影响了监测设备的正常运行，也给整个监测网络系统的管理带来了挑战。某些机房已经安装了监控软件，但这些监控软件只针对某类设备、环境进行专业开发，通用性、可扩展性、可移植性都比较差。由于这些监控软件彼此独立，不能实现集中化管理。
针对机房设备对环境的需要，可以采取高科技手段实现对分散的无线电监测机房实现集中监控，以减少设备运行故障、提高设备使用寿命，最大限度地发挥无线电监测网络的作用。通信枢纽站机房的管理还未形成一套高效的管理模式，当前以现场人工巡检为主的机房管理模式已无法满足日益提高的管理要求，需要建设一套依托最新技术的统一集中管理平台，实现对机房的无人值守管理。

1 建设目标及研究内容
1．1 建设目标
面对当前远端通信机房管理维护工作中存在的问题，进行科学、经济、合理的投资，采用先进的计算机技术、自动控制技术、计算机网络技术，建设和改造现有机房的动力环境、保安、消防基础设施，构建可控制、可管理、易维护的机房动力环境多级联网集中监控系统，真正做到机房的无人值守，这是实现通信枢纽站监测网络持续健康运行的重要保障。该系统应该具备以下特点：
(1)具备高度联网集成能力。该监控系统通过用户网络可全面实现对监测站机房内各种类型设备的监控，能够快速、精确反映机房动力环境运行情况，具有及时提供报警提示、故障处理建议的功能。
(2)具备高稳定性和可靠性。该监控系统自身具备7×24 h连续稳定运行的高可靠性，确保监控功能和服务的不间断性，可为机房核心设备的持续、稳定运行提供有力保障。构建该监控系统时，应从系统架构、硬件选型以及软件配置等各个方面进行全面考虑，以提高
系统的稳定性和可靠性。
(3)具备高端管理功能。机房管理知识涉及众多专业，机房管理人员无法精通各方面的专业知识，因此该监控系统应能够提供各种直观、有效、简易的辅助管理工具，如数据报表管理、权限管理、精确报警管理、设备间联动管理、设备运维管理、远程控制管理等，以实现机房的智能化管理，大大降低机房管理人员工作难度，有效解决机房管理专业知识要求高、专业管理人员不足的问题。
(4)具备强大可持续性扩展功能。监控系统应该具备结构、容量、接口技术等方面的快速扩展功能，能够根据用户机房建设不同阶段的要求，满足机房没备、机房数量、管理功能等方面的不断升级扩容的需求，并保护用户原有投资不因系统升级扩容而废弃。
1．2 研究内容与要求
本系统主要完成无线电系统构建、软件实现和硬件实现，系统主要分人机接口、控制、网络互联、信息安全、调制解调、射频等功能模块。利用无线电设汁研制简易、多模式操作、高速信号处理技术的应用、较少的分立器件、新功能增加的灵活性等优点，用尽量少的硬件设备和可重构的无线电系统架构来实现远端通信台站的网络传输，使得设计的网络传输系统具备结构简单、保密性强、安全可靠等一些特点。
1．2．1 主要技术指标和水平
为满足无线电监测站在日常使用中的可靠性要求，项目必须达到一定的技术指标和要求，主要包括以下几个方面：
(1)系统硬件结构简单。通过使用无线电技术，使设计研制简易，使用较少的分立器件，使得系统硬件结构简单。
(2)运行可靠性良好。系统采用高速信号处理技术能够实现新的接收机结构，例如干扰抑制和加密等技术，提高系统运行可靠性。
(3)运行安全性高。在使用DSP和FPGA等高速处理芯片后，能使用更高安全性的加密方式，也可以采用专用的加密精简指令集(CYPRIS)芯片提高安全性。
(4)较少的分立器件。单个的高速数字处理器能够实现许多传统的通信系统功能，例如数据的同步、解调、差错检测和加密等，这样就减少了所需要的器件数量，缩小了通信系统的规模，降低了系统设计成本。
(5)易于升级和功能扩展。采用可重构系统构架式结构，模块化设计，便于功能完善和功能重构，能用可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能的设计。
(6)具备智能学习能力。引用机器学习，使得系统可以自动监测异常，自动修改系统配置应对出现的异常情况，具备机器学习能力，成为智能无线电。
1．2．2 研究方案和技术途径
系统硬件方面使用DSP和FPGA芯片、已有专用芯片搭建可重配置的无线电平台，实现通信枢纽站的网络传输。软件方面利用C#．net编程技术、VC++编程技术、Verilog编程技术、VHDL编程技术和SQL Scrver 2005数据库技术结合编程，并可进行交互处理与分析，使人员能够通过人机接口对系统进行本地或者远端控制。使用可重配置的系统架构，使得基于GSM的无线电系统可以进行现场调整，解决没有预见到的问题或者对无线电系统进行升级；同时引入机器学习技术使网络传输系统和网络操作具备自我诊断能力，使得系统能够在没有人工干预的情况下，提高系统自身的可靠性。

2 基于GSM的通信方案设计
GSM网络具有盲区少，信号稳定，通信距离不受周围环境影响的优点，以及GSM短信息具有随时在线，不需拨号，不占用通话信道，传递信息方便快捷，价格低廉，实时性强，可靠性高，可以预先编制、存储，极易使用等特点，近年来GSM网络的短信息业务，越来越多地被应用于远程设备监控、数据采集等工业遥测、监控领域，GSM网络为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。为保证监控中心与监控终端信道，同时，对每次通信时传递的数据进行计算机加密，确保通信的安全可靠，供短信息业务。本文以无线监测设备为研究控制对象，以C8051F020单片机为内核，设计了一种基于GSM的远程监控方案。应用GSM技术的支持，在多模式工作可编程控制的通用硬件平台上，建立一套灵活的无线电系统。在这个系统中，涉及到射频、中频、基带直到控制协议部分，实现尽可能多的通信功能，硬件的通用性和软件的可重构性使得系统的改进和升级非常方便，不同系统间可以很好地互连与兼容。
2．1 GSM无线电基本体系结构
GSM无线电是多频段、多模式、开放式体系结构，其基本平台包括：天线、调制解调模块、变频放大、频率合成、接口转换以及相应的控制电路等，如图1所示。