机房动力环境集中监控系统的应用和发展
本文通过纵览动力环境集中监控的发展历程，概要总结动力环境集中监控系统数据采集、数据传输、基本组网的主要技术，突出分析了目前动力环境集中监控系统的应用水平和系统稳定性与告警过滤两方面性能的应用现状，探讨了动力环境集中监控系统在B接口、A接口、数据挖掘和科学规划方面的发展方向。
一、动力环境集中监控的定位
动力环境集中监控系统是一个网络化的集成系统，各局站的动力设备及环境运行数据通过传输网络集中到监控中心，并进行存储、处理，实时呈现运行数据和告警数据。以“四遥”为手段，通信企业可以全面撤销局站有人值守，变被动的抢修模式为主动的预防性维护模式，达到减员增效的目的。
二、动力环境集中监控系统的背景
1、通信企业竞争和发展的需要
随着通信行业的迅猛发展，通信企业间的竞争不断加剧，“网络质量是通信企业的生命线”，网络质量领先是通信企业的绝对竞争优势，稳定的动力设备和优良的机房环境是保障网络质量领先的必要条件。为了提高运行质量保障能力和运维管理低成本运作能力，通信企业必须建设动力环境集中监控系统。
2、动力维护工作特点决定
动力设备预防性维护、应急供电抢修、机房环境维护等都是劳动密集型工作，传统的“有人值守＋断电抢修”维护模式，执行效率低、资源耗费大，难以适应动力维护工作发展的要求。“生产关系要适应生产力的发展”，维护体制必须向集中化、精细化转变，动力及环境集中监控系统适时而生。
三、动力环境集中监控系统的可行性
1、动力设备的可靠性提高
随着应用技术的不断发展，相控整流电源已经全面升级为模块化高频开关电源，防酸隔爆电池也换代为密封阀控蓄电池，自动化油机发电机组、机房空调等应用趋于成熟，设备可靠性高、故障率低为实施无人值守、集中监控提供了基础条件。
2、动力设备智能性完善
设备的监控单元能够对设备本身运行状态实时监控、智能管理、自动撤投。标准的监控接口和规范的智能协议为实施集中监控提供了便利条件。
3、工控技术、数据库技术成熟
工控技术、数据采集技术、系统集成技术、数据库技术的成熟应用，为集中监控提供了技术保障。
4、众多监控厂家的积极参与
众多具有雄厚技术实力的监控厂家积极投入，为集中监控提供了强有力的技术支撑。
四、动力环境集中监控系统的技术标准
1996年，邮电部发布的《通信电源和空调集中监控系统技术要求（暂行规定）》【YDN 023-1996】，是动力环境集中监控系统的第一个行业标准，为动力环境集中监控的建设和发展指明了方向。
2005年，信息产业部发布的《通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统》【YD/T 1363-2005】，总结了近十年的建设和应用经验，内容丰富、要求明确。该标准分为四个部分：第1部分系统技术要求代替了原《暂行规定》，同时修订和明确了若干定义和术语，增加了监控系统的功能结构和物理结构以及相应接口的定义，修订了监控系统的组成及组网的要求，补充了监控对象及内容，补充了通用管理功能和系统各级功能部分，补充了监控系统硬件和软件要求；第3部分是由原附录《通信协议》修改后的前端智能设备协议部分；第2部分互联协议和第4部分测试方法是新增部分。
五、动力环境集中监控系统的主要技术
1、系统组成简介
动力环境集中监控系统由采集子系统、传输子系统、软件子系统组成，采集子系统完成底端数据的采集，传输子系统将底端采集到的数据传送到监控中心，软件子系统完成系统设置、数据处理、告警产生、数据存储、系统功能等。
被监控对象按功能分为动力和环境两大类，动力类包括高压配电、低压配电、UPS、油机、电源、电池组、空调等，环境类包括、门禁、烟感、温度、湿度等。
被监控对象按采集方式分为智能设备和非智能设备两大类，智能设备本身具有数据采集和处理能力，并带有智能接口，可以与上位机通信；非智能设备本身不具备数据采集和处理能力，需要增加传感器、变送器和采集器来完成数据采集和上报。
2、数据采集技术
在采集子系统中，被监控信号的测量至关重要，被监控信号按照特性可以分为模拟量和开关量。
1）模拟量采集技术
模拟量是指随时间连续变化的量，对于这些信号的测量，需采用模/数（A/D，Analogue/Digital）转换设备将模拟量变成数字量后才能适合计算机采集。智能设备的模拟量信号由监控单元完成采集，而非智能设备的模拟量信号需要增加数据采集器、传感器、变送器等来完成采集，将非电量信号转换为适合采集器输入特性的电量信号。
2）开关量采集技术
开关量是指不连续变化的、具有确定的几种状态的量，最典型的是仅有“0”和“1”两种状态的开关量。非智能设备的开关量信号采集也需要增加开关量传感器和采集器。
3、数据传输技术
1）E1中继传输技术
E1中继线路上传输2M的码流，有信道化E1和非信道化E1两种资源。信道化E1（CE1）定义了帧结构，每帧32个时（TS0~TS31），其中TS0用于同步，TS16用于信令，其余用于传输数据，每个时隙的带宽为2M/32=64K。
在动力环境监控系统中，2M的某一个时隙可以用于基站与端局监控主机之间的数据传输，整个2M也可以用于LSC与CSC之间的大数据量的传输；在基站2M的某时隙传送数据时，需要在基站配置2M抽时隙设备，在LSC中心通过交换机做半永久连接或增加DXC数据收敛设备，传输监控数据。
2M传输具有传输稳定性好、可靠性高、响应速度快的特点。目前中国移动的大部分基站动力环境监控均采用这种传输模式。
2）IP(MDCN)传输技术
局站动力环境监控的串行数据，通过传输设备转换为IP数据包，并通过以太网口接入到已经建好的MDCN网络中，LSC的端局监控主机接入MDCN网就可以采集到各局站的动力环境监控数据。CSC与LSC之间也可以用MDCN来传输监控数据。
MDCN网的特点是前期必须已经建成网络，后期上监控时，传输投入较少，但是如果是某些时段网络数据流量太大，会影响到监控系统的响应速度及稳定性。
3）干接点技术
由采集器连接各种动力与环境传感器和监测点进行数据采集，通过OMC与LSC相连，监控数据为开关量，可以实现遥信功能。监控信息单向上行传输，监控数据通过BTS上的外部告警单元经由BSC传送到OMC。一般在非重要局站的设备上采用干接点监控子系统。
4）数字公务信道技术
如果E1中继线路紧张，而又没有MDCN网络，可以采用数字公务信道传送基站动力环境监控数据，由于一条链路上传送有多个基站的监控数据，各个采集设备的上报波特率必须相同而地址不同，上位机采用分时轮巡的方式采集。数字公务信道有广播方式的，也有点对点方式的，如果是点对点方式的，还需要在每个基站上增加通信串口转换器来进行桥接组网。这种传输方式因采集速度慢、稳定性差而应用较少。
5）短信传送技术
短信传送信息，主要用于监控中心的告警输出，当有告警产生时，可以将相关告警通知相应的维护人员或值班人员，对设备告警做相应处理。
短信告警输出的方式有两种，一种是采用无线MODEM的方式，这种方式实现起来相对简单，另外一种方式是监控系统软件通过短信中心来发送告警信息给维护人员，这需要监控软件与短信中心通过一定的协议来实现，需要双方的配合，实现难度相对较大。
告警短信只能作为监控中心值班的一种辅助手段，监控中心的值守才是主要手段，因为告警短信有时延时较大，特别是节假日，由于客户的短信信息量太大，短信是排队发送的，延时会更大。
4、基本组网技术
这里的组网方案是指在没有MDCN的情况下，新建监控系统网络的基本组网方案，在实际组网时，可能是多种基本方案混合组网，根据局站与中心的连接方式可分为三种基本组网方案。
1）多串口卡组网技术
这种技术方案主要用于基站与LSC的端局监控主机间的组网，传输到多串口卡的端口上的数据是串行数据，一个端口上可以是一个基站的数据（如：2M抽时隙点对点方式），也可以是多个基站的数据。
2）基于路由器的组网技术
这种技术方案主要用于枢纽局SU与LSC间的组网、LSC与CSC间的组网。
3）远程访问服务器的组网技术
这种技术方案主要用于数据量较大的远端局站与LSC间的组网，端局监控主机与LSC局域网构成一个局域网。
六、动力环境集中监控系统的应用现状
1、建设规模
经过近十年的发展，动力环境集中监控系统的建设已经具有一定的规模，以中国移动为例，中心机房监控率93.44%；VIP基站监控率95.84%；普通基站监控率76.95%。并且动力环境集中监控系统已经成为了通信建设的配套工程，“同步设计、同步施工、同步验收”。
2、应用水平
大致可分为基本、中级、高级三个层次，从中国移动全网情况看，基本应用已经全部实现，大部分处于中级应用水平，高级应用尚处于探索和不断完善之中。
1）基本应用
a.看告警，看设备运行数据；
b.偶尔控制油机和空调。
2）中级应用
a.查询历史停电报表；
b.查询油机开机报表；
c.打印相关的告警报表；
d.辅助进行蓄电池放电试验。
3）高级应用
a.进行设备运行质量考核、维护人员绩效考核；
b.进行故障预测、故障控制；
c.进行设备生命期预测；
d.指导设备大修、改造、更新、选型；
e.实施动力设备资源管理；
f.改进动力节能运行方案；
g.基站防盗的告警联动
3、典型成果
1）应急供电能力大大增强
近三年，面对电荒、台风等自然灾害严重，动力环境集中监控系统科学调配抢修资源，保障了网络应急供电工作，既提高了资源利用率，又延长了设备使用寿命。而且通过远程控制空调、开关电源运行，在节能降耗方面起到了积极作用。
2）运行维护效率大幅提升
依托集中监控系统，动力设备数量迅速增加、人力基本不变的矛盾得到了很好的解决，通过实时监控、告警处理、工单管理等手段，维护工作有的放矢、执行有力，运行质量稳步提升，重大断电事故率明显降低。
3）代维管理、机房安全管理方面显实效
利用监控门禁系统，准确掌握代维公司下局站的时间，考核代维公司到达局站维护情况。同时有效解决了防盗问题，实现了机房安全管理。
4）科学指导设备优化和技术改造
设备性能评估，通过统计分析历史数据，对设备的性能进行评估，并作为设备大修、改造或更新的依据。设备考核与选型，统计各厂家各型号设备故障率、平均故障修复时间、重要告警总历时、电源效率、误告警率、平均使用年限等，对设备进行综合考核，将同类设备分厂家进行排序，作为选型时的参考。
七、动力环境集中监控系统的两个关键性能
1、系统稳定性
作为动力设备及环境的维护工具，集中监控系统的稳定性直接影响到动力设备维护的效率与质量，监控系统越稳定，动力设备发生重大故障的风险就越小。
1）数据采集器件的可靠性
集中监控系统的准确性、可靠性主要由采集子系统决定的，采集子系统的准确性和可靠性由两个因素决定，一是传感器/变送器准确性与可靠性，一是采集器A/D变换的准确性与可靠性。
2）数据处理设备的稳定性
监控主机、端局监控主机、协议转换器等都属于数据处理设备。数据处理设备不但要完成底端采集到的数据处理，还要将处理后的数据通过传输系统传送给上层软件系统。数据处理设备中断，监控中心将无法监控到该设备下面的监控对象。数据处理设备的稳定性将直接影响监控系统的稳定性。
3）数据库设计的科学性
局站众多，信号量大，监控系统庞大，需要存储的数据量也非常大，所以，在监控系统的设计时需要选定一种存储容量、存取速度都能满足要求的可靠的数据库。而且，在设计时要合理设计数据结构，提高数据库的运行效率及读写速度，增加数据库的稳定性。
数据库空间是有限度的，数据存储量越大，响应速度会逐渐变慢，不稳定的风险就会增加，所以，在工程具体应用时，在符合历史数据查询要求的基础上，必须精简信号，删除不必要的信号，同时合理设置存储周期和阀值，保证宝贵的数据库空间。
2、数据过滤功能
数据过滤是一个基础功能，例如任何一个告警都会并发各种关联设备的告警，为了突出该告警本身，便于故障定位与维修，根据动力供电系统原理，监控系统必须自动实现将该告警引起的下游设备告警过滤掉，减少监控系统告警量。数据过滤是集中监控系统人机友好的重要功能，必须持续改进和优化。
八、动力环境集中监控系统的发展方向
1、完善B接口、建设CSC，发挥集中优势
在地市LSC成熟应用基础上，为了实现更高的集中化管理，必须建设省CSC，将各地市LSC连接起来。这样，就存在CSC与LSC统一接口协议问题，即监控系统B接口。但是在实际运作过程中，发现最初的B接口存在一些局限性和二义性。例如：B接口的功能实现过分依赖通讯，没有设计一套可靠性保证机制；各个厂家的LSC设计思路和性能差异极大地影响CSC功能的实现。
因此，必须在实践中对B接口进一步调试、修改、完善，使B接口运行更加稳定，也使整个监控系统更加稳定可靠。
2、统一A接口、推广创新方案，降低建设成本
监控系统中涉及大量的A接口协议，即智能设备通信协议。由于各厂家采用的智能设备的协议不同，种类繁多（特别是个别厂家采用私有协议），在接入监控系统时，还可能要增加一些协议转换器完成协议转换；统一A接口协议，可以节约大量的建设成本。
浙江公司通过自主创新提出的“2M总线环、RS232上网”专利方案，能够有效节约投资，为干结点监控的升级和新建模拟量监控提供了一套全新方案，有一定的推广价值。
3、深挖统计数据，实现监控的高级应用
通过停电报表，分析评价市电的质量，指导建设和维护。通过历史告警统计报表，作为该局站设备稳定性、维护业务考核的依据。通过设备历史告警统计报表，评价各设备告警/故障率情况，作为设备选型的重要依据。通过电池放电曲线报表，评价电池的好坏，发现落后电池。在电费统计的同时，分析电源工作效率＝电源直流用电量/电源交流用电量。通过查询、统计、分析设备的历史告警情况，结合设备使用年限，对设备的故障趋势预测，提前做好预防性维护和计划性更新工作，降低故障率，延长设备使用寿命。
4、科学规划，平滑升级为机房综合信息平台
动力环境集中监控系统是独立于通信业务网管系统的基础设施管理平台，随着集中化的逐步推进，智能门禁、智能电表、综合防盗、图像监控、智能节能、机房空间资源等等机房基础信息都将是集中管理的内容，因此，必须科学规划动力环境集中监控系统和扩展能力，为升级为机房综合信息管理平台打好基础。
