基于公用電話網的電信交接箱集中監控管理系統

隨著通信技術的不斷發展，電信網絡規模的不斷擴大，在現代電信網絡中大量采用了遠端模塊和新的接入技術。配線分線設備的總容量和臺套數大量增加，網絡運營公司出于對其企業利潤最大化的要求，配線分線設備的維護將趨向無人值守、遠程自動監控和集中管理。
　　而且，現在電話用戶對電信網絡的依賴性也愈來愈大，對電信網絡運營公司的服務質量的要求也愈來愈高。作為電話接入網的重要組成部分，市話電纜的配線、分線設備直接連接著用戶，這些設備的維護和管理直接關系到對用戶的服務質量和服務水平；同時由于這些設備的低技術含量和強勞動力的投入，使得維護人員的綜合素質較低，管理也較混亂。市話交接箱，作為主要的分線設備，因被各類施工人員頻繁開啟、挪動，很容易造成通信中斷。又由于維護人員能隨意開啟箱門進而隨意改動線路而不更新資料，導致交接箱分線資料的不準確，布線不規范，也容易因箱門鎖閉不嚴，遭到非法人員的破壞，導致用戶電話被盜打、私接電話線等，使市話號線準確率難于提高，并成為故障多發的重要部位。
　　基于這種情況，電信網絡運營公司如何適應新的需要，利用現代技術和手段來管理市話電纜的配線、分線設備，在無人現場值守的情況下，能迅速發現和排除故障，就變得非常必要。基于ＰＳＴＮ的市話交接箱集中監控管理系統的應用能很好地解決上述矛盾，它能對交接箱的開啟和分線資料進行控制和管理，同時也能對交接箱的非法侵入進行告警和信號傳遞。
１ 系統工作原理
１．１ 系統結構
　　整個系統采用了客戶／服務器＋樹型控制的結構形式。圖１表示出了該集中監控管理系統的組網圖。現將各部分的結構和功能概述如下：客戶端與服務器端的連接是嚴格通過服務器上中央數據庫進行的，摒棄了以往的ＤＤＥ、ＯＬＥ等數據傳遞模式，便于提高可靠性、簡化編程任務。客戶端與服務器的交互作用主要表現為兩個方面：一是靜態數據的讀寫操作；二是動態數據的讀寫操作。對于動態數據，在服務器數據庫上建有隨時更新的動態表，客戶端每隔一定時間去讀數據庫，并判別其狀態變化情況。客戶端需要執行的遠程命令（如單箱監視、遠程開鎖等）采用事先約定的命令操作碼來更改服務器上數據庫相應表的相應字段內容，而服務器則每隔一定時間去查詢（或采用事件觸發方式檢索）相應字段的內容；然后與前臺進行交互，來執行相應動作。這樣的結構設計，把客戶與服務器端的連接僅局限于數據庫，極大地提高了系統運行的可靠性，而且對于這樣一個實時性并不強的系統來說是足夠的。
　　服務器端軟件的運行環境是ＷＩＮＤＯＷＳ ＮＴ ＳＥＲＶＥＲ ４．０，服務器端程序采用ＮＴ特有的后臺服務（ＳＥＲＶＩＣＥＳ）方式運行。該程序沒有可視界面，隨ＮＴ的啟動而自動啟動，隨ＮＴ的終止而自動終止。對于軟件運行參數的調整可以通過控制面板的專屬界面進行，從而極大地提高了可靠性，免除了人為誤操作，可以實現全天候正常運行。
　　客戶機與服務器的連接方式，既可以采用以太局域網進行，也可以采用遠程電話撥號進入服務器所在局域網。如果條件許可，也完全可以通過ＩＮＴＥＲＮＥＴ利用瀏覽器與服務器進行交互。方法其實很簡單，服務器有自己的ＤＮＳ和ＩＰ地址，利用ＣＧＩ或ＡＳＰ技術實現對ＳＱＬ ＳＥＲＶＥＲ ７．０數據庫的讀寫操作，客戶端只是調用服務器端的ＨＴＭＬ即可。這樣也就可以充分利用網上尋呼、自動Ｅ－ＭＡＩＬ服務等先進技術實現即時的告警。而服務器程序則一直在后臺運行，并不斷更新數據庫，且與ＷＥＢ系統互不干擾，這也是這種方式的最大優點。
　　圖１中的客戶機由多媒體計算機和接入設備組成，能對一定區域的各交接箱進行全面的監視、控制和維護，也可以編輯、存儲、記錄、查詢和打印相關資料。每個客戶端的應用程序都是相同的，不同的僅是其服務范圍和權限級別。對于處于不同地方的客戶機，或者對于不同的操作者，系統可以給予不同的權限級別。最高級別的客戶機行使管理員的職責，負責整個系統的正常運轉，負責為不同的客戶機授權，而且它還能對整個系統進行全面的監視和維護；能夠存儲、記錄、查詢和打印所有資料。由此可見這種結構對整個系統的構建提供了非常大的靈活性。這樣的一臺客戶機最多可監控２５６臺遠程監控單元。
　　遠程監控單元是基于單片ＣＰＵ的微機小系統，機中裝有ＭＯＤＥＭ，通過ＰＳＴＮ與中央服務器系統連接。各遠程監控單元安裝在分局、支局、模塊局或接入點，能對該交換局所屬的所有交接箱進行實時監視和控制，并將各類信息及時上報。若與之直接相連的交接箱發生非法開啟，該監控單元能即時呼叫負責該交接箱的包箱員的ＢＰ機進行告警并及時向中央服務器報告，由中央服務器將告警信號傳遞給相應的客戶端。中央服務器也可以主動控制遠程監控單元的行為，如收集交接箱操作的歷史記錄，收集包箱員密碼，遠程開鎖、單箱監視等等，收集的數據將存入該機的中心數據庫內。這樣一方面便于集中管理，一方面有利于保護數據的安全。客戶端對交接箱的操作是通過中央服務器控制相應遠程監控單元完成的。一臺大容量遠程監控單元可監控多達２５６個交接箱。
　　系統的最低級是被監控的對象，也就是各個交接箱。遠程監控單元直接通過電纜與各交接箱連接，交接箱上裝有電子鎖，如果發生異常或者交接箱與遠程監控單元之間的連線被切斷，將會立即產生告警信息。
　　服務器與遠程監控單元的連接采用多串口卡連接多個ＭＯＤＥＭ。系統服務程序采用ＴＥＬＥＰＨＯＮＹ ＡＰＩ建立和管理ＭＯＤＥＭ連接，利用標準ＷＩＮＤＯＷＳ ＡＰＩ的文件處理函數處理數據交換，采用并口Ｉ／Ｏ和多線程技術管理通信鏈路；在服務器應用中至少應該包括三個線程：一個作為主線程來管理程序的正常運行，另外兩個線程一個用于讀通道，一個用于寫通道。它采用事件觸發方式（中斷方式）進行數據的讀寫；當沒有事件觸發時，使線程處于休眠狀態，以最大限度地節省ＣＰＵ資源，當有事件觸發時再喚醒該線程。為了增加通用性，在建立和管理ＭＯＤＥＭ連接時，必須采用ＴＡＰＩ函數。其低層通信程序應該完成數據的打包與解包、數據的發送與接收、數據有效性的檢驗、數據傳輸的完整性保證、通信鏈路的接通與關閉、通信鏈路的故障恢復等功能。
　　總之，該系統是以數據為中心的應用，客戶端和服務器端的操作實際上都是圍繞著數據庫進行的。中央數據庫在各個客戶機和服務器之間架起了橋梁，其結構如圖２所示。
１．２ 系統工作流程
　　交接箱非法開啟告警是該系統最簡單的應用，其信息流如圖３所示。當交接箱發生非法開啟或者其與遠程監控單元之間的連線被切斷時，發出告警信息。遠程監控單元獲得該告警信息后，摘機撥打中央服務器的電話，獲得應答信號后向中央服務器傳送打包的告警信息。告警信息中包含了發生告警的交接箱ＩＤ和告警代碼以及發生告警的日期時間，獲得應答信號后掛機結束此次信息傳輸過程。中央服務器將收到的告警信號存儲在其中央數據庫中。當相應客戶機在每個定時時刻（１０～６０Ｓ）查看服務器上數據庫的告警隊列時，就會獲得該告警信息，并以語音或文字方式及時提醒操作人員。可見，從告警發出，到客戶端最后得知告警，時間延遲不會超過５ＭＩＮ。
　　另外，中央服務器還可以逐一呼通各前端遠程監控單元，進行硬件系統測試、校正時鐘，或令選中的監控單元將其存儲的各交接箱操作歷史信息記錄發送過來做相應分析處理并錄入數據庫中。客戶端也可以針對某交接箱執行遠程開鎖或單箱監視任務，如前所述，這一行為是通過服務器進行的。
２ 系統功能
該系統可以實現下述功能：
·在被監控的交接箱上，配備一至兩把密碼電子鎖，分別控制前后門，通過包箱員或系統管理員的正確操作，可控制開啟電子鎖并記錄相應信息。
·包箱員在本人維護的交接箱上接上話機，撥本人的開箱密碼，可開啟交接箱的前后門；通過撥內部通話字冠可與系統管理員通話；通過撥市話通話字冠可與普通市話用戶通話；撥修改密碼字冠和本人的舊密碼和新密碼，可修改自己的密碼。
·管理員可通過客戶機或系統管理話機，執行遠程開鎖。
·在交接箱受損、被非法侵入、箱門長期開啟時，可由遠程監控單元發ＢＰ機信號，通知維護人員及時處理并予以記錄；可由系統自動呼叫值班電話，用語音通知值班人員；也可在客戶機上發出聲光告警。
·可記錄、查詢、打印、匯總每個交接箱的操作歷史，包括交接箱每次開啟起止時間及操作人員姓名；非法侵入事件的發生時間和修復時間；遠程開鎖事件的時間以及請求開鎖者的姓名。
·客戶機可及時顯示所有交接箱的使用狀態，包括話機摘／掛機狀態、門的開／關狀態以及交接箱的告警狀態等。
·能夠在客戶機上具體顯示和打印任意一臺交接箱的各項資料，包括交接箱編號、安裝使用日期、安裝地點，累計故障次數、各維護人員的姓名、密碼及其所管轄的交接箱編號。
３ 通信約定與數據庫
３．１ 通信約定
　　中央服務器與各遠程監控單元分別安裝有ＭＯＤＥＭ，中間由ＰＳＴＮ通過撥號連接。當中央服務器發起通信時，它先撥遠程監控單元的電話號碼，遠程監控單元收到振鈴信號后自動應答，進入數據通信程序；當由遠程監控單元發起通信時，中央服務器也要自動應答并接收數據。當發現通信失步（即所收到的幀中，其幀頭、幀尾發生長度失配）或校驗和出錯時，由接收方回送ＮＡＫ（０６Ｈ）。當發送方收到ＮＡＫ時，先發送５個連續的幀頭和幀尾，然后重發上組命令，連續５次失敗或通信超時，退出聯機狀態，要求重新聯機。通信過程中的接收方，只有在收完并發出證實信號ＡＣＫ（１５Ｈ）后，才能繼續發送／接收其他命令；通信過程中的發送方，只有在發完并收到證實信號后，才能繼續發送／接收其他命令。
各控制和傳輸命令采用ＡＳＣＩＩ碼傳輸，以幀頭０５Ｈ，幀尾Ｆ５Ｈ作一幀數據的同步碼。其數據格式如表１所示。
３．２ 數據庫
　　數據庫主要由下述八張表具體描述系統的信息和其相互之間的關聯信息，如表２所示。表中所列８張表，前五個為靜態數據表，后三個為動態數據表，需要隨時進行更新。其中，操作用戶數據表用于設置各客戶機的操作區域和權限級別。包箱員數據表存儲的ＢＰ機號碼用于遠程監控單元自動發ＢＰ機信息時使用。交接箱狀態數據表用于不斷更新客戶軟件交接箱狀態的變化情況。如果某交接箱產生告警信息，其告警數據也存放在該表中。遠程命令處理隊列是各客戶端為執行遠程開鎖、單箱監視之類的命令而發送到服務器數據庫中，由服務器軟件按隊列順序排隊執行。
　　總之，遠程分布式電信交接箱監控管理系統監控容量大、組網方便、性能穩定、實施費用相對較低、與其他監控系統的兼容性強，可同時監控交接箱和配線架，可將交接箱分線資料實現計算機管理。實踐證明，對于交接箱實現無人值守的分布式遠程集中監控非常有效。