基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的分布式通信電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

林莉蕓

（信陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

0 引 言

分布式通信電源作為通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)施，是保證通信網(wǎng)絡(luò)能夠安全高效運(yùn)行的重要依據(jù)[1]。分布式通信電源一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)引發(fā)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓[2]。因此，控制分布式通信電源是確保分布式通信電源能夠正常運(yùn)行的主要手段[3]。在以往分布式通信電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，分布式通信電源的控制只能在特定范圍中進(jìn)行，存在控制效率低的問題。而遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑦h(yuǎn)程控制終端電路與系統(tǒng)服務(wù)器相連，通過傳輸以太網(wǎng)信號(hào)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

1 分布式通信電源控制系統(tǒng)硬件部分

1.1 以太網(wǎng)

本文基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以太網(wǎng)，為分布式通信電源控制的數(shù)據(jù)傳輸提供硬件環(huán)境，使分布式通信電源控制數(shù)據(jù)的超遠(yuǎn)距離傳輸成為可能。采用雙絞線連接遠(yuǎn)程電源終端與交換機(jī)，通過級(jí)聯(lián)的方式擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用點(diǎn)到點(diǎn)的光纖鏈路方式連接所有硬件電纜，形成星型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)RTW24899E以太網(wǎng)串口轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為分布式通信電源控制開關(guān)信號(hào)，構(gòu)造完整的系統(tǒng)硬件載體環(huán)境。

1.2 遠(yuǎn)程電源終端

以遠(yuǎn)程電源終端為分布式通信電源控制系統(tǒng)的核心硬件，內(nèi)置核心控制板。遠(yuǎn)程電源終端主要包括核心控制板、CPU、傳感器、網(wǎng)線以及顯卡等。在選擇核心控制板的型號(hào)時(shí)，應(yīng)考慮功能需要、接口處資源、輸入網(wǎng)口和輸出網(wǎng)口的尺寸大小以及功率消耗等相關(guān)因素。針對(duì)上述要求，本文將型號(hào)為TRW2342100Q的核心控制板引入到遠(yuǎn)程電源終端設(shè)計(jì)中。

TRW2342100Q核心控制板可以使遠(yuǎn)程電源終端的各項(xiàng)性能達(dá)到最佳，并且在一定程度上節(jié)省系統(tǒng)匯總硬件的運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。TRW2342100Q核心控制板可以控制多個(gè)電路的通斷并調(diào)節(jié)分布式通信電源開關(guān)的速度，因此具有更高的控制效率[4]。遠(yuǎn)程電源終端主要用于為分布式通信電源控制提供驅(qū)動(dòng)，其主要電路是由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）和高速光耦共同構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)形式為脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)，從而使分布式通信電源控制系統(tǒng)獲得自由的分布式通信電源開關(guān)調(diào)速。高速光耦作用是將TRW2342100Q核心控制板中發(fā)出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制當(dāng)量，控制分布式通信電源。

1.3 顯示器

顯示器作為分布式通信電源控制系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的展示界面，可以顯示遠(yuǎn)程電源終端采集到的分布式通信電源控制數(shù)據(jù)。本文選用顯示器的型號(hào)為CFR2548，通過串口通信能夠直接獲得分布式通信電源控制數(shù)據(jù)，另外顯示器的硬件環(huán)境配置包括2 Mb/s PC端各類型瀏覽器和移動(dòng)端各類型瀏覽器。

2 分布式通信電源控制系統(tǒng)軟件部分

2.1 采集分布式通信電源控制數(shù)據(jù)

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中利用IEEE802.1B生成樹協(xié)議，采集每一個(gè)端口中的分布式通信電源控制數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)化采集控制數(shù)據(jù)?？紤]到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)具備不穩(wěn)定的特性，會(huì)采集到一些無(wú)效的數(shù)據(jù)樣本。因此，為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)效控制，本文通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的RS232或USB接口采集控制數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)采集速率控制在1.0～110.5 kb/s。此外，采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的虛擬專網(wǎng)技術(shù)對(duì)分布式通信電源控制命令進(jìn)行數(shù)字簽名。通過過濾數(shù)據(jù)中的無(wú)效控制數(shù)據(jù)，將有效數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。

2.2 基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)建立控制數(shù)據(jù)高級(jí)通信協(xié)議

通過將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在控制數(shù)據(jù)傳輸過程中，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄芑{(diào)頻。利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)采集的分布式通信電源控制數(shù)據(jù)發(fā)送至前端顯示區(qū)域，既能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，又能夠通過高級(jí)通信協(xié)議中的調(diào)頻通信模塊有效控制分布式通信電源。測(cè)試分布式通信電源運(yùn)行中的電流和電壓，根據(jù)具體變化情況，判斷分布式通信電源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集信號(hào)是否出現(xiàn)波動(dòng)。當(dāng)采集數(shù)據(jù)信號(hào)幅度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，調(diào)整變頻參數(shù)，在線控制分布式通信電源。波動(dòng)較大時(shí)，必須在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中引進(jìn)虛擬局域網(wǎng)VLAN，根據(jù)系統(tǒng)的通信路徑控制分布式通信電源數(shù)據(jù)采集信號(hào)。

2.3 計(jì)算分布式通信電源控制頻率

根據(jù)傳輸?shù)玫降姆植际酵ㄐ烹娫纯刂茢?shù)據(jù)計(jì)算分布式通信電源控制當(dāng)量。計(jì)算時(shí)，首先給遠(yuǎn)程電源終端一個(gè)已知的數(shù)值，其次利用該數(shù)值，自動(dòng)給出分布式通信電源一個(gè)原始恒定的運(yùn)行速度，最后待分布式通信電源運(yùn)行一段時(shí)間后，通過改變這一定值，計(jì)算相關(guān)當(dāng)量控制分布式通信電源開關(guān)的頻率。設(shè)分布式通信電源控制頻率為W，可得以下公式：

式中，K是遠(yuǎn)程電源終端在實(shí)際運(yùn)行過程中的比例系數(shù)；x是系統(tǒng)自動(dòng)采樣次數(shù)，為實(shí)數(shù)；f(x)是系統(tǒng)第x次自動(dòng)采樣時(shí)與實(shí)際定量之間的偏差；j是控制誤差比例系數(shù)。利用式（1）可以計(jì)算出分布式通信電源控制頻率，為控制分布式通信電源提供數(shù)據(jù)支持。

2.4 控制分布式通信電源

得到分布式通信電源控制頻率后，利用計(jì)算機(jī)接口控制分布式通信電源。通過映射出兩個(gè)4位8進(jìn)制數(shù)，獲得在每個(gè)控制點(diǎn)位上的控制數(shù)據(jù)，再利用特定的變量數(shù)據(jù)映射分布式通信電源控制數(shù)據(jù)，形成區(qū)域性的映射。通過C++面向?qū)ο蟮木幊趟枷雽⒎植际酵ㄐ烹娫纯刂茢?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的參數(shù)控制，用戶只需事先將規(guī)定的分布式通信電源控制限制輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)即可自動(dòng)檢測(cè)是否改變控制參數(shù)。最后利用計(jì)算機(jī)的端口狀態(tài)存儲(chǔ)控制數(shù)據(jù)及控制信息，并將其輸入到相應(yīng)的映射區(qū)域中。通過分析區(qū)域映射中對(duì)應(yīng)的控制語(yǔ)義和詞義得出正確的控制結(jié)果，實(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的分布式通信電源控制。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)選擇100個(gè)型號(hào)相同的分布式通信電源作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，電壓輸入范圍為100～286 V AC，輸出電壓為110 V，輸出功率為150 W，短時(shí)功率最高可達(dá)100 W。本次實(shí)驗(yàn)將控制波特率作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)，控制波特率越高證明該控制系統(tǒng)的控制效率越高。本文控制分布式通信電源系統(tǒng)通過MODBUS軟件采集一組控制波特率，設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)控制分布式通信電源系統(tǒng)通過MODBUS軟件采集一組控制波特率，設(shè)置為對(duì)照組。此外，在此次實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)時(shí)間設(shè)置為10 h。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩組系統(tǒng)得出的控制波特率整理為對(duì)比表格，如表1所示。

表1 控制波特率對(duì)比表

通過表2可知，在相同的測(cè)試時(shí)間中，本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的控制波特率明顯高于對(duì)照組，對(duì)分布式通信電源的控制效率更高，可以證明所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具備更高的控制效率，有理由投入現(xiàn)實(shí)使用。

4 結(jié) 論

通過實(shí)例分析證明，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)在分布式通信電源控制系統(tǒng)應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。控制波特率的高低是保證分布式通信電源控制系統(tǒng)控制效率的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，而針對(duì)分布式通信電源控制系統(tǒng)進(jìn)行基于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以大幅度提高控制波特率。因此，在日后的研究中，堅(jiān)持以遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)為核心，提高分布式通信電源控制系統(tǒng)的綜合性能，促進(jìn)分布式通信電源控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠有更好的發(fā)展。