趙 光,李建華,饒風(fēng)華,郭衛(wèi)斌,范貴生
(1.華東理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200237;2.萬(wàn)馬電子醫(yī)療有限公司,杭州 311306)
光纜交接箱(Fiber Distribution Terminal,F(xiàn)DT)是為主干光纜與配線光纜提供光纖交接的一種戶(hù)外接口設(shè)備,光纖分配網(wǎng)(Optical Distribution Network,ODN)是實(shí)現(xiàn)光纖線路以及FDT等設(shè)備管理的光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)ODN中,施工必須依賴(lài)施工規(guī)劃圖紙來(lái)進(jìn)行,施工人員領(lǐng)取圖紙后,到指定施工FDT所在地區(qū),通過(guò)圖紙進(jìn)行光纖的端口跳接或拆除,施工完成后進(jìn)行施工信息的手工統(tǒng)計(jì),然后交由記錄人員將結(jié)果錄入設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。在這個(gè)施工過(guò)程中由于采用手動(dòng)施工且設(shè)備端口比較多,端口定位困難,操作容易出錯(cuò)并且會(huì)因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)難以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而引起返工;施工完成后,光纖路由信息手工記錄容易漏記或是錯(cuò)記。此外,記錄人員在將此次施工結(jié)果手工錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理時(shí),錄入易出錯(cuò),手工施工致使傳統(tǒng)ODN中施工錯(cuò)誤率高、效率低下、光纖資源浪費(fèi)嚴(yán)重[1]。隨著光纖入戶(hù)(Fiber To The Home,F(xiàn)TTH)[2,3]和ODN的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,這些缺點(diǎn)更加明顯,傳統(tǒng)ODN中所使用的運(yùn)營(yíng)手段已經(jīng)難以滿(mǎn)足現(xiàn)在ODN網(wǎng)絡(luò)中光纖設(shè)備的管理需求。沒(méi)有正確的光纖連接信息是ODN管理困難的關(guān)鍵問(wèn)題,因此,設(shè)計(jì)一套電子化、智能化[3,4]的ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)具有極其重要的意義。
本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)ODN中施工人員進(jìn)行施工的具體流程的分析以及對(duì)Android平臺(tái)下遠(yuǎn)程工程施工研究[5],設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種光纖分配網(wǎng)遠(yuǎn)程施工系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工單的電子化管理、施工數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸、施工告警信息的通知以及施工結(jié)果的自動(dòng)回傳、存儲(chǔ)、發(fā)布等功能,能夠確保施工正確率,提高運(yùn)營(yíng)商對(duì)ODN的管理效率[6],實(shí)現(xiàn)光纖資源的合理配置。
ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)基于C/S架構(gòu),可分為三層來(lái)進(jìn)行分析設(shè)計(jì),如圖1所示。第一層為服務(wù)器端,包括了安裝有工單子系統(tǒng)的服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)了為遠(yuǎn)程施工終端提供工單獲取功能。第二層為遠(yuǎn)程施工終端,包括了基于Android平臺(tái)的智能移動(dòng)終端,移動(dòng)終端上安裝了針對(duì)遠(yuǎn)程施工而開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端軟件。第三層為具體FDT施工設(shè)備,包含了與智能移動(dòng)終端進(jìn)行藍(lán)牙通信模塊、安裝有光交控制器的FDT設(shè)備,藍(lán)牙通信模塊可以通過(guò)與光交控制器的通信實(shí)現(xiàn)對(duì)FDT設(shè)備的控制,F(xiàn)DT設(shè)備則根據(jù)光交控制器的施工控制指令做出相應(yīng)施工指示來(lái)指導(dǎo)施工人員施工。
系統(tǒng)的施工流程按操作人員的不同可以分為兩個(gè)階段。第一階段,管理員在施工管理中心創(chuàng)建與指派工單。管理員通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)工單子系統(tǒng)服務(wù)器,根據(jù)具體需求創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的工單,然后將工單指派給相應(yīng)施工人員。創(chuàng)建的工單一般包含了要施工的設(shè)備信息、工單類(lèi)型、具體施工人員等,不同類(lèi)型的工單封裝的數(shù)據(jù)有所差異。第二階段,施工人員在戶(hù)外設(shè)備的施工現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行具體施工任務(wù)。施工人員在現(xiàn)場(chǎng)首先手持智能移動(dòng)終端通過(guò)GPRS、WiFi或是3G等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)[7]接入到網(wǎng)絡(luò),為遠(yuǎn)程訪問(wèn)工單子系統(tǒng)做好準(zhǔn)備。具體施工時(shí),啟動(dòng)終端上已經(jīng)安裝好的遠(yuǎn)程施工客戶(hù)端,登錄客戶(hù)端,獲取指派給當(dāng)前施工人員的工單,搜索周?chē){(lán)牙模塊并進(jìn)行選擇、配對(duì),成功后即可發(fā)送指令給藍(lán)牙模塊,藍(lán)牙模塊將指令轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)FDT設(shè)備上的光交控制器,控制器解析接收到的命令并控制設(shè)備給出相應(yīng)的施工指示,施工人員根據(jù)指示進(jìn)行具體施工操作來(lái)完成施工。施工完畢后將控制器會(huì)施工結(jié)果回傳給移動(dòng)終端,由終端解析校驗(yàn)并將結(jié)果信息遠(yuǎn)程寫(xiě)入工單子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中,完成工單、設(shè)備等信息的同步。
圖1 ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖
基于上文所述的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以及施工流程,本文設(shè)計(jì)的ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng),其硬件包括了作為工單子系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的服務(wù)器、基于Android平臺(tái)的智能移動(dòng)終端、藍(lán)牙通信模塊、光交控制器以及FDT設(shè)備;軟件包括了運(yùn)行于服務(wù)器上的工單子系統(tǒng)Web應(yīng)用程序、運(yùn)行于智能移動(dòng)終端上的施工客戶(hù)端。下面介紹該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案以及軟件的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。
在本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的光纖分配網(wǎng)遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)中,采用基于Android平臺(tái)的移動(dòng)終端向藍(lán)牙模塊發(fā)送施工控制命令并由位于FDT上的光交單片機(jī)控制器將命令轉(zhuǎn)發(fā)給FDT設(shè)備,進(jìn)而控制FDT上各個(gè)機(jī)框、板卡、端口的施工指示燈,來(lái)指導(dǎo)施工人員進(jìn)行施工。施工完畢后光交單片機(jī)控制器會(huì)將施工結(jié)果信息發(fā)送給藍(lán)牙模塊,由藍(lán)牙模塊將信息傳輸?shù)揭苿?dòng)終端并由終端來(lái)上傳到工單子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。下面分別介紹藍(lán)牙模塊、單片機(jī)控制器的選擇以及電路設(shè)計(jì)方案。
FDT設(shè)備是通過(guò)光交單片機(jī)控制器與外部設(shè)備進(jìn)行設(shè)備信息的交互。在本系統(tǒng)中,控制器中的單片機(jī)采用的是ATMEL公司的ATmega128,該單片機(jī)是ATMEL公司8位系列單片機(jī)中配置最高的一款,高性能、低功耗、穩(wěn)定性極高,能夠滿(mǎn)足本系統(tǒng)對(duì)FDT設(shè)備戶(hù)外施工的需求。
系統(tǒng)施工客戶(hù)端需要以藍(lán)牙模塊為中介與光交單片機(jī)控制器進(jìn)行通信。在藍(lán)牙模塊的選擇上,我們選用了廣州匯承信息科技有限公司的HC-06型號(hào)藍(lán)牙模塊[8]。HC-06根據(jù)模塊工作模式可以分為主機(jī)模式和從機(jī)模式,分別用于主動(dòng)去連接與被動(dòng)接受連接。在本系統(tǒng)施工過(guò)程中,考慮到是由智能移動(dòng)終端主動(dòng)配對(duì)連接并發(fā)送施工命令,因而選用的是從機(jī)模式,以便接受配對(duì)連接并與施工命令并以此來(lái)控制光交控制器完成施工指示。HC-06藍(lán)牙模塊基于藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn),功耗低、抗干擾性強(qiáng)、使用方便,同時(shí),該模塊傳輸時(shí)誤碼率基本上為0,只有在通信鏈路發(fā)生信號(hào)衰減時(shí)才會(huì)產(chǎn)生誤碼,非常符合本系統(tǒng)施工要求。
本系統(tǒng)中HC-06藍(lán)牙通信模塊與光交控制器芯片的接線原理圖如圖2所示[9~11]。HC-06的發(fā)送引腳TXD與ATmega128芯片的接受引腳RXD0相連接,HC-06的接受引腳RXD與ATmega128芯片的發(fā)送引腳TXD0相連接,同時(shí)HC-06的VCC引腳接電源,GND引腳接地,LED引腳用于顯示藍(lán)牙模塊工作狀態(tài)。施工時(shí),施工終端搜索藍(lán)牙模塊,進(jìn)行配對(duì),LED燈常亮表示配對(duì)連接成功,此時(shí)便可以與藍(lán)牙模塊進(jìn)行命令發(fā)送和接受,藍(lán)牙模塊則通過(guò)與單片機(jī)控制器的命令實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。
圖2 藍(lán)牙模塊與光交控制器芯片接線原理圖
根據(jù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)軟件部分可分為兩個(gè)子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行具體開(kāi)發(fā)。工單子系統(tǒng)主要用來(lái)作為遠(yuǎn)程施工終端的工單支撐系統(tǒng),為施工終端提供了遠(yuǎn)程訪問(wèn)的接口,用以獲取工單等數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程施工終端作為施工系統(tǒng)的中心,包括了與工單子系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信來(lái)獲取施工任務(wù)以及與ODN設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信來(lái)進(jìn)行具體施工功能。
工單子系統(tǒng)采用Tomcat作為服務(wù)器軟件,SQL Server 2005作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),Hibernate作為后臺(tái)數(shù)據(jù)持久化框架來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)該子系統(tǒng)用以完成工單的創(chuàng)建等管理功能。子系統(tǒng)主要包含了以下功能模塊。
1)工單管理模塊
電子工單作為ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程施工信息的載體,是對(duì)傳統(tǒng)ODN中紙質(zhì)工單的電子化抽象。在本模塊中共包括了5種施工工單的管理:設(shè)備配置工單、機(jī)框工單、板卡工單、路由工單、巡檢工單。設(shè)備配置工單用于完成設(shè)備安裝完成后的初始配置,機(jī)框工單以及板卡工單用于完成設(shè)備機(jī)框板卡信息的變更,路由工單用于完成設(shè)備端口之間的跳接拆除功能,巡檢工單則是對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行檢查并進(jìn)行設(shè)備信息不一致時(shí)的同步。用戶(hù)通過(guò)工單管理模塊來(lái)完成以上各種工單向不同施工人員指派,并通過(guò)該模塊查看各施工工單的施工狀態(tài),包括施工未指派、待施工、施工中、施工完成等狀態(tài),方便用戶(hù)及時(shí)了解設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度,路由工單管理界面如圖3所示。
圖3 路由工單管理界面
2)設(shè)備管理模塊
FDT設(shè)備是ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)進(jìn)行具體施工的資源,電子工單必須依賴(lài)設(shè)備的存在而創(chuàng)建。在本系統(tǒng)中存儲(chǔ)了FDT設(shè)備的編碼、機(jī)框、板卡、端口信息,用于用戶(hù)創(chuàng)建工單時(shí)進(jìn)行選擇。系統(tǒng)此外還提供了這些信息的維護(hù)等功能。為了給與用戶(hù)更直觀的設(shè)備顯示,該模塊還包含了可視化的設(shè)備界面,如圖4所示。
圖4 設(shè)備可視化界面
3)用戶(hù)管理模塊
ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)的用戶(hù)包含了管理員、施工班組以及施工人員的管理,施工人員屬于某一個(gè)施工班組。管理員用于創(chuàng)建施工工單并指派工單;施工人員則負(fù)責(zé)具體施工任務(wù)。用戶(hù)管理主要是為方便區(qū)域施工管理而存在的,通過(guò)對(duì)不同施工人員的施工指派來(lái)達(dá)到管理不同區(qū)域設(shè)備的施工的目的。
4)告警管理模塊
該模塊用于記錄施工人員在施工過(guò)程中由于誤操作產(chǎn)生的告警信息。產(chǎn)生告警信息后,該告警會(huì)在設(shè)備可視化界面上顯示,管理員可以通過(guò)圖4直觀的查看到設(shè)備告警信息。
為了能夠?qū)崟r(shí)在可視化界面上顯示設(shè)備最新數(shù)據(jù),通過(guò)設(shè)置定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)獲取設(shè)備最新數(shù)據(jù)并更新設(shè)備可視化界面。
遠(yuǎn)程施工終端采用的是搭載有Android智能操作系統(tǒng)的手機(jī)作為硬件支持,施工客戶(hù)端軟件是基于Android平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)[12]。施工終端包含了以下功能模塊。
1)工單管理模塊
該模塊主要包括了獲取的遠(yuǎn)程工單的按狀態(tài)分類(lèi)顯示以及自動(dòng)或是手動(dòng)獲取遠(yuǎn)程工單功能,便于施工人員及時(shí)獲取工單并了解工單執(zhí)行狀態(tài),此外還有臨時(shí)工單的創(chuàng)建,主要是為了方便施工人員能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工狀況,如圖5所示。
圖5 遠(yuǎn)程施工終端工單管理
圖6 施工操作界面
2)通訊管理模塊
該模塊包含了對(duì)工單子系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信參數(shù)的設(shè)置以及對(duì)于藍(lán)牙模塊的連接的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于與工單子系統(tǒng)的連接主要是子系統(tǒng)服務(wù)器IP、端口的設(shè)置以及各種工單遠(yuǎn)程接口的調(diào)用實(shí)現(xiàn),對(duì)于藍(lán)牙模塊的通訊則包括了對(duì)于藍(lán)牙模塊的的搜索、選擇、配對(duì)連接的實(shí)現(xiàn)。
3)施工管理模塊
該模塊是施工人員進(jìn)行具體設(shè)備施工操作時(shí)的模塊,包括了向設(shè)備發(fā)送施工命令,施工完成后施工結(jié)果自動(dòng)校驗(yàn),自動(dòng)回傳設(shè)備施工結(jié)果信息到工單子系統(tǒng),如圖6所示。
4)通知管理模塊
該模塊包含了施工過(guò)程產(chǎn)生的各種通知的顯示,用來(lái)給施工人員以包括施工告警信息在內(nèi)的操作提示,使施工人員可以明確自己每一步施工操作的結(jié)果,如果出現(xiàn)誤操作可以現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)糾正,避免出現(xiàn)返工。
基于Android平臺(tái)的智能移動(dòng)終端在進(jìn)行具體施工的時(shí)候,需要通過(guò)GPRS等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng),工單子系統(tǒng)服務(wù)器也要接入互聯(lián)網(wǎng),通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)的通信。它們之間采用基于簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議(Simple Object Access Protocol,SOAP)的Web Service遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)。Web Service作為將本地的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的一種接口技術(shù),可以使其他應(yīng)用程序在無(wú)需借助其他軟件或是硬件的情況下即可進(jìn)行遠(yuǎn)程服務(wù)的調(diào)用,只需要遵從SOAP協(xié)議,設(shè)計(jì)好相關(guān)調(diào)用接口即可,不用考慮平臺(tái)的兼容性問(wèn)題,具有非常好的擴(kuò)展性,升級(jí)部署也非常方便。
在施工的時(shí)候中,施工人員登錄遠(yuǎn)程施工客戶(hù)端,即可以Web Service遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用的方式從工單子系統(tǒng)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù),來(lái)進(jìn)行施工任務(wù),施工終端與工單子系統(tǒng)之間的通信內(nèi)容如圖7所示。
圖7 遠(yuǎn)程施工終端與工單子系統(tǒng)通信內(nèi)容
在Web Service的具體實(shí)現(xiàn)上,采用的是開(kāi)源Java Web服務(wù)引擎XFire。XFire配置簡(jiǎn)單,在工單子系統(tǒng)的web.xml文件中加入如下配置即可完成對(duì)XFire的部署。
遠(yuǎn)程服務(wù)接口的暴露配置也很簡(jiǎn)單,只需要在定義并實(shí)現(xiàn)好接口后在services.xml文件中如下配置即可。以遠(yuǎn)程登錄接口為例的配置如下。
施工終端通過(guò)服務(wù)端暴露的WSDL地址以及要遠(yuǎn)程調(diào)用的方法名稱(chēng)設(shè)置好參數(shù)來(lái)完成遠(yuǎn)程調(diào)用,關(guān)鍵代碼示例如下。
在ODN遠(yuǎn)程施工系統(tǒng)中,施工人員手持施工終端與FDT設(shè)備進(jìn)行交互來(lái)完成具體施工,此時(shí)FDT設(shè)備可以看作是施工通信的服務(wù)器端,來(lái)接受終端發(fā)送的施工命令,然后根據(jù)命令做出相應(yīng)的施工指示。FDT設(shè)備信息傳輸是通過(guò)其上的單片機(jī)控制器進(jìn)行的,在硬件設(shè)計(jì)方面,系統(tǒng)將藍(lán)牙模塊芯片與單片機(jī)控制器芯片進(jìn)行連接,通過(guò)藍(lán)牙模塊與控制器的通信,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端對(duì)FDT設(shè)備的施工控制。藍(lán)牙傳輸有較強(qiáng)的穿透性,抗干擾性強(qiáng),移動(dòng)終端上基本均已經(jīng)集成了藍(lán)牙通訊模塊,可以在保證數(shù)據(jù)傳輸正確性的前提下有效降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本。
搜索到藍(lán)牙設(shè)備后,就可以獲取到設(shè)備的物理地址并進(jìn)行連接獲取通信套接字,啟動(dòng)工作線程進(jìn)行通信。在遠(yuǎn)程施工客戶(hù)端中,進(jìn)行藍(lán)牙設(shè)備連接通信的部分代碼如下所示。
為了使施工命令的正確接受以及施工結(jié)果正確返回并解析,我們制定了一套協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),作為移動(dòng)終端以及光交控制器對(duì)工單數(shù)據(jù)和施工結(jié)果進(jìn)行編解碼的規(guī)范。該協(xié)議數(shù)據(jù)包包含了數(shù)據(jù)包頭部、數(shù)據(jù)包狀態(tài)、數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)區(qū)、數(shù)據(jù)包的CRC校驗(yàn)碼以及數(shù)據(jù)包尾部信息,協(xié)議會(huì)根據(jù)工單類(lèi)型的不同對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)做不同的編碼,信息采用16進(jìn)制編碼傳輸,包頭為0x02,包尾為0x03,該協(xié)議編碼規(guī)范如圖8所示。
圖8 施工數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議編碼規(guī)范
在運(yùn)營(yíng)商戶(hù)外的FDT設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng),搭建了一個(gè)測(cè)試環(huán)境用于對(duì)系統(tǒng)主要功能進(jìn)行了測(cè)試。搭建的測(cè)試環(huán)境主要包括了一臺(tái)安裝有工單子系統(tǒng)的服務(wù)器,一部安裝有遠(yuǎn)程施工客戶(hù)端的搭載有Android智能操作系統(tǒng)的手機(jī),一臺(tái)戶(hù)外FDT設(shè)備以及用于手機(jī)訪問(wèn)工單子系統(tǒng)服務(wù)器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)主要功能的測(cè)試如表1所示。
表1 系統(tǒng)主要功能測(cè)試表
根據(jù)運(yùn)營(yíng)商提供的測(cè)試用例文檔,測(cè)試用例的施工結(jié)果與其預(yù)期效果一致,能夠準(zhǔn)確方便完成傳統(tǒng)ODN中依賴(lài)紙質(zhì)工單施工的各項(xiàng)施工任務(wù)。
本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種光纖分配網(wǎng)遠(yuǎn)程施工系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案以及軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用基于Android平臺(tái)的移動(dòng)終端作為施工客戶(hù)端,接入網(wǎng)絡(luò)以Web Service方式與工單子系統(tǒng)進(jìn)行工單等數(shù)據(jù)的交互,通過(guò)藍(lán)牙通信模塊與FDT上單片機(jī)控制器通信來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)FDT設(shè)備的控制,實(shí)現(xiàn)了光纖分配網(wǎng)的施工電子化,能夠確保施工正確率,提高了光纖設(shè)備資源利用率,也方便了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)于光纖分配網(wǎng)的管理維護(hù)。同時(shí),系統(tǒng)還具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性,能夠在光纖分配網(wǎng)設(shè)備擴(kuò)展的情況下確保其施工管理的高效率,這對(duì)于光纖分配網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃以及資源的合理配置具有重要意義。
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