1 前 言
随着UPS技术和IT技术的不断发展，UPS朝着智能化、高频化、网络化等方面发展，UPS已成为金融、电信、保险、交通、税务、证券、能源、制造、军队、教育等各行业的必要配置。如何对UPS设备实施统一、便捷、高效管理，实现对最感兴趣UPS信息的监视、分析，如何多途径报警、智能处理异常等，成为电源使用、管理必须面对和解决的问题。
本文对部队战术级指挥所多智能化UPS网络管理问题进行了研究，设计并实现了一种合理、实用、高效的智能UPS网络监控方案。该方案充分利用闲置的计算机串口资源，减轻了网关系统的工作量，实现了UPS的群组管理能力，具备了一定的事件智能化处理能力。
2 战术级指挥所UPS使用现状
战术级指挥所(以下简称指挥所)是指部队师、旅级及其以下机关的指挥所，一般它是综合战术网的核心。为保障指挥所设备可靠运行、延长其使用寿命，保证指挥、控制、情报信息的畅通传输，所有指挥所均配备了高性能的UPS，这些不问断电源除了在市电异常时提供电压稳定、波形纯正的电能外，还具有通过自带电源监控软件监控自身状态，记录、测试、自动设置、远程遥控等功能。
指挥所一般拥有较多的计算机和通信设备，且大部分集中在一个或几个作战方向室(以下简称方向室)内，UPS的数量从几台到十几台，多数不间断电源具有RS232智能监控接口，少数具备SNMP(简单网络管理协议)接口，利用这些接口经过专用通信电缆同服务器、网关等设备相连，将电源与计算机网络构成一个具有监控功能的网络供电系统。这样的设计方案简单、易于管理，但一个突出缺点是占用了大量本来就比较紧张的服务器或网关资源，对于不同方向室的UPS设备，必须增加SNMP适配器，或者增加服务器、网关等设备。
3 系统的结构与功能
3.1 系统的硬件结构
结合实际情况，本文设计了一套多UPS网络监控系统，该系统包括UPS、网关、服务器端、监控终端、各战斗席位、绘图、投影等设备，如图1所示，采用基于代理/管理器(A/M)模式的基本结构。UPS与监控终端的连接主要有以下几种方式：
(1)UPS的RS 232数据线直接连接到监控终端串口设备上;
(2)UPS插人SNMP适配器，以TCP/IP方式接入网络，实现与监控终端的连接;
(3)UPS的监控线连接到网关设备的串口上，网关作为协议转换设备，将UPS接入网络，实现与监控终端的连接;网关可以灵活插入串口扩展卡，提供较多的串口资源，本系统网关设备有9个串口，可实现最多9台UPS的接入;
(4)将UPS监控线连接到普通计算机(工控机)的串口上，普通计算机作为服务器端，代理UPS完成与监控终端的连接;服务器端主机可以选择任意一台距离UPS较近的计算机，本系统使用的工控机每台只有1个串口，能实现1台UPS的接入。
本设计方案，将普通计算机(工控机)作为服务器端，充分利用其闲置的串口资源完成串网口协议转换，实现UPS接入网络的功能，从而减轻了网关工作负担，有效降低了系统成本;同时因为UPS分布于各服务器端管理，提高了系统整体稳定性。其中的战斗、管理席位、绘图、投影设备等也通过装入电源响应软件，实现接收监控终端管控命令，完成电源应急操作的功能，与UPS等设备一起构成一套完整的电源网络监控系统。
3.2 系统的软件构成
代理(Agent)服务软件：安装在服务器端主机上或嵌入网关服务程序内，主要提供串网口协议转换功能，一方面将串口获取的UPS实时数据转换成IP数据发送给指定网络端口，另一方面解析监控终端发来的数据信息，生成相应的控制指令传给串口。
管理器(Manager)软件：安装在监控终端，监控终端也可以是网络上任一指定计算机，实现以下几种功能：监视UPS数据、设置和控制UPS参数;记录UPS实时状态和异常状态数据;检测并诊断异常、状态告警、广播异常数据;智能决策方案，实现在电源异常时对各计算机设备的应急管控。
电源响应软件：可以安装在所有计算机(包括部分智能设备)上，用于响应监控终端软件发来的命令，执行相应的操作，完成诸如显示告警窗口、进行语音告警、关闭所有数据库、正常退出应用程序、关闭计算机系统等功能。
4 各软件模块的结构与功能
4.1 服务器端程序设计
服务器端程序王要完成以下几个功能：通过TCP监听并建立与监控终端的连接;通过RS 232打开并从串口获取UPS返回数据，向串口发送UPS设置、控制指令;将串口获得的数据整理、打包，转换成网络数据发送给监控终端;接收监控终端发来的控制、设置命令，解析成相应UPS指令。
为便于监控终端快速找到UPS资源，服务器端对应于串口的网络端口应设置为固定值9001(本系统中每台工控机台只有一个COM口)。当服务器端服务启动后，程序自动打开并连接串口，同时开启网络服务并绑定本地9001端口，使其处于监听模式，以便使监控终端方便地扫描、定位本机数据源地址。
考虑到串口通讯速度比较慢，为保证状态数据的完整性，在服务程序必须对串口数据进行缓存，并实时进行数据检测，当检测出有回车/换行标志(或超时)时，则将此前数据从缓存中截取出来，作为一个完整的数据行发送给监控终端。
4.2 网关软件设计
网关的主要功能是进行物理接口的引入和数据协议的转换。网关在指挥所内完成各种接口的接入和各种协议到IP协议的转换工作，可以透明或转换格式地将数据在各种通讯设备上交互。本系统用到网关的串网口转换功能，该网关为嵌入式操作系统，其协议通过软件转换来实现，软件的基本设计思想同与4.1中服务器端服务过程类似。需要注意的是，网关设备不是服务器，只完成协议转换功能，对应的网络端口一般处于客户端模式，不停地向监控终端发送TCP连接请求，一旦连接成功，便可以实现UPS与监控终端的对话。
本系统使用的网关自带9个串口，每个串口配对一个固定的网络端口(端口范围为9001～9009)，并且将网络端口与监控终端的701～709端口对应连接，以实现UPS接入网络的功能。
4.3 监控终端软件设计
监控终端软件是人机交互的接口，应具有界面友好、使用方便的特点，完成对UPS监控功能，按功能可分为数据源模块、监视模块、控制/设置模块、智能决策模块四部分。下面就前3个模块逐一设计，智能决策模块将在4.4部分具体阐述。
4.3.1 数据源模块
监控终端数据来源主要由以下几部分构成：
(1)通过串口与本机直接连接的UPS数据源;
(2)通过SNMP适配器接入网络，再和本机连接的数据源;
(3)通过网关协议转换和本机连接的UPS数据源;
(4)通过其他计算机(服务器端)代理和本机连接的UPS数据源。
通过对以上四部分数据源相应端口进行扫描、判断，可以得到所有数据源的地址，如图2所示。其中第(1)类数据源地址通过扫描本机活动串口而得到;第(2)、(3)类数据源地址通过判断本机服务端口(701～709)的连接状态而得到;第(4)类数据源地址通过扫描网络上所有IP地址的9001端口活动状态而得到。
4.3.2 监视模块
监视模块主要以表格、图形、状态条等方式显示UPS的实时状态，如图3所示为监视模块的主界面。通过界面用户可直观地了解到UPS的运行状况：左侧为用户最关心的UPS状态数据表，包括UPS的名称/编号、实时的输入电压、输出电压、输入频率、输出频率、电池温度、电池容量、电池剩余时间等信息;右侧为用户感兴趣的数据实时柱状图，可以通过选择组合框内的具体内容，定制最感兴趣的监控变量;下方状态条则显示了从数据源获得的实时数据，更具体地反映了UPS的状态信息。
4.3.3 控制/设置模块
控制、设置模块主要完成对智能UPS的控制和设置功能。比如控制UPS进行自检、电池校准、电源旁路转换等功能(如图4所示)，设置电源标识、输出电压、输出频率、断电警告、低电量警告、定时自检等参数(如图5所示)。
考虑到串口传输数据速度慢，对电源的控制/设置又是基于应答式的特点，软件的控制/设置模块设计为与“超级终端”工作过程相类似的模型。如图4所示，通过点击“获取当前模式”，可以得到UPS的当前工作模式(上侧黑底红字显示)和当前模式下可进行的操作(右侧文本框内显示);用户根据UPS返回的命令及提示说明，在命令文本框(“发送控制命令”按钮下方的文本框)内输入相应命令，点击“发送控制命令”完成对UPS的相应控制和设置;UPS会在右侧文本框内返回操作结果，通过此结果决定下一步需要进行的操作;点击“返回上级模式”可以使UPS控制/设置模式返回上一级目录。
