TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
───────*───────

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ
ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRẠM THU PHÁT
SÓNG DI ĐỘNG BTS Hà nội, 5 – 2009
Sinh viên thực hiện:

Giáo viên hƣớng dẫn:
Đoàn Hồng Nhật
Lớp: Hệ thống thông tin – K49
TS Hoàng Minh Thức
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS
Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2009
Giáo viên hƣớng dẫn TS Hoàng Minh Thức
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 3

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nội dung đồ án tốt nghiệp bao gồm:
Phần mở đầu: Giới thiệu đề tài, xác định mục tiêu, nội dung và phạm vi thực hiện của đồ
án tốt nghiệp
Chƣơng 1 – Tổng quan: Giới thiệu tổng quan về nhà trạm BTS, hệ thống thiết bị và hiện
trạng giám sát điều khiển nhà trạm hiện nay.
Chƣơng 2 – Khảo sát và phân tích hệ thống: Phân tích những yêu cầu của hệ thống, chỉ
ra đƣợc các chức năng của hệ thống bằng các biểu đồ Usecase, biểu đồ tuần tự của một số
chức năng chính của hệ thống.
Chƣơng 3 – Thiết kế hệ thống: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển nhà trạm, trình
bày kiến trúc hệ thống, thiết kế cơ sở dữ liệu
Chƣơng 4 – Xây dựng và cài đặt: Giới thiệu các công nghệ sử dụng và kết quả đạt đƣợc
của chƣơng trình.
Kết luận: Đánh giá về đồ án, kết quả đạt đƣợc và các mặt còn hạn chế, từ đó đƣa ra định
hƣớng phát triển hệ thống trong tƣơng lai.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 4

túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công
tác sau này.
Đồng thời xin chân thành cảm ơn ông Phùng Anh Tuấn, giám đốc công ty
VHCsoft đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất giúp tôi có một môi trƣờng tốt để
thực hiện đề tài.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,
đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án
tốt nghiệp.

Đoàn Hồng Nhật
Lớp Hệ thống thông tin – K49
Khoa Công nghệ thông tin
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2009
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 6

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... 5
MỤC LỤC .............................................................................................................. 6
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... 10

2.5.1. Đăng nhập ......................................................................................... 41
2.5.2. Theo dõi, giám sát thiết bị nhà trạm ................................................... 43
2.5.3. Điều khiển thiết bị ............................................................................. 45
CHƢƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................................. 47
3.1. Mô hình thiết kế hệ thống ......................................................................... 47
3.2. Kiến trúc hệ thống .................................................................................... 48
3.2.1. Tầng dữ liệu (Data Layer) .................................................................. 48
3.2.2. Tầng ứng dụng (Application Layer) ................................................... 48
3.2.3. Tầng giao diện (Presentation Layer) .................................................. 49
3.3. Thiết kế cơ sở dữ liệu ............................................................................... 49
3.3.1. Sơ đồ quan hệ thực thể (Entity Relationship Diagram) ....................... 49
3.3.2. Thiết kế các bảng trong CSDL ........................................................... 50
CHƢƠNG IV. XÂY DỰNG VÀ CÀI ĐẶT ........................................................ 54
4.1. Môi trƣờng và công cụ phát triển .............................................................. 54
4.1.1. Tổng quan về ngôn ngữ lập trình Java ................................................ 54
4.1.2. Lập trình Socket................................................................................. 55
4.1.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Oracle ......................................................... 56
4.2. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình và hệ quản trị cơ sở dữ liệu.......................... 67
a. Ngôn ngữ lập trình trên Application Services ........................................ 68
b. Ngôn ngữ lập trình trên Web Services ................................................... 68
c. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: Oracle Database 10g Release 2 ..................... 68
4.3. Kết quả chƣơng trình ................................................................................ 68
4.3.1. Các thành phần của chƣơng trình ....................................................... 68
4.3.2. Kết quả .............................................................................................. 70
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 79
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 8


Hình 3.2. Sơ đồ thực thể hệ thống giám sát nhà trạm BTS ...................................49
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 9

Hình 4.1. Kiến trúc Oracle Server ........................................................................57
Hình 4.2. Cấu trúc Share Pool .............................................................................58
Hình 4.3. Database buffer cache ..........................................................................59
Hình 4.4. Redo log buffer ....................................................................................59
Hình 4.5. Database Writer (DBWR) ....................................................................60
Hình 4.6. Log Writer (LGWT) ............................................................................61
Hình 4.7. Cấu trúc database .................................................................................63
Hình 4.8. Quan hệ giữa database, tablespace và datafile ......................................65
Hình 4.9. Application Services ............................................................................68
Hình 4.10. Ứng dụng mô phỏng thiết bị BMS tại nhà trạm – Lựa chọn trạm mô
phỏng ..................................................................................................................69
Hình 4.11. Ứng dụng mô phỏng thiết bị BMS tại nhà trạm – Thiết lập IP và cổng
kết nối tới máy chủ ..............................................................................................69
Hình 4.12. Ứng dụng mô phỏng thiết bị BMS tại nhà trạm – Mô phỏng thiết bị tại
trạm .....................................................................................................................70
Hình 4.13. Màn hình đăng nhập hệ thống ............................................................70
Hình 4.14. Giao diện chƣơng trình ngƣời dùng sau khi đăng nhập .......................71
Hình 4.15. Hiển thị trạng thái kết nối, trạng thái thiết bị ......................................72
Hình 4.16. Nhà trạm BTS: Gửi cảnh báo cháy .....................................................72
Hình 4.17. Màn hình hiển thị cảnh báo cháy cho ngƣời quản lý ...........................73
Hình 4.18. Tình trạng trạm hiện tại ......................................................................74
Hình 4.19. Nhà trạm nhận thông tin điều khiển....................................................75
Hình 4.20. Trạng thái các thiết bị sau khi điều khiển ...........................................76
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS


Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 12

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong xu thế cạnh tranh ngày càng mạnh của nền kinh tế mở cửa trong tất cả
các lĩnh vực đặc biệt trong ngành kinh doanh dịch vụ, chất lƣợng phục vụ và giá cả
dịch vụ cung cấp cho khách hàng đƣợc đặt lên hàng đầu.
Ngành dịch vụ viễn thông là một ngành kinh doanh đã có từ lâu, có một hệ
thống cơ sở hạ tầng, hệ thống thiết bị cung cấp dịch vụ đƣợc lắp đặt trên một địa
bàn rộng. Do ngày càng phải xây dựng thêm các nhà trạm, đầu tƣ thêm các hệ thống
thiết bị công nghệ mới để cung cấp các dịch vụ viễn thông theo nhu cầu phát triển
của thị trƣờng nên trị giá tài sản đầu tƣ ngày càng tăng. Để nâng cao chất lƣợng
dịch vụ và giảm tối đa chi phí quản lý, tăng cƣờng việc kiểm soát an ninh đối với
các nhà trạm thiết bị, cần phải có một giải pháp giám sát quản lý nhà trạm tập trung
từ xa, tự động hoá toàn bộ hoạt động của các thiết bị phụ trợ để tăng tuổi thọ các
thiết bị chính, giảm bớt nhân tố con ngƣời trông coi, qua đó giảm đƣợc rất nhiều chi
phí quản lý, và tận dụng đƣợc nguồn nhân lực đó để phục vụ các nhu cầu khác. Có
nhƣ vậy mới có thể tăng sức mạnh cạnh tranh trong nền kinh tế mở cửa nhƣ hiện
nay.
Đối với các nƣớc phát triển, các hệ thống giám sát tự động từ xa cho các nhà
trạm thiết bị không ngƣời đã đƣợc sử dụng từ rất lâu trong tất cả các lĩnh vực, trong
khi ở Việt Nam, công nghệ này là tƣơng đối mới mẻ.
Xuất phát từ thực tế trên, em xin chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống giám sát
và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS” để làm đồ án tốt nghiệp.
Mục tiêu của đồ án là: Tìm hiểu hệ thống trang thiết bị tại nhà trạm thu phát
sóng di động BTS để đưa ra giải pháp giám sát và điều khiển từ xa các thiết bị tại
nhà trạm. Từ đó xây dựng hệ thống phần mềm giám sát và điều khiển tập trung cho
các trạm thu phát sóng di động BTS.

bao gồm:
 Thiết bị giám sát hình ảnh để lƣu trữ lại các thông tin cần thiết, phục vụ cho
công việc kiểm tra, theo dõi quá trình làm việc của nhà trạm.
 Thiết bị quản lý vào ra: điều khiển việc đóng mở cửa trạm.
 Tủ chuyển nguồn ATS (Automaitc Transfer Switch): là một thiết bị quan trọng
trong nhà trạm.

Hình 1.1. Tủ chuyển nguồn ATS
Tủ chuyển nguồn ATS có các chức năng sau:
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 15

o Giám sát nguồn điện: Tự khởi động máy nổ khi mất điện lƣới và tự động
ngắt máy nổ khi có điện lƣới trở lại.
o Có khả năng cài đặt thời gian trễ đóng điện máy nổ kể từ khi máy nổ bắt
đầu hoạt động, hoặc thời gian đóng điện lƣới từ khi có điện lƣới trở lại.
o Chống dao động điện: Khi nguồn điện ổn định, hệ thống sẽ ngắt điện đến
tải để bảo vệ tải. Khi nguồn điện ổn định trở lại sau một khoảng thời gian
nhất định thì mới đóng điện đến tải.
o Chức năng bảo vệ: Hệ thống có chức năng chống quá / thấp áp, mất pha
điện lƣới: Khi mạng điện lƣới bị mất một trong ba pha, hoặc khi mạng
điện lƣới ba pha xảy ra hiện tƣợng tăng áp hoặc thấp áp vƣợt ra ngoài dải
đã đặt , thì hệ thống tự động ngắt tải ra khỏi mạng điện lƣới và khởi động
máy phát điện để cấp điện cho tải. Khi mạng điện lƣới thực sự ổn định trở
lại sau khoảng thời gian đặt trƣớc tuỳ ý (từ 01 đến 10 phút), thì hệ thống
sẽ tự động tắt máy phát điện và đóng điện lƣới đến tải.
o Chức năng cảnh báo: Cảnh báo tại chỗ và truyền tín hiệu cảnh báo về
trung tâm đối với các sự kiện.
o Các thông số hoạt động cho hệ thống đƣợc cài đặt dễ dàng.

 Ẩm kế: Đo độ ẩm trong trạm
 Quạt thông gió: Giữ cho trạm luôn khô thoáng, gia tăng tuổi thọ cho các thiết bị
trong trạm

Hình 1.5. Quạt thông gió
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 17

1.3. Hiện trạng nhà trạm hiện nay và nhu cầu xây dựng hệ thống giám sát
tập trung
Thực tế hiện nay, nhà trạm có hệ thống trang thiết bị rất đa dạng, mỗi thiết bị
lại đƣợc sản xuất ở nhiều hãng khác nhau, có giao diện điều khiển và quản lý khác
nhau nên việc giám sát, điều khiển trang thiết bị rất tốn kém về công sức cũng nhƣ
kinh phí.
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra các hệ thống giám sát, điều khiển chuyên
dụng để đáp ứng nhu cầu giám sát từ xa và kiểm soát an ninh nhƣ: camera, thẻ từ,
đầu đọc vân tay, ... Phƣơng tiện truyền dữ liệu giám sát cũng rất khác nhau: đƣờng
điện thoại, GPRS, mạng IP, ... trong đó giải pháp truyền dẫn qua mạng IP đƣợc ƣa
chuộng hơn cả.
Tuy nhiên mỗi hãng sản xuất chỉ làm ra một hệ thống chuyên dùng của mình
(nhƣ hệ thống giám sát qua camera, hệ thống báo động chống trộm, hệ thống điều
khiển thiết bị riêng cho từng thiết bị riêng biệt của hãng, …) để chào bán rộng rãi
chứ chƣa có một hãng nào đƣa ra đƣợc một giải pháp tổng thể có thể tích hợp đƣợc
tất cả các thông tin cần giám sát vào thành một hệ thống đồng nhất.
Trong các trạm thu phát sóng, bản thân hệ thống các thiết bị phụ trợ ở các
nhà trạm (nhƣ máy nổ, điều hoà, ...) cũng không đồng bộ với nhau, không cùng
chung một giao diện quản lý, việc tích hợp vào hệ thống giám sát lại càng trở nên
khó khăn hơn, đồng thời cấu hình thiết bị phụ trợ và quy mô của mỗi trạm lại một
khác nhau.

o Giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị phụ trợ: điều hoà, máy
nổ, ATS...
o Đo đạc chính xác từ xa các thông số: đo nhiệt độ, điện áp DC/AC,
dòng điện, tần số …
o Điều khiển tự động các thiết bị phụ trợ theo đúng quy trình: điều hoà,
ATS, máy nổ…
o Điều khiển từ xa các thiết bị phụ trợ
o Giám sát hình ảnh qua hệ thống camera, tự động ghi hình khi có sự
kiện
o Giám sát cửa ra vào, cảnh báo hiện trạng cửa tự động mở.
 Hệ thống có khả năng tích hợp đƣợc tất cả các nhu cầu giám sát trên vào
cùng một giao diện quản lý
 Hệ thống phải đảm bảo tính mở và độ linh hoạt để thích ứng đƣợc với các
nhà trạm khác nhau và dự phòng mở rộng trong tƣơng lai.
2.1.2. Các yêu cầu đối với phần mềm quản lý trên Server
 Chƣơng trình giám sát phải phân quyền đƣợc đối với ngƣời sử dụng, ngƣời
sử dụng có thể truy cập đƣợc mọi lúc mọi nơi.
 Chƣơng trình giám sát phải tích hợp đƣợc tất cả các công việc nhƣ cài đặt
thông số, điều khiển, giám sát và quản lý trên cùng một giao diện duy nhất.
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 19

 Kết nối, truyền nhận dữ liệu với hệ thống bảo vệ điện tử tại các trạm thu phát
sóng thông qua môi trƣờng mạng theo chuẩn TCP/IP.
 Có khả năng khai báo, mở rộng số trạm thu phát sóng.
2.2. Giải pháp phần cứng
2.2.1. Giải pháp
Trong việc giám sát từ xa, có các vấn đề sau đƣợc quan tâm:
 Giám sát cảnh báo: cháy nổ, đột nhập, điều hoà tắt, mất điện, ...


Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 21 Hình 2.2. Mở rộng các cổng I/O của PLC bằng cách lắp thêm modul nối tiếp nhau
Dƣới đây sẽ mô tả thiết bị PLC đƣợc sử dụng cho hệ thống phục vụ giải pháp
giám sát điều khiển từ xa cho các nhà trạm không ngƣời trực:

Hình 2.3. Mô hình kết nối thiết bị của PLC
 Cổng DI (Digital Input):
Cổng DI chấp nhận 2 mức tín hiệu điện: 24V tƣơng đƣơng logic "1" và 0V
tƣơng đƣơng logic "0". Việc đấu nối đầu ra tiếp điểm của các cảm biến đến cổng DI
rất đơn giản nhƣ sau:
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 22 Hình 2.4. Cổng DI
Trong trƣờng hợp muốn tiết kiệm số cổng DI sử dụng của PLC và không cần
thiết phân biệt chính xác từng sensor chúng ta có thể thực hiện việc đấu nối song
song các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng mở (NO) hoặc đấu nối trực tiếp các
sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng đóng (NC) rồi đƣa vào 1 cổng DI duy nhất nhƣ
hình dƣới đây:

Hình 2.5. Đấu song song các sensor có đầu ra tiếp điểm thƣờng mở

Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 23

Mỗi cổng ra DO của PLC ứng với một cặp tiếp điểm kiểu NO.
Ngƣời lập trình PLC có thể lập trình để điều khiển đóng (ứng với logic 1 của
DO) hay mở (ứng với logic 0 của DO) cặp tiếp điểm này. Thông qua cặp tiếp điểm
DO và có thể qua một vài role trung gian, điện áp điều khiển bất kỳ có thể đƣợc gửi
đến để điều khiển thiết bị với công suất mong muốn. Qua role, thực hiện việc phân
cách hoàn toàn về điện giữa PLC và thiết bị cần điều khiển, do đó bảo vệ đƣợc
PLC. Dƣới đây là hình vẽ mô tả cách thức đấu nối để gửi 1 điện áp điều khiển V
dk

đến thiết bị, V
dk
có thể là điện áp 1 chiều hoặc xoay chiều.

Hình 2.8. Gửi điện áp V
dk
đến điều khiển thiết bị
Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa trạm thu phát sóng di động BTS

Sinh viên thực hiện: Đoàn Hồng Nhật – Khóa K49 – Lớp HTTT 25

Theo cách này, PLC có khả năng điều khiển đƣợc tất cả các thiết bị có giao tiếp
điều khiển bằng điện áp cố định nhƣ: máy nổ, điều hoà, ATS, đèn chiếu sáng, còi
báo động, ... là các thiết bị cần kết nối điều khiển trong nhà trạm.
2.2.3. Giao tiếp giữa BMS và SERVER:
Để PLC đáp ứng đƣợc tất cả các tính năng cần thiết cho việc giám sát và điều
khiển các nhu cầu đã đặt ra, công việc quan trọng nhất là phải tiến hành lập trình
cho PLC. Chƣơng trình điều khiển nạp vào PLC phải đáp ứng đƣợc các nhóm chức
năng cơ bản sau:
 Giao tiếp với trung tâm qua một giao thức xác định trƣớc (chính là giao thức
TCP/IP) để nạp cấu hình cho PLC và điều khiển từ xa