能耗監(jiān)控系統(tǒng)在5G基站機(jī)房運(yùn)維的應(yīng)用

呂祎 黃大巧 潘高軍

【摘要】? ? 本文研究了一種能耗監(jiān)控系統(tǒng)，通過各種物聯(lián)傳感器采集5G基站機(jī)房主設(shè)備、傳輸模塊、蓄電器、空調(diào)等設(shè)備的能耗信息參數(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)3D真實(shí)場(chǎng)景還原和移動(dòng)APP端對(duì)設(shè)備能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，極大的方便了運(yùn)維人員，并保障5G基站機(jī)房的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】? ? 能耗監(jiān)控? ? 5G基站機(jī)房

引言：

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)應(yīng)用發(fā)展，用戶的數(shù)量與日俱增，承擔(dān)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的機(jī)房能源消耗比起以往通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要大很多，基站機(jī)房里面的主設(shè)備、傳輸模塊、蓄電器、空調(diào)等耗能設(shè)備數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果相關(guān)設(shè)備發(fā)生故障，將會(huì)整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行構(gòu)成威脅，對(duì)5G基站機(jī)房里面的核心主設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的后果，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行造成巨大的損失。現(xiàn)階段，5G建設(shè)如火如荼，5G能耗也是比其他制式系統(tǒng)要大得多，但是5G通信機(jī)房的能耗監(jiān)控通常為為無人值守或者半值守狀態(tài)，常常需要運(yùn)營商或者代維公司按不同的時(shí)間周期派人巡檢機(jī)房設(shè)備的能耗指標(biāo);基站能耗的維護(hù)難度增大，人員成本也在不斷增加。一旦機(jī)房內(nèi)的設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障，如溫度過高，能耗指標(biāo)瞬間跳越值等不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，會(huì)引起火災(zāi)或者帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這一5G能耗監(jiān)控的缺陷，本文設(shè)計(jì)了一套能夠?qū)崟r(shí)對(duì)5G機(jī)房設(shè)備能耗監(jiān)控的系統(tǒng)，保障5G基站機(jī)房的安全。

一、能耗管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)總體架構(gòu)

利用物聯(lián)網(wǎng)、3D視覺渲染效果技術(shù)，將5G機(jī)房的資源進(jìn)行統(tǒng)一梳理，并且結(jié)合物聯(lián)設(shè)備，將機(jī)房的各類能耗設(shè)備資源在后臺(tái)3D渲染展示，通過后臺(tái)面板或者終端進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用和能耗指標(biāo)分析，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理后，并通過PC，手機(jī)APP等相關(guān)展示端進(jìn)行展示，設(shè)計(jì)架構(gòu)采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層，傳輸處理層，監(jiān)控應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層是在設(shè)備中設(shè)置多種傳感器，如：溫度、濕度、空調(diào)和電池等傳感設(shè)備。通過這些傳感設(shè)備將能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在通過集控器將環(huán)境信息和設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的采集與上傳，遇到相關(guān)非正常指標(biāo)通過繼電器進(jìn)行臨時(shí)控制能耗輸出，最后節(jié)點(diǎn)通信將相關(guān)信息數(shù)據(jù)和控制內(nèi)容通過網(wǎng)關(guān)上傳服務(wù)器。傳輸處理層是通過網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器進(jìn)行聯(lián)系，并將數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)控應(yīng)用層對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理監(jiān)控，數(shù)據(jù)分析展示并實(shí)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備操作控制。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2系統(tǒng)功能特點(diǎn)

該系統(tǒng)點(diǎn)高，注重能耗監(jiān)控技術(shù)與5G運(yùn)維業(yè)務(wù)相結(jié)合，產(chǎn)品上下結(jié)合，既有滿足5G運(yùn)維需要的軟件，又有滿足各級(jí)運(yùn)營商單位需要的5G工程建設(shè)與工程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息資源，為5G機(jī)房能耗提供管理服務(wù)，為通信運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)機(jī)房提供安全保障。

1.3主要功能設(shè)計(jì)

能耗管控系統(tǒng)提供以下主要功能。

1.3.1機(jī)房三維可視化功能

在系統(tǒng)通過3D渲染和定位測(cè)量技術(shù)，將機(jī)房特定位置的機(jī)柜、主設(shè)備、空調(diào)、電池等相關(guān)設(shè)備資源在后臺(tái)端進(jìn)行虛擬展示，同時(shí)可以結(jié)合機(jī)房環(huán)境進(jìn)行360度全景展示;采用后端透視技術(shù)進(jìn)行虛擬漫游及設(shè)備巡檢。具體功能：

1.場(chǎng)景建模：顯示機(jī)房場(chǎng)景，構(gòu)建機(jī)房環(huán)境，機(jī)房里面展示各種設(shè)備，如主設(shè)備，機(jī)柜，空調(diào)，電池等能耗設(shè)備。

2.主設(shè)備部件建模和展示：能夠通過三維視圖，方便、清晰地展示機(jī)柜、設(shè)備的實(shí)景情況。包含機(jī)柜、主設(shè)備等，以及機(jī)房的附屬設(shè)施。

3.通過點(diǎn)選相關(guān)設(shè)備，在設(shè)備虛擬的位置，在相關(guān)的位置上方顯示相關(guān)設(shè)備能耗詳細(xì)的參數(shù)及實(shí)時(shí)指標(biāo)。如：設(shè)備尺寸大小、即時(shí)溫度、即時(shí)濕度、階段電量、當(dāng)前負(fù)載等5G設(shè)備參數(shù)及能耗指標(biāo)。

4.基本瀏覽模式：分為透視和不透視兩種方式。

5.系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和魯棒性，在不同系統(tǒng)間進(jìn)行接口對(duì)接，如動(dòng)力系統(tǒng)，環(huán)境系統(tǒng)，運(yùn)維系統(tǒng)及路測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)接和并行聯(lián)網(wǎng)授權(quán)控制。

1.3.2機(jī)房能耗運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

1.能耗狀態(tài)監(jiān)控：在各種設(shè)備里面設(shè)置傳感器，通過傳感采集就可以將能耗狀態(tài)數(shù)據(jù)引入，主要對(duì)能耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)采集，如主設(shè)備的即時(shí)電壓、即時(shí)電流、即時(shí)頻率、即時(shí)功率指標(biāo);還包含設(shè)備尺寸、位置等工程參數(shù);同時(shí)對(duì)集控器對(duì)相關(guān)設(shè)備繼電器進(jìn)行工作狀態(tài)監(jiān)控;通過這些數(shù)據(jù)上傳，可以對(duì)設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)控，如階段溫度、階段濕度、階段電量、階段負(fù)載等。通過這些監(jiān)控讓5G基站的管理和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化維保部門能夠?qū)崟r(shí)的掌握基站能耗情況和定位相關(guān)設(shè)備的故障問題，及時(shí)給出相關(guān)的解決方案，保障5G機(jī)房設(shè)備的安全。

2.能耗報(bào)警：系統(tǒng)通過高度集成的指標(biāo)分析模塊對(duì)主設(shè)備超高溫度、傳輸能耗等硬件的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，以及機(jī)房能耗、故障等的運(yùn)行狀況，對(duì)系統(tǒng)日志進(jìn)行分類掃描評(píng)估。通過數(shù)據(jù)采集和分析，系統(tǒng)能夠及時(shí)對(duì)影響基站能耗性能的故障事件發(fā)送報(bào)警，并采取相應(yīng)的故障處理措施，保證5G基站的正常安全運(yùn)行。

3.安防系統(tǒng)：設(shè)置傳感器紅外傳感器和紅外雷達(dá)傳感器，不同溫度和未經(jīng)允許的外來者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果出現(xiàn)可以的設(shè)備移動(dòng)或者有相關(guān)的溫度的物體動(dòng)作，紅外雷達(dá)或者傳感器將輸出告警信息到后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行分析判斷，將結(jié)果上報(bào)給APP端或者值班人員，并進(jìn)行日志記錄。

4.事件處理：密切監(jiān)控5G各個(gè)機(jī)房的耗電走勢(shì)、階段指標(biāo)走勢(shì)、影響基站安全的異常事件發(fā)生情況走勢(shì);同時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)密切關(guān)注運(yùn)行狀況能耗欠佳的問題、發(fā)生了惡劣故障的機(jī)房，并作出告警提示。同時(shí)根據(jù)圖2的報(bào)警等級(jí)，對(duì)低級(jí)別的事件（中級(jí)或者低級(jí)時(shí)間），通過APP自動(dòng)發(fā)送事件信息通知相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)和處理工程師，并保留相關(guān)事件處理響應(yīng)的記錄和處理結(jié)果。對(duì)于高級(jí)別的事件，可能對(duì)5G機(jī)房產(chǎn)生重大影響或者后果嚴(yán)重的，根據(jù)相關(guān)設(shè)備的事件內(nèi)容，及時(shí)通知相關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)和處理工程師之外，還在決策階段只能匹配應(yīng)急方案對(duì)相關(guān)事件進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度和處理。

4.事件日志：根據(jù)處理結(jié)果，進(jìn)行事件歸檔，對(duì)一些延期或者在一定事件里面沒有處理的時(shí)間進(jìn)行日志提醒，綜合成“日志數(shù)據(jù)庫”，為后面的機(jī)房能耗分析或者事件處理提供決策支持。

1.4功能實(shí)現(xiàn)

機(jī)房能耗管控系統(tǒng)由前端感知監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和后端展示處理系統(tǒng)，采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn) “感知-傳輸-處理”的一體化處理;在業(yè)務(wù)架構(gòu)采用J2EE體系開發(fā)，這樣可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)流的傳輸，同時(shí)采用支持Tomcat等主流應(yīng)用服務(wù)器。CCD攝像機(jī)固定在相關(guān)機(jī)房的頂端，來獲取真實(shí)場(chǎng)景數(shù)據(jù);結(jié)合GIS技術(shù)和3D圖形軟件接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行三維建模，通過點(diǎn)、線、三角形建立物體模型并對(duì)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，設(shè)置視點(diǎn)觀察系統(tǒng)繪制成三維圖形開發(fā)模型庫，這樣，讓使用者方便地在地圖上提取位置特征，并在屏幕上進(jìn)行設(shè)備參數(shù)信息的添加、修改。

1. PC端界面。通過場(chǎng)景渲染技術(shù)，構(gòu)造了機(jī)房3D布局場(chǎng)景，通過直觀的展示，可以將機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備能耗分布真實(shí)的展示出來，這樣管理員或者后臺(tái)業(yè)務(wù)操作人員能夠準(zhǔn)確快速的判斷通信機(jī)房的能耗情況，在出現(xiàn)故障的時(shí)候，也能快速生動(dòng)的找到故障點(diǎn)的位置，在PC端可以快速的響應(yīng)故障，為應(yīng)急調(diào)度和緊急處理提供支持，機(jī)房3D渲染效果如圖2所示。

2.手機(jī)APP。在系統(tǒng)的響應(yīng)側(cè)，通過互聯(lián)網(wǎng)，連接著手機(jī)終端APP，參與5G機(jī)房維保的人員可以隨時(shí)隨地查看機(jī)房能耗的狀態(tài)，并提醒預(yù)處理的機(jī)房故障和歷史告警數(shù)據(jù)，也可以通過APP應(yīng)用鏈接，可以查看歷史日志，告警規(guī)律等相關(guān)信息，同時(shí)對(duì)于一些偏要的郊區(qū)，山區(qū)無法及時(shí)處理的機(jī)房進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作，這樣可以方便維保人員有序的處理5G機(jī)房故障。

二、結(jié)束語

對(duì)比于其它能耗監(jiān)控系統(tǒng)方案，本系統(tǒng)解決方案有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.通過設(shè)備傳感物聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了5G機(jī)房的能耗信息的收集，也將各個(gè)設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)孤島問題。同時(shí)可以通過機(jī)房設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)整理、更新、共享和分析，為運(yùn)營商提供在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的能源方面的決策依據(jù)。2.實(shí)現(xiàn)5G機(jī)房3D真實(shí)場(chǎng)景還原和移動(dòng)APP端對(duì)設(shè)備能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，生動(dòng)的反映了基站能耗的狀況，為維保人員和相關(guān)運(yùn)維人員解決機(jī)房能耗故障提供了提供全方位的輔助服務(wù)。3.通過收集能耗數(shù)據(jù)，及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)機(jī)房，確保在正常的溫濕度下運(yùn)行，還可以對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析關(guān)聯(lián)，通過規(guī)律預(yù)警，減少設(shè)備故障、停站等事故，保障5G基站機(jī)房的安全運(yùn)行。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]齊國富.淺談動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)在通信機(jī)房中的監(jiān)測(cè)與預(yù)警作用[J].信息系統(tǒng)工程，2011（10）：85-86.

[2]李鳳丹.移動(dòng)基站能耗監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代建筑電氣， 2018，9（03）：51-54.10.16618/j.cnki.1674-8417.2018.03.013.