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基站機房主設備、傳輸模塊、蓄電器、空調(diào)等設備的能耗信息參數(shù)，同時實現(xiàn)3D真實場景還原和移動APP端對設備能耗的實時監(jiān)測，極大的方便了運維人員，并保障5G基站機房的安全運行。

【關鍵詞】? ? 能耗監(jiān)控? ? 5G基站機房

引言：

隨著5G網(wǎng)絡的建設應用發(fā)展，用戶的數(shù)量與日俱增，承擔5G網(wǎng)絡業(yè)務的機房能源消耗比起以往通信網(wǎng)絡系統(tǒng)要大很多，基站機房里面的主設備、傳輸模塊、蓄電器、空調(diào)等耗能設備數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復雜，如果相關設備發(fā)生故障，將會整個5G網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性運行構(gòu)成威脅，對5G基站機房里面的核心主設備會造成嚴重的后果，對通信網(wǎng)絡整體運行造成巨大的損失。現(xiàn)階段，5G建設如火如荼，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)，常常需要運營商或者代維公司按不同的時間周期派人巡檢機房設備的能耗指標;基站能耗的維護難度增大，人員成本也在不斷增加。一旦機房內(nèi)的設備出現(xiàn)運行故障，如溫度過高，能耗指標瞬間跳越值等不易被及時發(fā)現(xiàn)的問題，會引起火災或者帶來更大的經(jīng)濟損失。針對這一5G能耗監(jiān)控的缺陷，本文設計了一套能夠?qū)崟r對5G機房設備能耗監(jiān)控的系統(tǒng)，保障5G基站機房的安全。

一、能耗管控系統(tǒng)設計

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，將5G機房的資源進行統(tǒng)一梳理，并且結(jié)合物聯(lián)設備，將機房的各類能耗設備資源在后臺3D渲染展示，通過后臺面板或者終端進行業(yè)務應用和能耗指標分析，在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行相關的數(shù)據(jù)處理后，并通過PC，手機APP等相關展示端進行展示，設計架構(gòu)采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)采集層，傳輸處理層，監(jiān)控應用層。數(shù)據(jù)采集層是在設備中設置多種傳感器，如：溫度、濕度、空調(diào)和電池等傳感設備。通過這些傳感設備將能耗數(shù)據(jù)進行采集，在通過集控器將環(huán)境信息和設備狀態(tài)參數(shù)的采集與上傳，遇到相關非正常指標通過繼電器進行臨時控制能耗輸出，最后節(jié)點通信將相關信息數(shù)據(jù)和控制內(nèi)容通過網(wǎng)關上傳服務器。傳輸處理層是通過網(wǎng)關與服務器進行聯(lián)系，并將數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)上傳至服務器的數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)控應用層對相關數(shù)據(jù)進行處理監(jiān)控，數(shù)據(jù)分析展示并實現(xiàn)機房設備操作控制。拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2系統(tǒng)功能特點

該系統(tǒng)點高，注重能耗監(jiān)控技術與5G運維業(yè)務相結(jié)合，產(chǎn)品上下結(jié)合，既有滿足5G運維需要的軟件，又有滿足各級運營商單位需要的5G工程建設與工程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息資源，為5G機房能耗提供管理服務，為通信運營商的5G網(wǎng)絡機房提供安全保障。

1.3主要功能設計

能耗管控系統(tǒng)提供以下主要功能。

1.3.1機房三維可視化功能

在系統(tǒng)通過3D渲染和定位測量技術，將機房特定位置的機柜、主設備、空調(diào)、電池等相關設備資源在后臺端進行虛擬展示，同時可以結(jié)合機房環(huán)境進行360度全景展示;采用后端透視技術進行虛擬漫游及設備巡檢。具體功能：

1.場景建模：顯示機房場景，構(gòu)建機房環(huán)境，機房里面展示各種設備，如主設備，機柜，空調(diào)，電池等能耗設備。

2.主設備部件建模和展示：能夠通過三維視圖，方便、清晰地展示機柜、設備的實景情況。包含機柜、主設備等，以及機房的附屬設施。

3.通過點選相關設備，在設備虛擬的位置，在相關的位置上方顯示相關設備能耗詳細的參數(shù)及實時指標。如：設備尺寸大小、即時溫度、即時濕度、階段電量、當前負載等5G設備參數(shù)及能耗指標。

4.基本瀏覽模式：分為透視和不透視兩種方式。

5.系統(tǒng)具有較強的擴展性和魯棒性，在不同系統(tǒng)間進行接口對接，如動力系統(tǒng)，環(huán)境系統(tǒng)，運維系統(tǒng)及路測系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)對接和并行聯(lián)網(wǎng)授權控制。

1.3.2機房能耗運行狀態(tài)監(jiān)控

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

2.能耗報警：系統(tǒng)通過高度集成的指標分析模塊對主設備超高溫度、傳輸能耗等硬件的關鍵運行參數(shù)，以及機房能耗、故障等的運行狀況，對系統(tǒng)日志進行分類掃描評估。通過數(shù)據(jù)采集和分析，系統(tǒng)能夠及時對影響基站能耗性能的故障事件發(fā)送報警，并采取相應的故障處理措施，保證5G基站的正常安全運行。

3.安防系統(tǒng)：設置傳感器紅外傳感器和紅外雷達傳感器，不同溫度和未經(jīng)允許的外來者進行實時監(jiān)控，如果出現(xiàn)可以的設備移動或者有相關的溫度的物體動作，紅外雷達或者傳感器將輸出告警信息到后臺服務器，后臺服務器進行分析判斷，將結(jié)果上報給APP端或者值班人員，并進行日志記錄。

4.事件處理：密切監(jiān)控5G各個機房的耗電走勢、階段指標走勢、影響基站安全的異常事件發(fā)生情況走勢;同時，能夠?qū)崟r密切關注運行狀況能耗欠佳的問題、發(fā)生了惡劣故障的機房，并作出告警提示。同時根據(jù)圖2的報警等級，對低級別的事件（中級或者低級時間），通過APP自動發(fā)送事件信息通知相關的領導和處理工程師，并保留相關事件處理響應的記錄和處理結(jié)果。對于高級別的事件，可能對5G機房產(chǎn)生重大影響或者后果嚴重的，根據(jù)相關設備的事件內(nèi)容，及時通知相關的領導和處理工程師之外，還在決策階段只能匹配應急方案對相關事件進行應急調(diào)度和處理。

4.事件日志：根據(jù)處理結(jié)果，進行事件歸檔，對一些延期或者在一定事件里面沒有處理的時間進行日志提醒，綜合成“日志數(shù)據(jù)庫”，為后面的機房能耗分析或者事件處理提供決策支持。

1.4功能實現(xiàn)

機房能耗管控系統(tǒng)由前端感知監(jiān)測系統(tǒng)和后端展示處理系統(tǒng)，采用B/S架構(gòu)，實現(xiàn) “感知-傳輸-處理”的一體化處理;在業(yè)務架構(gòu)采用J2EE體系開發(fā)，這樣可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)流的傳輸，同時采用支持Tomcat等主流應用服務器。CCD攝像機固定在相關機房的頂端，來獲取真實場景數(shù)據(jù);結(jié)合GIS技術和3D圖形軟件接口標準進行三維建模，通過點、線、三角形建立物體模型并對模型進行數(shù)學描述，設置視點觀察系統(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，并在屏幕上進行設備參數(shù)信息的添加、修改。

1. PC端界面。通過場景渲染技術，構(gòu)造了機房3D布局場景，通過直觀的展示，可以將機房內(nèi)的所有設備能耗分布真實的展示出來，這樣管理員或者后臺業(yè)務操作人員能夠準確快速的判斷通信機房的能耗情況，在出現(xiàn)故障的時候，也能快速生動的找到故障點的位置，在PC端可以快速的響應故障，為應急調(diào)度和緊急處理提供支持，機房3D渲染效果如圖2所示。

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

二、結(jié)束語

對比于其它能耗監(jiān)控系統(tǒng)方案，本系統(tǒng)解決方案有以下幾個優(yōu)點：1.通過設備傳感物聯(lián)，實現(xiàn)了5G機房的能耗信息的收集，也將各個設備的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)一在一個系統(tǒng)，解決了數(shù)據(jù)孤島問題。同時可以通過機房設備的能耗數(shù)據(jù)整理、更新、共享和分析，為運營商提供在5G網(wǎng)絡規(guī)劃的能源方面的決策依據(jù)。2.實現(xiàn)5G機房3D真實場景還原和移動APP端對設備能耗的實時監(jiān)測，生動的反映了基站能耗的狀況，為維保人員和相關運維人員解決機房能耗故障提供了提供全方位的輔助服務。3.通過收集能耗數(shù)據(jù)，及時有效的監(jiān)測機房，確保在正常的溫濕度下運行，還可以對這些指標進行大數(shù)據(jù)分析關聯(lián)，通過規(guī)律預警，減少設備故障、停站等事故，保障5G基站機房的安全運行。

參? 考? 文? 獻

[1]齊國富.淺談動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)在通信機房中的監(jiān)測與預警作用[J].信息系統(tǒng)工程，2011（10）：85-86.

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