基于電力通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究

賀 琛，王彥波，王云燁

（國網(wǎng)浙江省電力公司信息通信分公司，杭州 310007）

基于電力通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究

賀 琛，王彥波，王云燁

（國網(wǎng)浙江省電力公司信息通信分公司，杭州 310007）

介紹了大數(shù)據(jù)的定義及特點，分析了傳統(tǒng)溫度監(jiān)測技術(shù)的不足之處，開發(fā)了基于電力通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的機房溫度監(jiān)測系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)4個功能模塊的實現(xiàn)方法和條件。該系統(tǒng)的對溫度變化反應(yīng)更加靈敏，能提前發(fā)現(xiàn)溫度異常現(xiàn)象，降低通信機房安全事故等級，提高系統(tǒng)安全性。

大數(shù)據(jù)；電力通信傳輸網(wǎng)；溫度監(jiān)測

1 背景分析

2010年，全球數(shù)據(jù)量跨入了ZB時代，據(jù)IDC（中國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）預(yù)測，到2020年全球?qū)碛?5ZB的數(shù)據(jù)量，海量數(shù)據(jù)將實時影響著人們的工作、生活，甚至是國家經(jīng)濟和社會發(fā)展。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)類型多樣、流動速度快和價值密度低的特點，大數(shù)據(jù)技術(shù)為人們分析問題和解決問題提供了新的思路和方法，對其研究漸漸成為熱點。

對電力行業(yè)而言，隨著堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)及“三集五大”管理體系的決策部署，對數(shù)據(jù)的管理、共享及互操作提出了更高的要求。面對正在形成的大數(shù)據(jù)環(huán)境，需要不斷挖掘業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的潛在需求，探索適用于電力數(shù)據(jù)的理論和方法，使電力通信系統(tǒng)運維的外延向數(shù)據(jù)運維的范疇進一步拓展，以更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)量的迅速增長、數(shù)據(jù)類型的多樣化和數(shù)據(jù)時效性的不斷提高。

機房里部署著國家電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)的主要基礎(chǔ)設(shè)施，機房里設(shè)備溫度過高會引起通信工作異常，傳輸誤碼率上升，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致通道中斷。現(xiàn)有的機房溫度監(jiān)控主要依靠動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，但不同廠家的動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其接口開放程度參差不齊、監(jiān)管主體不統(tǒng)一。因此可以通過設(shè)置通信機房動力環(huán)境溫度檢測門限的方法進行報警，這就要考慮到監(jiān)測點與通信設(shè)備距離遠近對溫度誤差大小的影響，若門限設(shè)置太高達不到檢測效果，若門限設(shè)置太低容易造成誤告警，溫度告警的準(zhǔn)確率較難控制。

2 大數(shù)據(jù)的概念及特點

大數(shù)據(jù)也稱巨量數(shù)據(jù)或海量數(shù)據(jù)，麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合。

大數(shù)據(jù)具有5個主要特點（即5V特征）：

（1）Volume（大量）。數(shù)據(jù)規(guī)模從TB級別躍升到PB級別，1 PB=1 024 TB=1 048 576 GB，數(shù)據(jù)量的大小決定了所考慮數(shù)據(jù)的價值和潛在信息。

（2）Variety（多樣性）。數(shù)據(jù)的種類和來源多樣化，包括結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、語音、文本、視頻等各種類型。

（3）Velocity（高速）。指獲得數(shù)據(jù)的速度快，對數(shù)據(jù)處理的及時性要求高，能實現(xiàn)秒級的簡單查詢以及小時級的復(fù)雜分析。

（4）Value（價值）。數(shù)據(jù)的價值密度較低，在海量數(shù)據(jù)中，真正有用的可能只是很小一部分，因此數(shù)據(jù)的質(zhì)量也是價值的關(guān)鍵。

（5）Variability（可變性）。由于實時數(shù)據(jù)時刻在發(fā)生變化，受影響的因素也多種多樣，這就妨礙了處理和有效管理數(shù)據(jù)的過程。

由電力通信傳輸設(shè)備組成的電力通信傳輸網(wǎng)（簡稱通信傳輸網(wǎng)）具有覆蓋面廣、大帶寬、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)量和種類多、功能多樣的特點，因此，在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。通信傳輸網(wǎng)承擔(dān)著包括電網(wǎng)調(diào)度生產(chǎn)業(yè)務(wù)和公司管理業(yè)務(wù)在內(nèi)的幾乎所有業(yè)務(wù)信息的通信傳輸重任，作為信息傳遞的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了各級調(diào)度生產(chǎn)辦公大樓、各電壓等級的變電站、營業(yè)廳、供電營業(yè)所等場所。以浙江電網(wǎng)的傳輸網(wǎng)為例，目前SDH（同步數(shù)字體系）光傳輸網(wǎng)元就有5 000多臺，算上OTN（光傳送網(wǎng)）、波分、PTN（分組傳送網(wǎng)）等將更多。

本文從通信傳輸網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)中提取設(shè)備溫度參數(shù)，通過大數(shù)據(jù)的分析方法，對溫度異常情況進行分析，盡早發(fā)現(xiàn)異常情況，實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)視和機房溫度的預(yù)警功能。

3 機房溫度監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 基于溫度直采系統(tǒng)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)

利用機房或機柜上安裝的溫度采集傳感器和單片機[1]，或者由微機和工控機[2]直接測量溫度，通過專用網(wǎng)絡(luò)收集采集數(shù)據(jù)并上傳至服務(wù)器，開發(fā)專用的溫度監(jiān)測軟件，實現(xiàn)溫度的監(jiān)測。這種方式采集到的機房或者機柜溫度與設(shè)備實際的溫度相差較大；另外，由于前端硬件品牌眾多，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化不夠，開發(fā)和運維的成本高。

3.2 基于動力環(huán)境系統(tǒng)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)

利用環(huán)境動力監(jiān)測系統(tǒng)，通過智能環(huán)境采集接口模塊實現(xiàn)對機房溫度、濕度、煙霧、水浸、非法入侵等環(huán)境量的采集及處理，將現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)娇刂浦行模楣收戏治鲇涗浛煽康臄?shù)據(jù)[3]。這種方法存在溫度偏差大、數(shù)據(jù)可挖掘性弱、協(xié)議接口開發(fā)復(fù)雜等問題。

3.3 基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)

通過靠近通信傳輸設(shè)備自帶的集成測溫模塊，從專業(yè)通信網(wǎng)管的海量數(shù)據(jù)中提取出溫度參量，經(jīng)過溫度數(shù)據(jù)采集、模型歸一化、數(shù)據(jù)分析以及功能呈現(xiàn)等部分，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的分析和預(yù)警。這種方法直接采集設(shè)備板卡溫度，采集溫度偏差較小；記錄歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合算法分析溫度變化趨勢；利用傳輸網(wǎng)絡(luò)已有的DCC（數(shù)據(jù)通信通道），采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。

基于通信傳輸網(wǎng)的大數(shù)據(jù)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合了大數(shù)據(jù)的處理方式，采用大數(shù)據(jù)算法，具有數(shù)據(jù)可挖掘性強、成本低、推廣性較好等特點，是本文探討的重點。

4 基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)

基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、模型歸一化、數(shù)據(jù)分析以及功能呈現(xiàn)4大模塊，其軟件架構(gòu)見圖1，可以實現(xiàn)從通信網(wǎng)管的海量數(shù)據(jù)中提取出溫度參量。

圖1 基于通信傳輸網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析軟件架構(gòu)

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

網(wǎng)管省地縣一體化為實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面采集提供了技術(shù)支撐，具體體現(xiàn)在以下4個方面：

（1）各品牌各技術(shù)體制的通信傳輸網(wǎng)，如MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）、SDH等，可以通過各網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元和DCN（數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)），實現(xiàn)分散在各地縣的網(wǎng)元的接入和控制，能夠從網(wǎng)絡(luò)獲取需要的采集信息。

（2）省級網(wǎng)管中心已經(jīng)實現(xiàn)了各傳輸品牌網(wǎng)管服務(wù)器的集中安裝和配置。

（3）各傳輸品牌網(wǎng)管服務(wù)器實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的部署。

（4）網(wǎng)管中心安裝了專門的采集服務(wù)器及采集軟件，各品牌通信傳輸網(wǎng)管服務(wù)器按照CORBA（通用對象請求代理體系結(jié)構(gòu)）接口的開發(fā)和對接，采集服務(wù)器獲取5 000多臺設(shè)備的海量溫度數(shù)據(jù)。

具體的系統(tǒng)拓撲架構(gòu)如圖2所示。一體化系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖2 溫度監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4.2 元數(shù)據(jù)模型管理模塊

該模塊主要完成指標(biāo)管理及指標(biāo)自定義。通過數(shù)據(jù)歸一化處理，針對不同廠家建立統(tǒng)一的模型庫，為數(shù)據(jù)庫處理及上層報表呈現(xiàn)提供服務(wù)。針對不同廠家提供的海量網(wǎng)管信息，提取出有用的時間和溫度等信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的歸一。

采集服務(wù)器不僅實現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的采集，而且多種模型的歸一整理和統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的建立，還實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一備份。

4.3 數(shù)據(jù)分析模塊

（1）分析流程的設(shè)計。根據(jù)實際情況，通過軟件設(shè)定采樣的頻率和起止時間，實現(xiàn)定期采樣。

（2）采用大數(shù)據(jù)分析的ARMA模型進行模擬，針對每臺設(shè)備的前期海量溫度數(shù)據(jù)預(yù)處理檢驗，建立預(yù)測模型。

（3）預(yù)設(shè)規(guī)則庫。設(shè)置機房正常溫度（如15～ 25℃），同時考慮到季節(jié)偏差量加入偏差因子。如夏季溫度較高，適當(dāng)提高溫度補償因子，提高閾值；冬季總體溫度較低，適當(dāng)降低溫度補償因子，降低閾值。同時，溫度補償因子采用溫度反饋調(diào)整，根據(jù)前后10 d的溫度，動態(tài)緩慢調(diào)整閾值參數(shù)，具有一定的連續(xù)性。

（4）規(guī)則屬性設(shè)置。當(dāng)測試的結(jié)果連續(xù)幾天偏離正常閾值，而且有進一步加大的趨勢，雖然還沒有達到設(shè)備告警門限，但需要引起足夠的重視，此時就需要篩選出網(wǎng)元，并對網(wǎng)元進行重點關(guān)注和分析。通過調(diào)取多維數(shù)據(jù)進行比對，如果發(fā)現(xiàn)所有的設(shè)備均呈現(xiàn)出相同的溫度變化趨勢，說明機房的溫度出現(xiàn)了問題，那么整個機房的空調(diào)、散熱系統(tǒng)可能出現(xiàn)了問題，進而可能威脅到機房內(nèi)其他的設(shè)備或者系統(tǒng)，某些對溫度變化敏感的服務(wù)器可能會先出現(xiàn)告警或者宕機現(xiàn)象。

4.4 綜合展現(xiàn)模塊

圖3 通信傳輸網(wǎng)一體化系統(tǒng)示意

（1）報表自定義功能。

具有各類分析圖文報表的定義、生成、發(fā)布、查看功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報表的綜合化與自動化。能夠生成網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量周報、綜合分析月報等網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)報告（支持Word、Excel、PowerPoint格式）。通過多維分析，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的靈活查看分析，使數(shù)據(jù)分析人員從多種可能的觀察角度進行快速、一致和交互性存取，來獲得對信息的深入理解。支持對比分析、分布分析、同比分析、環(huán)比分析、趨勢分析、象限分析等多種分析模式。

（2）即席結(jié)果查詢。可以針對網(wǎng)元、品牌系統(tǒng)、機房和地區(qū)進行統(tǒng)計分析，并以表格和圖形的形式輸出（如圖4）。

（3）自定義模板。根據(jù)用戶需求，提取有用的數(shù)據(jù)，針對溫度排名前10、溫度升高前10、某品牌設(shè)備運行情況等問題進行定制模板的開發(fā)。

5 系統(tǒng)實施效果分析

相比于傳統(tǒng)的監(jiān)控和處理方式，基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，對溫度變化反應(yīng)更加靈敏，能提前發(fā)現(xiàn)溫度異常現(xiàn)象，可以降低變電站、通信機房事故的等級，提高系統(tǒng)安全性。

2015年通過部署基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了全省2 000多個網(wǎng)元的溫度采集監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)6次溫度異常情況，在溫度上升到告警溫度階段及時發(fā)現(xiàn)異常，并將故障控制在萌芽狀態(tài)（見圖5）。如2015年7月29日14:00，溫度監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)雙龍變通信傳輸設(shè)備CM_S_193運行溫度45℃，溫度上升11℃；14:26省檢修公司回復(fù)確認雙龍變機房溫度過高，1臺空調(diào)故障，派人緊急處理；14:34金華公司匯報確認雙龍變通信機房有3臺空調(diào)，其中1臺故障，另外2臺跳閘未運行，重新啟動空調(diào)后機房溫度逐步恢復(fù)正常。

通過基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了全網(wǎng)傳輸設(shè)備網(wǎng)元海量溫度參數(shù)的收集，通過數(shù)據(jù)模型化和統(tǒng)一化，利用大數(shù)據(jù)算法實現(xiàn)溫度的預(yù)測分析和判斷，生成溫度實時變化和預(yù)測曲線。該系統(tǒng)的開發(fā)克服了動力環(huán)境品牌眾多、接口開放程度參差不齊、監(jiān)管主體不統(tǒng)一的弊端。相比于動力環(huán)境監(jiān)測等溫度采集手段，基于設(shè)備板卡溫度的測量方法，具有數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更全面，可進行多維分析，覆蓋面更廣泛的特點。該系統(tǒng)對溫度變化反應(yīng)更靈敏，能提前發(fā)現(xiàn)溫度異常現(xiàn)象，降低通信機房安全事故的等級，提高系統(tǒng)安全性。

圖4 系統(tǒng)綜合展示界面

圖5 應(yīng)用大數(shù)據(jù)前后溫度監(jiān)測系統(tǒng)的對比

[1]趙陌.一個新型通信機房溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).山東通信技術(shù)[J].2007，27（4）:8-14.

[2]盛淼岸.通信機房遠程檢測監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.

[3]雷鳴.廣電機房環(huán)境動力監(jiān)測系統(tǒng)簡介[J].中國有線電視，2011（11）:1317-1318.

（本文編輯：方明霞）

Research on Temperature Monitoring System Based on Big Data of Power Communication Transmission System

HE Chen，WANG Yanbo，WANG Yunye
（State Grid Zhejiang Information&Telecommunication Company Branch，Hangzhou 310007,China）

The definition and characteristics of"big data"are analyzed，and disadvantages of traditional temperature monitoring technology are introduced.A server room temperature monitoring system is developed based on big data of communication transmission system.The implementation and condition of the four function modules of the system are expounded.The system can sensitively respond to temperature changes and can detect temperature abnormality in advance so as to reduce safety risk level of server room and improve system safety.

big data；power communication transmission system；temperature monitoring

TM769

：B

：1007-1881（2016）07-0065-04

2016-04-15

賀 琛 （1983），男，工程師，從事電力通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、檢修工作。