基于多元回歸算法的用電分析系統(tǒng)設(shè)計

鄧小盾

（西安外事學(xué)院 陜西 西安 710077）

基于多元回歸算法的用電分析系統(tǒng)設(shè)計

鄧小盾

（西安外事學(xué)院 陜西 西安 710077）

針對移動基站在用電方面的網(wǎng)絡(luò)化需求，提出一種基于多元回歸算法的用電分析系統(tǒng)。結(jié)合移動基站在用電方面的特點，提出本系統(tǒng)設(shè)計的基本思路，并對系統(tǒng)整體架構(gòu)和基本功能進行設(shè)計；構(gòu)建多元回歸模型，對移動基站的電力需求進行預(yù)測分析，并分析影響移動基站用電的影響因素，以此為移動運營企業(yè)在用電方面的改進提供相關(guān)的參考。

多元回歸算法；用電分析；移動基站；整體架構(gòu)；系統(tǒng)設(shè)計

Abstract:A power analysis system based on multiple regression algorithm is proposed for mobile base station in terms of network demand.Combined with mobile base station's characters in the use of electricity proposed the basic ideas of the system design，and the design of the overall system architecture and the basic functions； multiple regression model was constructed， on the mobile base station power demand forecasting analysis，and analyze the impact of mobile base station power influencing factors，in order for the improvement of enterprise mobile operators in the use of electricity provide relevant reference.

Key words:multiple regression algorithm；power analysis；mobile base station；overall framework；system design

隨著現(xiàn)代電信運營企業(yè)的壯大，移動基站呈現(xiàn)出幾何級的增長方式。而移動基站的增長，也給電信部門的管理帶來很大的壓力。如單穿依靠大量的人工抄表的方式所帶來的工作量越來越大，同時很多地方對移動基站的管理還采取預(yù)付費的方式，一旦抄表不及時造成費用短缺，將嚴重影響基站的服務(wù)質(zhì)量。同時，隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，電量分析開始從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計開始走向數(shù)據(jù)的分析與預(yù)測，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、灰色預(yù)測和多元回歸分析。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)秀的學(xué)習(xí)能力成為當(dāng)前應(yīng)用的重點；灰色預(yù)測算法則憑借在已知信息基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)因素的可能發(fā)展進行預(yù)測，也被廣泛的應(yīng)用。本文則提出一種基于多元線性回歸算法的用電分析系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的實現(xiàn)進行詳細的分析。

1 系統(tǒng)用例分析

根據(jù)移動基站的管理業(yè)務(wù)，將其不同的角色所承擔(dān)的工作進行了簡單的梳理，從而可以得到如圖1所示的整體用例分析圖。

通過圖1看出，在對移動基站的管理中，系統(tǒng)管理員主要負責(zé)對系統(tǒng)的權(quán)限、基本信息、日志等進行管理；電量管理員則主要對基站的用電情況進行統(tǒng)計、分析和監(jiān)控等；而移動基站管理的后勤管理人員主要對電費的費用情況、電表、基站的租費等進行網(wǎng)絡(luò)化管理。由此，形成了一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，即系統(tǒng)管理員負責(zé)對平臺進行管理，而電量管理員負責(zé)對整個基站的用電情況進行分析和管理，后勤管理者則負責(zé)對基站的后勤工作進行管理，以此通過這種明確的分工，圍繞基站工作進行流程化的管理，大大提高了傳統(tǒng)的工作效率和速度。

圖1 系統(tǒng)用例分析

2 系統(tǒng)設(shè)計思路與開發(fā)平臺部署

2.1 設(shè)計思路

結(jié)合圖1的用例分析，筆者認為該系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是實現(xiàn)移動基站用電的網(wǎng)絡(luò)化管理，并通過用電數(shù)據(jù)實現(xiàn)對用電的科學(xué)分析，為移動基站的管理提供參考。對此，本文設(shè)計的思路是利用計算機技術(shù)實現(xiàn)基本的基站管理業(yè)務(wù)，從而將基站的管理通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)；其次，利用電量采集技術(shù)對基站用電數(shù)據(jù)進行采集，同時借助多元回歸算法，構(gòu)建移動基站用電預(yù)測模型，從而對移動基站的能耗消耗提供準(zhǔn)確的依據(jù)，為后續(xù)的改進提供參考。

2.2 開發(fā)平臺

1）開發(fā)語言：Java語言；

2）開發(fā)框架：SSH2框架；

3） 開發(fā)工具：MyEclipse 3.5；

4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：MySQL 5.0；

5）服務(wù)器操作系統(tǒng)（OS）：Windows server 2003；服務(wù)器：Tomcat 6.0；

6）客戶端操作系統(tǒng)：Window 7以上。

3 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

3.1 物理架構(gòu)設(shè)計

結(jié)合本文的設(shè)計思路，本文將該系統(tǒng)的物理模型設(shè)計為如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體物理架構(gòu)

通過圖2可以看出，結(jié)合設(shè)計思路，首先采用電表對基站的用電數(shù)據(jù)進行實時采集，在采集再將數(shù)據(jù)傳遞給后臺的服務(wù)器，從而對用電數(shù)據(jù)進行分析；同時，另一方面，后期管理人員則對電費數(shù)據(jù)進行管理，以此對不同的基站進行續(xù)租等。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)體系

系統(tǒng)架構(gòu)作為系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，其部署將直接決定未來系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。本文在對架構(gòu)進行設(shè)計中，首先采用B/S模式對系統(tǒng)進行整體部署，同時開發(fā)框架則采用當(dāng)前比較流行的SSH2開發(fā)框架。具體架構(gòu)則如圖3所示。

在圖3中，本文通過Web表示層實現(xiàn)與Action功能業(yè)務(wù)層的交互，而兩者之前的交互是通過Server接口實現(xiàn)的。同時Action功能業(yè)務(wù)層對數(shù)據(jù)的請求訪問則是通過Hibernate持久層中的DAO接口實現(xiàn)，從而直接實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的交互。在數(shù)據(jù)庫中，采用大量的關(guān)系型數(shù)據(jù)表格，并通過關(guān)鍵字實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)查詢。

圖3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

功能作為系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)的需求，其功能主要包括基站管理模塊、電量采集管理模塊、算法處理模塊、系統(tǒng)管理、電量管理與統(tǒng)計模塊、日常監(jiān)控等。具體見圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能設(shè)計

在該功能模塊的設(shè)計中，系統(tǒng)管理主要負責(zé)對系統(tǒng)日常數(shù)據(jù)、日志、使用權(quán)限等方面的管理，從而保障系統(tǒng)的基礎(chǔ)運行；電量采集主要對采集系統(tǒng)進行管理；算法設(shè)計主要則主要對多元回歸算法進行設(shè)計、更新等。

5 多元回歸算法設(shè)計

5.1 多元線性回歸方程模型

假設(shè)因變量為 Y，有 M 個自變量 x1，x2，…，xm，其中Y與M自變量的關(guān)系可以線性方程的方式來進行表達，則有多元線性回歸方程：

其中，b0，b1，…，bi分別表示 x1，…，xi的待估參數(shù)。

如在線性統(tǒng)計中，有N組觀測數(shù)據(jù)，則這N組觀測數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以表示為如下：

令：

由此，可以將上述表示為：

5.2 基于多元回歸的電量預(yù)測模型

在對基站的能耗進行的分析中可以發(fā)現(xiàn)，與基站能耗密切相關(guān)的因素主要包括月度話務(wù)量、載頻總功率、開關(guān)電源輸出功率、空調(diào)制冷功率、墻體導(dǎo)熱系數(shù)、基站使用面積等，其中不同因素在不同的時間段對基站能耗的影響不同。本文則選取宜賓市翠屏區(qū)范圍內(nèi)的69座基站在2015年3月～2016年5月的數(shù)據(jù)作為模型構(gòu)建基礎(chǔ)，從而選取了月度總話務(wù)、BTS機架數(shù)、載頻總功耗、配套功率、電源模塊數(shù)、空調(diào)功率、基站面積、陽光直射墻體數(shù)等作為自變量，從而可以得到驗證后的多元回歸線性方程。

其中，Y表示月度耗電量；X表示自變量，A表示影響自變量的參數(shù)。

6 系統(tǒng)實現(xiàn)

通過應(yīng)用Java語言對上述的功能進行設(shè)計，并將其應(yīng)用到長沙某區(qū)域基站中，從而可以得到如圖5所示的電量分析界面。

7 結(jié)束語

文中結(jié)合當(dāng)前移動基站的網(wǎng)絡(luò)化管理需求，在借助計算機開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，提出了一種多元線性回歸的電量分析預(yù)測模型，從而實現(xiàn)了不同基站電量消耗的預(yù)測分析，為下一步的不同基站的管理提供了很好的參考和借鑒。但本文在對電量數(shù)據(jù)的采集模塊設(shè)計方面還存在不足，還需要在下一步的工作中進行深入研究。

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Design of power analysis system based on multiple regression algorithm

DENG Xiao-dun
（Xi'an International University， Xi'an710077，China）

圖5 電量分析界面

TN99

A

1674－6236（2017）19-0023-04

2016-08-03稿件編號201608020

2015-2016年度陜西省高教學(xué)會高水平民辦大學(xué)建設(shè)研究項目（15GJ044）；2016年度西安市社會科學(xué)規(guī)劃基金項目（16IN13）

鄧小盾（1979—），女，陜西涇陽人，碩士，講師。研究方向：大數(shù)據(jù)、人工智能。