基于物聯網的智能電力抄表保障平臺研究

（中國移動通信集團海南有限公司，海南 570100）

1 引言

隨著智能電網技術和物聯網技術的發展，使用2G/4G/NBIOT網絡進行電網抄表數據傳輸業務發展迅速。由于電網抄表終端分布區域廣，經常出現因終端斷電、終端異常、網絡弱覆蓋等問題，導致遠程電力抄表設備無法正常傳輸數據，影響抄表數據及時回傳。目前缺乏有效的監測和管理手段，導致物聯網卡掉線故障診斷效率低下，嚴重影響了電網抄表點設備的運維保障質量[1-3]。

為此，本文設計并實現一種電力抄表物聯網卡智能保障平臺，運用大數據技術，提升在物聯網終端管理、業務質量監測、異常問題診斷和故障搶修督辦等方面信息化、自動化和智能化程度，提升電力抄表物聯網卡掉線故障發現能力、故障排查響應速度，確保電網抄表數據回傳的及時性和完整性。

2 系統設計與實現

2.1 系統實現方案

本文搭建基于云計算的電力抄表物聯網卡智能保障平臺，采集運營商網絡運營域、業務域、管理域信息，通過大數據分析，在終端管理、業務質量監測、異常問題診斷和故障搶修督辦四個方面提供支撐，提升電力抄表物聯網業務保障能力。建設方案主要包括兩個部分：第一部分，網絡基礎數據采集；第二部分，保障平臺開發建設。

第一部分，網絡基礎數據采集。在網絡信令數據方面，部署分光器、探針和服務器等設備，進行信令數據的采集、解析和關聯回填，實現全量電力抄表物聯網卡分析和診斷；在網管數據方面，采集網絡告警、性能、MR和業務撥測信息，實時動態感知端到端網絡運行狀態；在位置信息方面，采集基站經緯度和用戶MR信息，提供物聯網終端位置定位能力；在簽約信息方面，獲取碼號、資費、業務等信息，為抄表業務異常問題排查提供支撐。

第二部分，保障平臺開發建設。本部分包括應用軟件開發和云計算平臺基礎設施建設。其中，應用軟件開發，采用“云、管、端”模式，“云”端基于云計算、大數據和人工智能技術，通過數據、算法、算力三要素不斷產出服務能力，支持各功能模塊定制化服務，并為“端”賦能。該模式可平滑擴展支持水務、燃氣和車聯網等物聯網應用，便于不同行業、企業快速無縫接入；云計算平臺硬件的建設，包括采集接口機、數據庫、服務器和路由器等設備，構建云計算服務平臺。

2.2 網絡架構

電力抄表物聯網卡智能保障平臺網絡連接結構如圖1所示。

電力抄表物聯網卡智能保障平臺放置于運營商數據機房，包含接口機、數據庫和服務器等設備，通過運營商網管網采集網絡信令、物聯網卡簽約信息、網絡告警數據等動態數據進行分析診斷。平臺分別通過網管網、數據專線與運營商網管服務器、電網服務器連接，實時傳送抄表業務分析數據，運營商維護人員和電網維護人員分別通過網管網和互聯網訪問，查看業務運行情況并受理搶修工單。

圖1 網絡連接結構圖

2.3 平臺設計

本平臺采用數據采集層、數據解碼層、共享層、應用層和訪問層的五層架構體系，技術功能架構圖如圖2所示。

數據采集層：在2G/4G/NB-IOT網絡的S1-MME、S1-U、S6a、S1-Lite等接口部署分光器、探針設備，實現電力抄表網絡信令數據的接入和采集解析；部署自動撥測系統，實現對終端、網絡、平臺的仿真撥測，實時獲取網絡質量信息。

數據解碼層：實現對數據采集層上報的數據進行分析、關聯、回填及合成。

共享層：長時間存儲數據聚合之后的多維分析數據。共享層與運營商經分系統對接，獲取經分系統物聯網卡簽約及資費數據；共享層與運營商網管系統對接，獲取運營商網管系統告警、性能和MR數據等。

應用層：通過大數據分析，實現終端管理、業務保障、故障診斷和工單派發等功能，實現從問題發現到解決的閉環管理，保障電力抄表業務質量。

訪問層：提供Web、手機客戶端等方式展示。

圖2 平臺功能結構圖

2.4 平臺功能

平臺功能主要包含終端管理模塊、業務保障模塊、故障診斷模塊、和工單派發模塊等，各功能模塊具體功能描述如下。

終端管理模塊：提供每個終端位置信息、簽約信息、業務質量和維護人員信息等，為客戶進行海量物聯網終端管理、業務質量監測和故障搶修提供信息支撐。

業務保障模塊：提供不同市縣、區域的業務量、業務分布、業務指標、網絡錯誤碼、業務趨勢等信息，通過可視化方式了解業務使用情況，為進一步數據挖掘和隱患排查提供支撐。

故障診斷模塊：提供業務使用異常問題全量自動診斷能力。針對物聯網卡掉線、網絡指標異常、數據傳送中斷等異常問題，結合電力抄表行業特性，在抄表終端、物聯網卡簽約信息、無線網、核心網和物聯網平臺等環節自動進行問題定界定位，自動診斷異常原因并給出故障搶修建議，提升故障搶修的效率和速度。

工單派發模塊：提供業務異常問題、設備故障問題等任務派發、督辦能力。根據診斷結果，按照物聯網終端、網絡設備與維護人員、維護區域的對應關系派發搶修工單，工單內容包含問題描述、位置信息、診斷結果和處理建議等。同時，能夠根據不同工單的處理時限，派發一級、二級、三級督辦工單，分別對維護人員、管理人員和負責人員進行督辦。

3 應用效果分析

基于物聯網的電力抄表業務智能保障系統能夠縮短抄表業務搶修的時長、提高搶修的效率。

（1）及時發現業務故障和異常問題。通過7*24小時全量網絡告警、性能指標、業務量、網絡錯誤碼等監控，實時對故障和異常問題進行預警。

（2）縮短故障搶修時長。在投訴信息收集、問題定位、搶修工單派發等環節引入信息化、自動化、智能化工具和方法，大幅縮短搶修時長。

（3）提高電力抄表數據回傳質量。通過分析終端、區域、時段、指標、網絡設備和信令錯誤碼等信息，及時發現網絡隱患和共性問題，通過聚類、決策樹等方法，挖掘影響數據回傳質量的關鍵因素并解決。

（4）提高電力抄表物聯網業務運維效率。在電力抄表終端管理、故障告警管理、維護隊伍管理、業務報表等方面提供數據和手段，提升運維管理效率。

4 結束語

隨著4G廣泛應用，5G快速推進，以NB-IoT、eMTC等為代表的新一代物聯網技術順勢而生。當前，物與物連接規模急劇擴張，連接應用日新月異，物聯網技術可以說已深度嵌入多個垂直行業。但物聯網終端往往分布較為分散，如農村、森林、樓道、室內、地下等，不僅安裝環境復雜，而且網絡信號往往難以得到保障，物聯網業務日常管理和異常問題排查及其困難。

本文基于電力抄表物聯網卡保障的痛點，引入大數據和云計算等新技術，搭建了一個從故障發現到問題跟蹤解決的智能保障平臺，提供終端管理、業務保障、故障診斷和工單派發等能力，提升電網抄表物聯網卡掉線故障發現能力、故障排查響應速度，確保電網抄表數據回傳質量。同時，該平臺、方法能夠應用水務抄表、燃氣抄表等眾多垂直行業，具有較高的生產使用價值。