能耗監控系統在5G基站機房運維的應用

呂祎 黃大巧 潘高軍

【摘要】? ? 本文研究了一種能耗監控系統，通過各種物聯傳感器采集5G基站機房主設備、傳輸模塊、蓄電器、空調等設備的能耗信息參數，同時實現3D真實場景還原和移動APP端對設備能耗的實時監測，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】? ? 能耗監控? ? 5G基站機房

引言：

隨著5G網絡的建設應用發展，用戶的數量與日俱增，承擔5G網絡業務的機房能源消耗比起以往通信網絡系統要大很多，基站機房里面的主設備、傳輸模塊、蓄電器、空調等耗能設備數量多，結構復雜，如果相關設備發生故障，將會整個5G網絡系統的可靠性運行構成威脅，對5G基站機房里面的核心主設備會造成嚴重的后果，對通信網絡整體運行造成巨大的損失。現階段，5G建設如火如荼，5G能耗也是比其他制式系統要大得多，但是5G通信機房的能耗監控通常為為無人值守或者半值守狀態，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。一旦機房內的設備出現運行故障，如溫度過高，能耗指標瞬間跳越值等不易被及時發現的問題，會引起火災或者帶來更大的經濟損失。針對這一5G能耗監控的缺陷，本文設計了一套能夠實時對5G機房設備能耗監控的系統，保障5G基站機房的安全。

一、能耗管控系統設計

1.1系統總體架構

利用物聯網、3D視覺渲染效果技術，將5G機房的資源進行統一梳理，并且結合物聯設備，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務應用和能耗指標分析，在系統數據庫進行相關的數據處理后，并通過PC，手機APP等相關展示端進行展示，設計架構采用三層架構：數據采集層，傳輸處理層，監控應用層。數據采集層是在設備中設置多種傳感器，如：溫度、濕度、空調和電池等傳感設備。通過這些傳感設備將能耗數據進行采集，在通過集控器將環境信息和設備狀態參數的采集與上傳，遇到相關非正常指標通過繼電器進行臨時控制能耗輸出，最后節點通信將相關信息數據和控制內容通過網關上傳服務器。傳輸處理層是通過網關與服務器進行聯系，并將數據采集層的數據上傳至服務器的數據庫中，監控應用層對相關數據進行處理監控，數據分析展示并實現機房設備操作控制。拓撲結構如圖1所示。

1.2系統功能特點

該系統點高，注重能耗監控技術與5G運維業務相結合，產品上下結合，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工程建設與工程質量數據信息資源，為5G機房能耗提供管理服務，為通信運營商的5G網絡機房提供安全保障。

1.3主要功能設計

能耗管控系統提供以下主要功能。

1.3.1機房三維可視化功能

在系統通過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、電池等相關設備資源在后臺端進行虛擬展示，同時可以結合機房環境進行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，構建機房環境，機房里面展示各種設備，如主設備，機柜，空調，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.系統具有較強的擴展性和魯棒性，在不同系統間進行接口對接，如動力系統，環境系統，運維系統及路測系統，實現系統對接和并行聯網授權控制。

1.3.2機房能耗運行狀態監控

1.能耗狀態監控：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數據引入，主要對能耗的基礎數據和設備參數采集，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;同時對集控器對相關設備繼電器進行工作狀態監控;通過這些數據上傳，可以對設備的狀況進行監控，如階段溫度、階段濕度、階段電量、階段負載等。通過這些監控讓5G基站的管理和網絡優化維保部門能夠實時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，以及機房能耗、故障等的運行狀況，對系統日志進行分類掃描評估。通過數據采集和分析，系統能夠及時對影響基站能耗性能的故障事件發送報警，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：設置傳感器紅外傳感器和紅外雷達傳感器，不同溫度和未經允許的外來者進行實時監控，如果出現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生情況走勢;同時，能夠實時密切關注運行狀況能耗欠佳的問題、發生了惡劣故障的機房，并作出告警提示。同時根據圖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果。對于高級別的事件，可能對5G機房產生重大影響或者后果嚴重的，根據相關設備的事件內容，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度和處理。

4.事件日志：根據處理結果，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“日志數據庫”，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

機房能耗管控系統由前端感知監測系統和后端展示處理系統，采用B/S架構，實現 “感知-傳輸-處理”的一體化處理;在業務架構采用J2EE體系開發，這樣可以實現高速數據流的傳輸，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，來獲取真實場景數據;結合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學描述，設置視點觀察系統繪制成三維圖形開發模型庫，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信息的添加、修改。

1. PC端界面。通過場景渲染技術，構造了機房3D布局場景，通過直觀的展示，可以將機房內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。在系統的響應側，通過互聯網，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，并提醒預處理的機房故障和歷史告警數據，也可以通過APP應用鏈接，可以查看歷史日志，告警規律等相關信息，同時對于一些偏要的郊區，山區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、結束語

對比于其它能耗監控系統方案，本系統解決方案有以下幾個優點：1.通過設備傳感物聯，實現了5G機房的能耗信息的收集，也將各個設備的能耗數據統一在一個系統，解決了數據孤島問題。同時可以通過機房設備的能耗數據整理、更新、共享和分析，為運營商提供在5G網絡規劃的能源方面的決策依據。2.實現5G機房3D真實場景還原和移動APP端對設備能耗的實時監測，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.通過收集能耗數據，及時有效的監測機房，確保在正常的溫濕度下運行，還可以對這些指標進行大數據分析關聯，通過規律預警，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.淺談動環監控系統在通信機房中的監測與預警作用[J].信息系統工程，2011（10）：85-86.

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