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

賀 琛，王彥波，王云燁

（國(guó)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(cè)系統(tǒng)研究

賀 琛，王彥波，王云燁

（國(guó)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(diǎn)，分析了傳統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足之處，開(kāi)發(fā)了基于電力通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的機(jī)房溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，闡述了該系統(tǒng)4個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法和條件。該系統(tǒng)的對(duì)溫度變化反應(yīng)更加靈敏，能提前發(fā)現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，降低通信機(jī)房安全事故等級(jí)，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(cè)

1 背景分析

2010年，全球數(shù)據(jù)量跨入了ZB時(shí)代，據(jù)IDC（中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）預(yù)測(cè)，到2020年全球?qū)碛?5ZB的數(shù)據(jù)量，海量數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)影響著人們的工作、生活，甚至是國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(dòng)速度快和價(jià)值密度低的特點(diǎn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)為人們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題提供了新的思路和方法，對(duì)其研究漸漸成為熱點(diǎn)。

對(duì)電力行業(yè)而言，隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)及“三集五大”管理體系的決策部署，對(duì)數(shù)據(jù)的管理、共享及互操作提出了更高的要求。面對(duì)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(yùn)維的外延向數(shù)據(jù)運(yùn)維的范疇進(jìn)一步拓展，以更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)量的迅速增長(zhǎng)、數(shù)據(jù)類型的多樣化和數(shù)據(jù)時(shí)效性的不斷提高。

機(jī)房里部署著國(guó)家電網(wǎng)通信業(yè)務(wù)的主要基礎(chǔ)設(shè)施，機(jī)房里設(shè)備溫度過(guò)高會(huì)引起通信工作異常，傳輸誤碼率上升，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致通道中斷?，F(xiàn)有的機(jī)房溫度監(jiān)控主要依靠動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，但不同廠家的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，其接口開(kāi)放程度參差不齊、監(jiān)管主體不統(tǒng)一。因此可以通過(guò)設(shè)置通信機(jī)房動(dòng)力環(huán)境溫度檢測(cè)門(mén)限的方法進(jìn)行報(bào)警，這就要考慮到監(jiān)測(cè)點(diǎn)與通信設(shè)備距離遠(yuǎn)近對(duì)溫度誤差大小的影響，若門(mén)限設(shè)置太高達(dá)不到檢測(cè)效果，若門(mén)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(diǎn)

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(chǔ)、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合。

大數(shù)據(jù)具有5個(gè)主要特點(diǎn)（即5V特征）：

（1）Volume（大量）。數(shù)據(jù)規(guī)模從TB級(jí)別躍升到PB級(jí)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(jià)值和潛在信息。

（2）Variety（多樣性）。數(shù)據(jù)的種類和來(lái)源多樣化，包括結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、語(yǔ)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(duì)數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性要求高，能實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的簡(jiǎn)單查詢以及小時(shí)級(jí)的復(fù)雜分析。

（4）Value（價(jià)值）。數(shù)據(jù)的價(jià)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(jià)值的關(guān)鍵。

（5）Variability（可變性）。由于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)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(guò)程。

由電力通信傳輸設(shè)備組成的電力通信傳輸網(wǎng)（簡(jiǎn)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(diǎn)，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(jí)調(diào)度生產(chǎn)辦公大樓、各電壓等級(jí)的變電站、營(yíng)業(yè)廳、供電營(yíng)業(yè)所等場(chǎng)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(tái)，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(guò)大數(shù)據(jù)的分析方法，對(duì)溫度異常情況進(jìn)行分析，盡早發(fā)現(xiàn)異常情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)視和機(jī)房溫度的預(yù)警功能。

3 機(jī)房溫度監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)

利用機(jī)房或機(jī)柜上安裝的溫度采集傳感器和單片機(jī)[1]，或者由微機(jī)和工控機(jī)[2]直接測(cè)量溫度，通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)收集采集數(shù)據(jù)并上傳至服務(wù)器，開(kāi)發(fā)專用的溫度監(jiān)測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測(cè)。這種方式采集到的機(jī)房或者機(jī)柜溫度與設(shè)備實(shí)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(kāi)發(fā)和運(yùn)維的成本高。

3.2 基于動(dòng)力環(huán)境系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

利用環(huán)境動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)智能環(huán)境采集接口模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)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(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，并為故障分析記錄可靠的?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(kāi)發(fā)復(fù)雜等問(wèn)題。

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

通過(guò)靠近通信傳輸設(shè)備自帶的集成測(cè)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(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)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?。挥涗洑v史數(shù)據(jù)，結(jié)合算法分析溫度變化趨勢(shì)；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(cè)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(qiáng)、成本低、推廣性較好等特點(diǎn)，是本文探討的重點(diǎn)。

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

基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測(cè)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(jiàn)圖1，可以實(shí)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(shí)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(gè)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(tái)）、SDH等，可以通過(guò)各網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元和DCN（數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)），實(shí)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(jí)網(wǎng)管中心已經(jīng)實(shí)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的部署。

（4）網(wǎng)管中心安裝了專門(mén)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(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)）接口的開(kāi)發(fā)和對(duì)接，采集服務(wù)器獲取5 000多臺(tái)設(shè)備的海量溫度數(shù)據(jù)。

具體的系統(tǒng)拓?fù)浼軜?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(cè)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(guò)數(shù)據(jù)歸一化處理，針對(duì)不同廠家建立統(tǒng)一的模型庫(kù)，為數(shù)據(jù)庫(kù)處理及上層報(bào)表呈現(xiàn)提供服務(wù)。針對(duì)不同廠家提供的海量網(wǎng)管信息，提取出有用的時(shí)間和溫度等信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的歸一。

采集服務(wù)器不僅實(shí)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(kù)的建立，還實(shí)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(jì)。根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)軟件設(shè)定采樣的頻率和起止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)定期采樣。

（2）采用大數(shù)據(jù)分析的ARMA模型進(jìn)行模擬，針對(duì)每臺(tái)設(shè)備的前期海量溫度數(shù)據(jù)預(yù)處理檢驗(yàn)，建立預(yù)測(cè)模型。

（3）預(yù)設(shè)規(guī)則庫(kù)。設(shè)置機(jī)房正常溫度（如15～ 25℃），同時(shí)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(bǔ)償因子，提高閾值；冬季總體溫度較低，適當(dāng)降低溫度補(bǔ)償因子，降低閾值。同時(shí)，溫度補(bǔ)償因子采用溫度反饋調(diào)整，根據(jù)前后10 d的溫度，動(dòng)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(cè)試的結(jié)果連續(xù)幾天偏離正常閾值，而且有進(jìn)一步加大的趨勢(shì)，雖然還沒(méi)有達(dá)到設(shè)備告警門(mén)限，但需要引起足夠的重視，此時(shí)就需要篩選出網(wǎng)元，并對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和分析。通過(guò)調(diào)取多維數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，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(shì)，說(shuō)明機(jī)房的溫度出現(xiàn)了問(wèn)題，那么整個(gè)機(jī)房的空調(diào)、散熱系統(tǒng)可能出現(xiàn)了問(wèn)題，進(jìn)而可能威脅到機(jī)房?jī)?nèi)其他的設(shè)備或者系統(tǒng)，某些對(duì)溫度變化敏感的服務(wù)器可能會(huì)先出現(xiàn)告警或者宕機(jī)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(bào)表自定義功能。

具有各類分析圖文報(bào)表的定義、生成、發(fā)布、查看功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報(bào)表的綜合化與自動(dòng)化。能夠生成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量周報(bào)、綜合分析月報(bào)等網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)報(bào)告（支持Word、Excel、PowerPoint格式）。通過(guò)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(jìn)行快速、一致和交互性存取，來(lái)獲得對(duì)信息的深入理解。支持對(duì)比分析、分布分析、同比分析、環(huán)比分析、趨勢(shì)分析、象限分析等多種分析模式。

（2）即席結(jié)果查詢?？梢葬槍?duì)網(wǎng)元、品牌系統(tǒng)、機(jī)房和地區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(duì)溫度排名前10、溫度升高前10、某品牌設(shè)備運(yùn)行情況等問(wèn)題進(jìn)行定制模板的開(kāi)發(fā)。

5 系統(tǒng)實(shí)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(cè)系統(tǒng)，對(duì)溫度變化反應(yīng)更加靈敏，能提前發(fā)現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，可以降低變電站、通信機(jī)房事故的等級(jí)，提高系統(tǒng)安全性。

2015年通過(guò)部署基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全省2 000多個(gè)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(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并將故障控制在萌芽狀態(tài)（見(jiàn)圖5）。如2015年7月29日14:00，溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)雙龍變通信傳輸設(shè)備CM_S_193運(yùn)行溫度45℃，溫度上升11℃；14:26省檢修公司回復(fù)確認(rèn)雙龍變機(jī)房溫度過(guò)高，1臺(tái)空調(diào)故障，派人緊急處理；14:34金華公司匯報(bào)確認(rèn)雙龍變通信機(jī)房有3臺(tái)空調(diào)，其中1臺(tái)故障，另外2臺(tái)跳閘未運(yùn)行，重新啟動(dòng)空調(diào)后機(jī)房溫度逐步恢復(fù)正常。

通過(guò)基于通信傳輸網(wǎng)大數(shù)據(jù)的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)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(guò)數(shù)據(jù)模型化和統(tǒng)一化，利用大數(shù)據(jù)算法實(shí)現(xiàn)溫度的預(yù)測(cè)分析和判斷，生成溫度實(shí)時(shí)變化和預(yù)測(cè)曲線。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)克服了動(dòng)力環(huán)境品牌眾多、接口開(kāi)放程度參差不齊、監(jiān)管主體不統(tǒng)一的弊端。相比于動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)等溫度采集手段，基于設(shè)備板卡溫度的測(cè)量方法，具有數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更全面，可進(jìn)行多維分析，覆蓋面更廣泛的特點(diǎn)。該系統(tǒng)對(duì)溫度變化反應(yīng)更靈敏，能提前發(fā)現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，降低通信機(jī)房安全事故的等級(jí)，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(cè)系統(tǒng)的對(duì)比

[1]趙陌.一個(gè)新型通信機(jī)房溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).山東通信技術(shù)[J].2007，27（4）:8-14.

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

[3]雷鳴.廣電機(jī)房環(huán)境動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].中國(guó)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。