基于多元回歸算法的用電分析系統(tǒng)設計

鄧小盾

（西安外事學院 陜西 西安 710077）

基于多元回歸算法的用電分析系統(tǒng)設計

鄧小盾

（西安外事學院 陜西 西安 710077）

針對移動基站在用電方面的網絡化需求，提出一種基于多元回歸算法的用電分析系統(tǒng)。結合移動基站在用電方面的特點，提出本系統(tǒng)設計的基本思路，并對系統(tǒng)整體架構和基本功能進行設計；構建多元回歸模型，對移動基站的電力需求進行預測分析，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的參考。

多元回歸算法；用電分析；移動基站；整體架構；系統(tǒng)設計

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質量。同時，隨著現(xiàn)代網絡的不斷發(fā)展，電量分析開始從傳統(tǒng)的數(shù)據統(tǒng)計開始走向數(shù)據的分析與預測，如人工神經網絡算法、灰色預測和多元回歸分析。其中神經網絡以優(yōu)秀的學習能力成為當前應用的重點；灰色預測算法則憑借在已知信息基礎上，對系統(tǒng)中關聯(lián)因素的可能發(fā)展進行預測，也被廣泛的應用。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

根據移動基站的管理業(yè)務，將其不同的角色所承擔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)管理員主要負責對系統(tǒng)的權限、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絡化管理。由此，形成了一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，即系統(tǒng)管理員負責對平臺進行管理，而電量管理員負責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)設計思路與開發(fā)平臺部署

2.1 設計思路

結合圖1的用例分析，筆者認為該系統(tǒng)設計的主要目的是實現(xiàn)移動基站用電的網絡化管理，并通過用電數(shù)據實現(xiàn)對用電的科學分析，為移動基站的管理提供參考。對此，本文設計的思路是利用計算機技術實現(xiàn)基本的基站管理業(yè)務，從而將基站的管理通過網絡實現(xiàn)；其次，利用電量采集技術對基站用電數(shù)據進行采集，同時借助多元回歸算法，構建移動基站用電預測模型，從而對移動基站的能耗消耗提供準確的依據，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)據庫管理系統(tǒng)：MySQL 5.0；

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

6）客戶端操作系統(tǒng)：Window 7以上。

3 系統(tǒng)整體架構設計

3.1 物理架構設計

結合本文的設計思路，本文將該系統(tǒng)的物理模型設計為如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體物理架構

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

3.2 系統(tǒng)技術架構體系

系統(tǒng)架構作為系統(tǒng)設計的基礎，其部署將直接決定未來系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。本文在對架構進行設計中，首先采用B/S模式對系統(tǒng)進行整體部署，同時開發(fā)框架則采用當前比較流行的SSH2開發(fā)框架。具體架構則如圖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)務層對數(shù)據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)據庫的交互。在數(shù)據庫中，采用大量的關系型數(shù)據表格，并通過關鍵字實現(xiàn)對不同數(shù)據的關聯(lián)查詢。

圖3 系統(tǒng)技術架構設計

4 系統(tǒng)功能設計

功能作為系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎，結合系統(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)功能設計

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

5 多元回歸算法設計

5.1 多元線性回歸方程模型

假設因變量為 Y，有 M 個自變量 x1，x2，…，xm，其中Y與M自變量的關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，則這N組觀測數(shù)據的結構參數(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的因素主要包括月度話務量、載頻總功率、開關電源輸出功率、空調制冷功率、墻體導熱系數(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)范圍內的69座基站在2015年3月～2016年5月的數(shù)據作為模型構建基礎，從而選取了月度總話務、BTS機架數(shù)、載頻總功耗、配套功率、電源模塊數(shù)、空調功率、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)

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

7 結束語

文中結合當前移動基站的網絡化管理需求，在借助計算機開發(fā)工具的基礎上，提出了一種多元線性回歸的電量分析預測模型，從而實現(xiàn)了不同基站電量消耗的預測分析，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)據的采集模塊設計方面還存在不足，還需要在下一步的工作中進行深入研究。

[1]陳奕.基于計量系統(tǒng)的客戶用電信息智能化分析系統(tǒng)[D].廣州：華南理工大學，2013.

[2]康文倩.基于STM32F103的電量采集與無功補償控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].北京：華北電力大學，2015.

[3]張亞梅，馬嘯.基于SSH框架的網站設計與實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護，2012（10）:62-63，106.

[4]唐倩，張偉.輕量級J2EE中SSH框架的研究及其應用[J].物聯(lián)網技術，2013（12）:52-55.

[5]翟高粵.SSH框架擴展與集成的研究 [J].煤炭技術，2011（8）:194-195.

[6]王寶龍，李子揚，李曉輝.基于SSH框架和DWR技術的減災衛(wèi)星運行管理系統(tǒng)建設[J].計算機工程與設計，2010（23）:5096-5099.

[7]龔尚福，龔琴，馮健.基于SSH框架的EPON性能管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) [J].計算機應用，2013（2）:571-574.

[8]翟高粵.基于J2EE技術的SSH框架的改進及應用[J].計算機時代，2012（10）:24-26，29.

[9]于湛麟，李仲秋，任永昌.SSH框架實現(xiàn)MVC架構的電子商務軟件平臺 [J].計算機技術與發(fā)展，2012（10）:169-172.

[10]吳垠，余瑾，郭磊.MySQL數(shù)據庫在嵌入式Linux平臺上的移植和應用[J].電子技術，2011（7）:12-13，3.

[11]伍志聰.MySQL數(shù)據庫在中小型業(yè)務系統(tǒng)的應用[J].數(shù)字技術與應用，2011（11）:122.

[12]張景陽，潘光友.多元線性回歸與BP神經網絡預測模型對比與運用研究 [J].昆明理工大學學報：自然科學版，2013（6）:61-67.

[13]王江榮.基于遺傳算法模糊多元線性回歸分析的瓦斯涌出量預測模型[J].工礦自動化，2013（12）:34-38.

[14]彭鵬，彭佳紅.基于多元線性回歸模型的電力負荷預測研究 [J].中國安全生產科學技術，2011（9）:158-161.

[15]劉錦萍，郁金祥.基于改進的粒子群算法的多元線性回歸模型參數(shù)估計 [J].計算機工程與科學，2010（4）:101-105.

[16]董玉波.道路交通事故多元線性回歸模型及其檢驗方法[J].中國人民公安大學學報：自然科學版，2013（2）:73-75.

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年度陜西省高教學會高水平民辦大學建設研究項目（15GJ044）；2016年度西安市社會科學規(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、人工智能。