基于IoT架構(gòu)的5G微基站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

摘? 要：本系統(tǒng)主要致力于5G微基站的動力環(huán)境監(jiān)控，充分利用運(yùn)營商成熟、穩(wěn)定的低速及窄帶蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，以及主力打造的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）開放平臺，通過采集各個5G微基站的用電情況、周圍環(huán)境溫度、濕度，以及PM2.5和噪聲等，并提供用電、高溫、低溫、高濕、干燥、高噪聲等報警信息，為5G微基站運(yùn)維人員提供實(shí)時監(jiān)控、告警管理，為基站優(yōu)化決策人員提供有效的數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：NB-IoT;5G;動力環(huán)境監(jiān)控

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）09-0053-05

0? 引? 言

5G是通信技術(shù)領(lǐng)域的一次巨大變革，將實(shí)現(xiàn)由4G移動互聯(lián)網(wǎng)時代跨向萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時代。1G～4G都是著眼于人與人之間更方便快捷的通信，而5G將實(shí)現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間的隨時隨地，萬物互聯(lián)。

5G是第五代通信技術(shù)，主要特點(diǎn)是波長為毫米級的高頻段、eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）、mMTC（海量機(jī)器類通信）、uRLLC（高可靠低時延通信）?；谶@些特點(diǎn)，5G建網(wǎng)將大量采用微基站代替宏基站，如圖1、圖2所示。

有別于4G宏基站的動力環(huán)境監(jiān)控，5G微基站動力環(huán)境監(jiān)控具有監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量密集、監(jiān)控點(diǎn)空間小、監(jiān)控點(diǎn)需要監(jiān)控的設(shè)備數(shù)量小、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸量小等特點(diǎn)，5G和4G基站部署如圖3所示。

因而采用基于IoT（Internet of Thing，物聯(lián)網(wǎng)）架構(gòu)對5G微基站進(jìn)行動力環(huán)境監(jiān)控可充分利用運(yùn)營商現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)鏈資源：成熟、穩(wěn)定的低速GPRS網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT（Narrow Band Internet of Thing，窄帶物聯(lián)網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)，主力打造的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，達(dá)到部署方便、安全可靠、成本低、易于安裝等特點(diǎn)。

1? 架構(gòu)設(shè)計

基于IoT架構(gòu)的5G微基站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用行業(yè)通用的IoT四層架構(gòu)設(shè)計，由智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)和傳感器組成的終端感知、運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)傳輸、運(yùn)營商的IoT平臺、動力環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用平臺等四部分組成，如圖4所示。

1.1? 終端感知層

終端感知層由智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)和微基站開關(guān)電源、溫度、濕度、PM2.5、噪聲、電量計量等動力、環(huán)境傳感器兩部分組成，智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)采集各傳感器的信息，對信息進(jìn)行相關(guān)的智能化運(yùn)算，按一定的規(guī)則匯聚成有效數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層提交到IoT平臺及動力環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用平臺處理。當(dāng)動力環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用平臺對數(shù)據(jù)處理完畢，通過IoT平臺及網(wǎng)絡(luò)傳輸層發(fā)送執(zhí)行命令到智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)，由智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)完成對相關(guān)傳感器的控制參數(shù)調(diào)整或遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.1.1? 傳感器

5G微基站的動力環(huán)境監(jiān)控只提供開關(guān)電源、溫度、濕度、PM2.5、噪聲等動力、環(huán)境傳感器，監(jiān)控數(shù)據(jù)量小，被監(jiān)控設(shè)備少。

1.1.2? 智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)

智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)基于小體積、滿足市政美化要求、重量輕、安裝便利等設(shè)計理念，集成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析處理、數(shù)據(jù)傳輸，以及電量計量功能，并支持GPRS、NB-IoT傳輸方式，該主機(jī)具有成本（單價以及運(yùn)維成本）低、安裝方便、易部署等特點(diǎn)，充分滿足運(yùn)營商5G微基站的動力環(huán)境監(jiān)控要求。智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)的功能如圖5所示。

圖5? 智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)功能框圖

智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)采用模塊化設(shè)計，部署靈活：

電源：220VAC/48VDC可選。

通信方式：GPRS/NB-IoT可選。

智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)可以對告警進(jìn)行擬合、過濾等運(yùn)算，減少數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2? 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

根據(jù)5G微基站監(jiān)控數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)，充分利用運(yùn)營商安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)資源，采用成熟的低速GPRS或更低速的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，高效、穩(wěn)定、安全地實(shí)現(xiàn)上下層數(shù)據(jù)的傳輸。

1.3? IoT平臺層

IoT平臺層連通著底層設(shè)備、企業(yè)業(yè)務(wù)需求、應(yīng)用開發(fā)者和企業(yè)內(nèi)其他IT系統(tǒng)（CRM、ERP等），是IoT架構(gòu)的核心。IoT平臺向下連接終端感知層，向上面向應(yīng)用服務(wù)提供商提供應(yīng)用開發(fā)能力和統(tǒng)一接口，并為各行各業(yè)提供通用的服務(wù)能力，如數(shù)據(jù)路由、數(shù)據(jù)處理與挖掘、仿真與優(yōu)化、業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用整合、通信管理、應(yīng)用開發(fā)、設(shè)備維護(hù)服務(wù)等，IoT平臺有以下四類。

1.3.1? CMP連接管理平臺

CMP一般應(yīng)用于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，保證終端聯(lián)網(wǎng)通道穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)連接配置和故障管理、網(wǎng)絡(luò)資源用量管理、連接資費(fèi)管理、賬單管理、套餐變更、號碼/IP地址/Mac資源管理，更好地幫助移動運(yùn)營商做好物聯(lián)網(wǎng)SIM的管理，運(yùn)營商客戶還可以自主進(jìn)行SIM卡管控，自主查看賬單。

1.3.2? DMP設(shè)備管理平臺

DMP對物聯(lián)網(wǎng)終端發(fā)揮遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)置調(diào)整、軟件升級、系統(tǒng)升級、故障排查、生命周期管理等功能。

1.3.3? BAP業(yè)務(wù)分析平臺

BAP對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘數(shù)據(jù)價值，在平臺和應(yīng)用側(cè)均可部署。

1.3.4? AEP應(yīng)用使能平臺

AEP提供應(yīng)用開發(fā)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲兩大功能的PaaS平臺，架構(gòu)在CMP平臺之上。具體來看，AEP平臺具體功能有提供成套應(yīng)用開發(fā)工具（大部分能提供圖形化開發(fā)工具，甚至不需要開發(fā)者編寫代碼）、中間件、數(shù)據(jù)存儲功能、業(yè)務(wù)邏輯引擎、對接第三方系統(tǒng)API等。

中國移動的OneNET平臺、中國電信的CTWing平臺、中國聯(lián)通的Control Center就屬于AEP中的應(yīng)用使能平臺一類，針對不同運(yùn)營商的5G微基站動力環(huán)境監(jiān)控，智能動力環(huán)境監(jiān)控主機(jī)分別連接對應(yīng)運(yùn)營商的IoT平臺，部署靈活。

（1）中國移動OneNET平臺。OneNET平臺是中國移動的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，也叫通用使能平臺，為物聯(lián)網(wǎng)各類應(yīng)用的開發(fā)/測試/運(yùn)行提供通用服務(wù)的公共平臺，主要價值在于是降低門檻、縮短開發(fā)周期、降低成本和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入。OneNET主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、設(shè)備鑒權(quán)、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、事件驅(qū)動、消息路由等功能。OneNET平臺的架構(gòu)如圖6所示。

（2）中國電信CTWing平臺。CTWing平臺是中國電信的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，也叫通用使能平臺，為物聯(lián)網(wǎng)各類應(yīng)用的開發(fā)、測試、運(yùn)行提供通用服務(wù)的公共平臺，主要價值在于是降低門檻、縮短開發(fā)周期、降低成本和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接入。CTWing主要實(shí)現(xiàn)終端接入、終端管理、應(yīng)用管理、物云融合、數(shù)據(jù)服務(wù)、規(guī)則引擎等功能。CTWing平臺的架構(gòu)如圖7所示。

（3）中國聯(lián)通Control Center平臺。Control Center平臺是中國聯(lián)通的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺。Control Center提供API集成功能、生命周期管理、靈活資費(fèi)計劃、設(shè)備列表功能、網(wǎng)絡(luò)診斷功能、自動化引擎和賬單及報表功能七大功能。Control Center平臺的架構(gòu)如圖8所示。

1.4? 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

應(yīng)用業(yè)務(wù)層的功能是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與終端行業(yè)專業(yè)技術(shù)的深度接觸，完成物體信息的協(xié)同、共享、分析、決策等功能，從而形成智能化應(yīng)用的解決方案。

動力環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用平臺的功能框圖如圖9所示。

2? 系統(tǒng)功能

2.1? 系統(tǒng)管理

動力環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用平臺提供人員的分級分權(quán)管理、賬號管理、權(quán)限配置等功能。

動力環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用平臺對自身運(yùn)維提供監(jiān)控，操作人員可以看到應(yīng)用服務(wù)器的IP地址、CPU占用率、內(nèi)存使用情況等信息，通過應(yīng)用服務(wù)器的自身監(jiān)控，讓用戶清楚知道服務(wù)器的使用情況，為用戶進(jìn)行服務(wù)器資源的分配提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2? 實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)控

對在網(wǎng)的5G微基站分區(qū)管理，對站點(diǎn)的用電量、溫度、濕度、PM2.5、噪聲等動力環(huán)境實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控;對出現(xiàn)告警的相關(guān)站點(diǎn)或區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)告警等級的標(biāo)記，方便用戶進(jìn)行查詢和監(jiān)測重點(diǎn)的局站或重點(diǎn)的實(shí)時信號值。

2.3? 電子地圖

可通過電子地圖對站點(diǎn)的具體位置進(jìn)行查詢，方便代維人員對位置偏遠(yuǎn)的站點(diǎn)進(jìn)行定位，為巡檢路線的規(guī)劃和巡檢方案提供保障。

2.4? 設(shè)備巡視

當(dāng)用戶特別關(guān)注部分設(shè)備的幾個關(guān)鍵信號值的變化狀態(tài)時，用戶可以在設(shè)備巡視中選擇相應(yīng)的巡視區(qū)域，指定相應(yīng)的設(shè)備類型和巡視信號后開啟巡視，列表中的信號會進(jìn)行定時刷新。

通過巡視，可以監(jiān)控到同類型設(shè)備同信號間的實(shí)時數(shù)據(jù)對比，為用戶的設(shè)備監(jiān)控和后期的設(shè)備挑選支持?jǐn)?shù)據(jù)支撐，也方便用戶在眾多信號中鎖定其必要的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。

2.5? 告警管理

系統(tǒng)具備對斷電、高溫、低溫、高濕、用電超額等實(shí)時告警進(jìn)行監(jiān)控和處理的功能，也可對各告警項(xiàng)的閾值進(jìn)行配置。

2.6? 能耗管理

對站點(diǎn)中的電表設(shè)備的電量采集進(jìn)行查詢，通過與多路智能電表設(shè)備的配合，系統(tǒng)可以查詢到站點(diǎn)的準(zhǔn)確用電量，使用戶清晰了解站點(diǎn)內(nèi)的用電結(jié)構(gòu)并判斷其合理性，通過相關(guān)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的用電優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)能增效的目的。

通過微基站聯(lián)動，本系統(tǒng)也提供遠(yuǎn)程關(guān)閉微基站部分模塊或全部模塊電源的功能，以達(dá)到節(jié)能增效的目的。

3? 結(jié)? 論

本系統(tǒng)主要致力于5G微基站的動力環(huán)境監(jiān)控，充分利用運(yùn)營商成熟、穩(wěn)定的低速及窄帶蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，以及主力打造的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，通過采集各個5G微基站的用電情況、周圍環(huán)境溫度、濕度，以及PM2.5和噪聲等，并提供用電、高溫、低溫、高濕、干燥、高噪聲等報警信息，為5G微基站運(yùn)維人員提供實(shí)時監(jiān)控、告警管理，為基站優(yōu)化決策人員提供有效的數(shù)據(jù)參考。

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作者簡介：黃振江（1967.09-），男，漢族，廣東高州人，集團(tuán)研發(fā)體系專家小組通信行業(yè)專家，通信事業(yè)部硬件開發(fā)總監(jiān)，無線電通信工程師，本科，研究方向：智慧城市泛物聯(lián)網(wǎng)場景化產(chǎn)品。