基站能耗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

文/陳蓓蓓

當(dāng)前的通信基站，能耗管理工作仍是難點(diǎn)。更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)設(shè)備用電，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常用電，協(xié)調(diào)基站內(nèi)通信設(shè)備和基站供電設(shè)備、環(huán)境設(shè)備的部署以平衡整個(gè)基站的能耗，達(dá)到基站能耗優(yōu)化，均是本系統(tǒng)需要研究解決的要點(diǎn)。

基站能耗管理系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)各電表實(shí)際監(jiān)控負(fù)載的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，提供地區(qū)、基站、設(shè)備、時(shí)間區(qū)間等不同維度組合的能耗數(shù)據(jù)橫比、同比、環(huán)比和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，以圖表的形式清晰展示數(shù)據(jù)概覽。通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析計(jì)算基站標(biāo)桿電量，對(duì)同類基站中的超標(biāo)基站進(jìn)行標(biāo)記提醒。通過不同基站的標(biāo)桿選取和對(duì)比中，實(shí)現(xiàn)基站能耗部署優(yōu)化方案，最終生成對(duì)基站節(jié)能減排優(yōu)化的指導(dǎo)，為能耗的精細(xì)化管理建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 基站能耗管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能需求

1.1.1 能耗監(jiān)測(cè)

要求實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各設(shè)備的電壓、電流、有功電量等基礎(chǔ)參數(shù)，按周期或者分辨率方式存儲(chǔ)這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)上報(bào)及時(shí)，歷史數(shù)據(jù)可查。

要求有異常和故障數(shù)據(jù)的告警管理，對(duì)某一用電數(shù)據(jù)異常，超過最大最小值，開關(guān)量狀態(tài)異常時(shí)，進(jìn)行聲、光提示和派單?？勺远x設(shè)置告警條件和告警等級(jí)提醒。

1.1.2 能耗統(tǒng)計(jì)

要求對(duì)基礎(chǔ)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)不同地區(qū)、基站、設(shè)備按時(shí)間區(qū)間和類型劃分規(guī)則下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和對(duì)比，包括橫比、同比、環(huán)比等。統(tǒng)計(jì)不同類型基站的用電構(gòu)成等。

要求有抄表數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，基站實(shí)際電費(fèi)的計(jì)算，以及對(duì)油機(jī)發(fā)電的燃油費(fèi)進(jìn)行估算等功能。

1.1.3 能耗分析

能夠提供系統(tǒng)的標(biāo)桿站選擇依據(jù)，綜合基站的環(huán)境、設(shè)備類型分布等不同維度，構(gòu)建標(biāo)桿站精準(zhǔn)選擇體系。

能夠根據(jù)一定指標(biāo)，比如PUE值比對(duì)同類型的非標(biāo)桿站與標(biāo)桿站的能耗，分析其合理性，若存在不合理用電，進(jìn)一步分析存在偷電、漏電、長明燈的可能。

能夠?qū)Σ煌?jié)能方案效果進(jìn)行評(píng)估,優(yōu)化節(jié)能措施。

能夠?yàn)榻窈蠼ㄔO(shè)基站和設(shè)備，提供能耗預(yù)估分析。

1.1.4 外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入

能夠?qū)⒁延械某頂?shù)據(jù)直接錄入或?qū)?，?dāng)電表中斷采集時(shí)能夠?qū)氲锥穗姳泶鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)，能夠接入第三方的采集數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1：功能結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)當(dāng)前行業(yè)需求，結(jié)合實(shí)際的基站用電情況，將本能耗管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層。

設(shè)備層：傳統(tǒng)電表需要人工抄表，基站偏僻、距離遠(yuǎn)、設(shè)備故障難以發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)的底層設(shè)備采用智能電表，結(jié)合智能采集模塊和通訊網(wǎng)絡(luò)來達(dá)到遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集和傳輸，一般通過以太網(wǎng)、2M、WCDMA等傳輸。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)通過采集和傳輸，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)表，一方面存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，即從底端智能電表采集上來的通道原始數(shù)據(jù)；另一方面存儲(chǔ)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使用戶在檢索時(shí)，大大提高檢索效率。

服務(wù)層：指實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所提供的支撐服務(wù)，包括數(shù)據(jù)中心、調(diào)度中心、API服務(wù)器、前置機(jī)、應(yīng)用調(diào)度以及設(shè)備調(diào)度。數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，是整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫出入口，平臺(tái)內(nèi)部各模塊間采用SOCKET通訊。調(diào)度中心是唯一的，確保整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)一致（調(diào)度中心會(huì)定期與各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)核對(duì)，比如各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況等）。API服務(wù)器、前置機(jī)等服務(wù)模塊，采用了分布式多節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過程中，某一節(jié)點(diǎn)的癱瘓或者停止服務(wù)都不會(huì)對(duì)整套平臺(tái)造成影響，方便系統(tǒng)日常維護(hù)及升級(jí)等工作。

應(yīng)用層：是交付用戶使用的可視化的界面系統(tǒng)，采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶可通過主流的瀏覽器訪問系統(tǒng)，功能主要包括了數(shù)據(jù)配置、系統(tǒng)配置、實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)表查詢以及第三方的數(shù)據(jù)來源，下文將詳細(xì)介紹。

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)需求設(shè)計(jì)不同的功能模塊，每個(gè)模塊相互獨(dú)立，面向不同的用戶，通過用戶角色、權(quán)限來對(duì)菜單和操作功能進(jìn)行控制。功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)，分別使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Server、MySQL和時(shí)序數(shù)據(jù)庫influxDB。通過PowerDesigner進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。

2 能耗管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能模塊的實(shí)現(xiàn)

2.1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控

在電子地圖上根據(jù)基站的經(jīng)緯度標(biāo)識(shí)所在地圖中的位置，方便用戶查看和定位，并提供上站路線記錄方便下次上線導(dǎo)航?？筛鶕?jù)區(qū)域?qū)蛹?jí)查詢?cè)O(shè)備負(fù)載截至當(dāng)前時(shí)刻的使用電量，負(fù)載相關(guān)聯(lián)的通道，給出實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)的查詢，并給出數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖。對(duì)有告警的基站、故障基站給出聲、光警示。告警管理界面中可查看、派單或處理告警。

2.1.2 報(bào)表查詢

此功能是該系統(tǒng)面向用戶的重點(diǎn)功能，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)，針對(duì)不同地區(qū)、基站、設(shè)備、時(shí)間區(qū)間等不同維度組合的能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和趨勢(shì)判斷、告警監(jiān)控、節(jié)能效果的評(píng)估等，以圖表和數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)。

其中分兩種呈現(xiàn)模式。

（1）大屏模式，預(yù)先設(shè)置用戶最需關(guān)注的數(shù)據(jù)，使用grafana工具設(shè)計(jì)大屏樣式，登錄即時(shí)加載所有的圖表，適用于大屏的投屏展示。

（2）數(shù)據(jù)查詢模式，即報(bào)表模式，預(yù)先設(shè)置報(bào)表查詢腳本，用戶通過自定義查詢條件設(shè)置后，查詢輸出結(jié)果。

報(bào)表又分為基礎(chǔ)報(bào)表和分析報(bào)表兩大類?；A(chǔ)報(bào)表包括實(shí)時(shí)歷史通道數(shù)據(jù)查詢、基站電量統(tǒng)計(jì)、基站電量橫同環(huán)比、基站設(shè)備電量統(tǒng)計(jì)、基站設(shè)備電量明細(xì)、基站抄表查詢、日志查詢等。

分析報(bào)表包括一些全地區(qū)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、標(biāo)桿站對(duì)比及基站節(jié)能優(yōu)化相關(guān)報(bào)表。如全地區(qū)考核數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、地區(qū)考核數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、基站用電量匯總分析表、異常站點(diǎn)明細(xì)報(bào)表、基站設(shè)備用電比率分布統(tǒng)計(jì)報(bào)表，包括是否安裝節(jié)能設(shè)備基站的能耗統(tǒng)計(jì)、節(jié)能設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)、節(jié)能優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比、不同節(jié)能設(shè)備的節(jié)能效益對(duì)比等。

通過計(jì)算通信設(shè)備在整個(gè)基站總能耗的占比，評(píng)估基站設(shè)備建設(shè)部署的合理性，超標(biāo)基站對(duì)比標(biāo)桿站的數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化整改。通過系統(tǒng)的對(duì)比分析，可判斷PUE過高的基本原因包括開關(guān)電源效率低、空調(diào)制冷效率低、空調(diào)溫度設(shè)置不合理、空調(diào)開啟過多、偷電漏電、節(jié)能設(shè)備設(shè)置不合理、節(jié)能設(shè)備效率低等。

2.1.3 數(shù)據(jù)配置

數(shù)據(jù)配置包括區(qū)域和基站、設(shè)備管理、部門管理、用戶管理、標(biāo)桿站、局站分類分段、歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能等的配置。其中需要著重介紹的是后三個(gè)。

標(biāo)桿站：為評(píng)比基站的運(yùn)行情況，選出其中一部分運(yùn)行穩(wěn)定、合理、節(jié)能效益顯著的基站作為其他基站的參照，稱為標(biāo)桿站。

分類分段：為了能夠更好地比較基站運(yùn)行的效益，將之分類（如房型結(jié)構(gòu)、基站面積、空調(diào)個(gè)數(shù)、空調(diào)容量），在每類中以標(biāo)桿站為參照進(jìn)行比較。這種分類的方式稱為分段。

歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入：主要是導(dǎo)入底端電表中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，作為系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)的數(shù)據(jù)補(bǔ)充。并以數(shù)據(jù)來源標(biāo)記區(qū)分。

2.1.4 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置包括權(quán)限管理、角色管理、數(shù)據(jù)庫管理、機(jī)構(gòu)管理。

2.1.5 抄表管理

抄表管理主要用于電力或代維的抄表數(shù)據(jù)錄入，若已有抄表數(shù)據(jù)，可直接匹配字段對(duì)這些抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，方便后續(xù)的抄表數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，以及對(duì)代維抄表工作的考核。

2.1.6 C接口

當(dāng)?shù)锥藬?shù)據(jù)已由地市監(jiān)控，更高一級(jí)需同時(shí)查看數(shù)據(jù)，或底端數(shù)據(jù)已由第三方監(jiān)控，則需通過C接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議獲取通道數(shù)據(jù)，此時(shí)需要對(duì)雙方系統(tǒng)的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。存儲(chǔ)入庫時(shí)，以數(shù)據(jù)來源標(biāo)記區(qū)分。

以上各功能模塊協(xié)作，從數(shù)據(jù)的配置、底端信息的采集，到這些數(shù)據(jù)的預(yù)處理，到最終的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)及報(bào)表查詢，形成了一套完整的基站能耗管理系統(tǒng)。

3 結(jié)語

基站能耗管理系統(tǒng)通過對(duì)基站能耗數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)、分析，既實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了基站的底端負(fù)載的運(yùn)行情況，提供了基站量化管理與考核指標(biāo)，又深入剖析基站房型結(jié)構(gòu)、空調(diào)配置、基站面積、節(jié)能設(shè)備選取等與基站電費(fèi)成本之間的關(guān)系，為今后基站工程建設(shè)和基站部署提供參考依據(jù)。