能耗监控系统在5G基站机房运维的应用

吕祎 黄大巧 潘高军

【摘要】    本文研究了一种能耗监控系统，通过各种物联传感器采集5G基站机房主设备、传输模块、蓄电器、空调等设备的能耗信息参数，同时实现3D真实场景还原和移动APP端对设备能耗的实时监测，极大的方便了运维人员，并保障5G基站机房的安全运行。

【关键词】    能耗监控    5G基站机房

引言：

随着5G网络的建设应用发展，用户的数量与日俱增，承担5G网络业务的机房能源消耗比起以往通信网络系统要大很多，基站机房里面的主设备、传输模块、蓄电器、空调等耗能设备数量多，结构复杂，如果相关设备发生故障，将会整个5G网络系统的可靠性运行构成威胁，对5G基站机房里面的核心主设备会造成严重的后果，对通信网络整体运行造成巨大的损失。现阶段，5G建设如火如荼，5G能耗也是比其他制式系统要大得多，但是5G通信机房的能耗监控通常为为无人值守或者半值守状态，常常需要运营商或者代维公司按不同的时间周期派人巡检机房设备的能耗指标;基站能耗的维护难度增大，人员成本也在不断增加。一旦机房内的设备出现运行故障，如温度过高，能耗指标瞬间跳越值等不易被及时发现的问题，会引起火灾或者带来更大的经济损失。针对这一5G能耗监控的缺陷，本文设计了一套能够实时对5G机房设备能耗监控的系统，保障5G基站机房的安全。

一、能耗管控系统设计

1.1系统总体架构

利用物联网、3D视觉渲染效果技术，将5G机房的资源进行统一梳理，并且结合物联设备，将机房的各类能耗设备资源在后台3D渲染展示，通过后台面板或者终端进行业务应用和能耗指标分析，在系统数据库进行相关的数据处理后，并通过PC，手机APP等相关展示端进行展示，设计架构采用三层架构：数据采集层，传输处理层，监控应用层。数据采集层是在设备中设置多种传感器，如：温度、湿度、空调和电池等传感设备。通过这些传感设备将能耗数据进行采集，在通过集控器将环境信息和设备状态参数的采集与上传，遇到相關非正常指标通过继电器进行临时控制能耗输出，最后节点通信将相关信息数据和控制内容通过网关上传服务器。传输处理层是通过网关与服务器进行联系，并将数据采集层的数据上传至服务器的数据库中，监控应用层对相关数据进行处理监控，数据分析展示并实现机房设备操作控制。拓扑结构如图1所示。

1.2系统功能特点

该系统点高，注重能耗监控技术与5G运维业务相结合，产品上下结合，既有满足5G运维需要的软件，又有满足各级运营商单位需要的5G工程建设与工程质量数据信息资源，为5G机房能耗提供管理服务，为通信运营商的5G网络机房提供安全保障。

1.3主要功能设计

能耗管控系统提供以下主要功能。

1.3.1机房三维可视化功能

在系统通过3D渲染和定位测量技术，将机房特定位置的机柜、主设备、空调、电池等相关设备资源在后台端进行虚拟展示，同时可以结合机房环境进行360度全景展示;采用后端透视技术进行虚拟漫游及设备巡检。具体功能：

1.场景建模：显示机房场景，构建机房环境，机房里面展示各种设备，如主设备，机柜，空调，电池等能耗设备。

2.主设备部件建模和展示：能够通过三维视图，方便、清晰地展示机柜、设备的实景情况。包含机柜、主设备等，以及机房的附属设施。

3.通过点选相关设备，在设备虚拟的位置，在相关的位置上方显示相关设备能耗详细的参数及实时指标。如：设备尺寸大小、即时温度、即时湿度、阶段电量、当前负载等5G设备参数及能耗指标。

4.基本浏览模式：分为透视和不透视两种方式。

5.系统具有较强的扩展性和鲁棒性，在不同系统间进行接口对接，如动力系统，环境系统，运维系统及路测系统，实现系统对接和并行联网授权控制。

1.3.2机房能耗运行状态监控

1.能耗状态监控：在各种设备里面设置传感器，通过传感采集就可以将能耗状态数据引入，主要对能耗的基础数据和设备参数采集，如主设备的即时电压、即时电流、即时频率、即时功率指标;还包含设备尺寸、位置等工程参数;同时对集控器对相关设备继电器进行工作状态监控;通过这些数据上传，可以对设备的状况进行监控，如阶段温度、阶段湿度、阶段电量、阶段负载等。通过这些监控让5G基站的管理和网络优化维保部门能够实时的掌握基站能耗情况和定位相关设备的故障问题，及时给出相关的解决方案，保障5G机房设备的安全。

2.能耗报警：系统通过高度集成的指标分析模块对主设备超高温度、传输能耗等硬件的关键运行参数，以及机房能耗、故障等的运行状况，对系统日志进行分类扫描评估。通过数据采集和分析，系统能够及时对影响基站能耗性能的故障事件发送报警，并采取相应的故障处理措施，保证5G基站的正常安全运行。

3.安防系统：设置传感器红外传感器和红外雷达传感器，不同温度和未经允许的外来者进行实时监控，如果出现可以的设备移动或者有相关的温度的物体动作，红外雷达或者传感器将输出告警信息到后台服务器，后台服务器进行分析判断，将结果上报给APP端或者值班人员，并进行日志记录。

4.事件处理：密切监控5G各个机房的耗电走势、阶段指标走势、影响基站安全的异常事件发生情况走势;同时，能够实时密切关注运行状况能耗欠佳的问题、发生了恶劣故障的机房，并作出告警提示。同时根据图2的报警等级，对低级别的事件（中级或者低级时间），通过APP自动发送事件信息通知相关的领导和处理工程师，并保留相关事件处理响应的记录和处理结果。对于高级别的事件，可能对5G机房产生重大影响或者后果严重的，根据相关设备的事件内容，及时通知相关的领导和处理工程师之外，还在决策阶段只能匹配应急方案对相关事件进行应急调度和处理。

4.事件日志：根据处理结果，进行事件归档，对一些延期或者在一定事件里面没有处理的时间进行日志提醒，综合成“日志数据库”，为后面的机房能耗分析或者事件处理提供决策支持。

1.4功能实现

机房能耗管控系统由前端感知监测系统和后端展示处理系统，采用B/S架构，实现 “感知-传输-处理”的一体化处理;在业务架构采用J2EE体系开发，这样可以实现高速数据流的传输，同时采用支持Tomcat等主流应用服务器。CCD摄像机固定在相关机房的顶端，来获取真实场景数据;结合GIS技术和3D图形软件接口标准进行三维建模，通过点、线、三角形建立物体模型并对模型进行数学描述，设置视点观察系统绘制成三维图形开发模型库，这样，让使用者方便地在地图上提取位置特征，并在屏幕上进行设备参数信息的添加、修改。

1. PC端界面。通过场景渲染技术，构造了机房3D布局场景，通过直观的展示，可以将机房内的所有设备能耗分布真实的展示出来，这样管理员或者后台业务操作人员能够准确快速的判断通信机房的能耗情况，在出现故障的时候，也能快速生动的找到故障点的位置，在PC端可以快速的响应故障，为应急调度和紧急处理提供支持，机房3D渲染效果如图2所示。

2.手机APP。在系统的响应侧，通过互联网，连接着手机终端APP，参与5G机房维保的人员可以随时随地查看机房能耗的状态，并提醒预处理的机房故障和历史告警数据，也可以通过APP应用链接，可以查看歷史日志，告警规律等相关信息，同时对于一些偏要的郊区，山区无法及时处理的机房进行远程控制操作，这样可以方便维保人员有序的处理5G机房故障。

二、结束语

对比于其它能耗监控系统方案，本系统解决方案有以下几个优点：1.通过设备传感物联，实现了5G机房的能耗信息的收集，也将各个设备的能耗数据统一在一个系统，解决了数据孤岛问题。同时可以通过机房设备的能耗数据整理、更新、共享和分析，为运营商提供在5G网络规划的能源方面的决策依据。2.实现5G机房3D真实场景还原和移动APP端对设备能耗的实时监测，生动的反映了基站能耗的状况，为维保人员和相关运维人员解决机房能耗故障提供了提供全方位的辅助服务。3.通过收集能耗数据，及时有效的监测机房，确保在正常的温湿度下运行，还可以对这些指标进行大数据分析关联，通过规律预警，减少设备故障、停站等事故，保障5G基站机房的安全运行。

参  考  文  献

[1]齐国富.浅谈动环监控系统在通信机房中的监测与预警作用[J].信息系统工程，2011（10）：85-86.

[2]李凤丹.移动基站能耗监控系统设计[J].现代建筑电气， 2018，9（03）：51-54.10.16618/j.cnki.1674-8417.2018.03.013.