基站能耗管理系統的設計和實現

文/陳蓓蓓

當前的通信基站，能耗管理工作仍是難點。更精準地監測設備用電，及時發現設備異常用電，協調基站內通信設備和基站供電設備、環境設備的部署以平衡整個基站的能耗，達到基站能耗優化，均是本系統需要研究解決的要點。

基站能耗管理系統，在實時采集存儲各電表實際監控負載的數據的基礎上，通過海量數據的統計分析，提供地區、基站、設備、時間區間等不同維度組合的能耗數據橫比、同比、環比和數據統計，以圖表的形式清晰展示數據概覽。通過基礎數據分析計算基站標桿電量，對同類基站中的超標基站進行標記提醒。通過不同基站的標桿選取和對比中，實現基站能耗部署優化方案，最終生成對基站節能減排優化的指導，為能耗的精細化管理建設提供參考依據。

1 基站能耗管理系統的設計

1.1 系統功能需求

1.1.1 能耗監測

要求實時監測各設備的電壓、電流、有功電量等基礎參數，按周期或者分辨率方式存儲這些基礎數據。數據上報及時，歷史數據可查。

要求有異常和故障數據的告警管理，對某一用電數據異常，超過最大最小值，開關量狀態異常時，進行聲、光提示和派單。可自定義設置告警條件和告警等級提醒。

1.1.2 能耗統計

要求對基礎的能耗數據進行統計，統計不同地區、基站、設備按時間區間和類型劃分規則下的數據統計和對比，包括橫比、同比、環比等。統計不同類型基站的用電構成等。

要求有抄表數據的對比分析，基站實際電費的計算，以及對油機發電的燃油費進行估算等功能。

1.1.3 能耗分析

能夠提供系統的標桿站選擇依據，綜合基站的環境、設備類型分布等不同維度，構建標桿站精準選擇體系。

能夠根據一定指標，比如PUE值比對同類型的非標桿站與標桿站的能耗，分析其合理性，若存在不合理用電，進一步分析存在偷電、漏電、長明燈的可能。

能夠對不同節能方案效果進行評估,優化節能措施。

能夠為今后建設基站和設備，提供能耗預估分析。

1.1.4 外部數據導入

能夠將已有的抄表數據直接錄入或導入，當電表中斷采集時能夠導入底端電表存儲的數據，能夠接入第三方的采集數據。

1.2 系統總體架構設計

圖1：功能結構圖

根據當前行業需求，結合實際的基站用電情況，將本能耗管理系統的結構設計為設備層、數據層、服務層、應用層。

設備層：傳統電表需要人工抄表，基站偏僻、距離遠、設備故障難以發現，本系統的底層設備采用智能電表，結合智能采集模塊和通訊網絡來達到遠距離的數據采集和傳輸，一般通過以太網、2M、WCDMA等傳輸。

數據層：數據通過采集和傳輸，存儲在數據庫中。數據庫結構表，一方面存儲基礎數據，即從底端智能電表采集上來的通道原始數據；另一方面存儲分析統計數據，針對不同業務需求，對數據進行預處理，使用戶在檢索時，大大提高檢索效率。

服務層：指實現系統功能所提供的支撐服務，包括數據中心、調度中心、API服務器、前置機、應用調度以及設備調度。數據中心與數據庫進行連接，是整個平臺的數據庫出入口，平臺內部各模塊間采用SOCKET通訊。調度中心是唯一的，確保整個平臺的數據一致（調度中心會定期與各節點服務器進行運行數據核對，比如各節點的負載情況等）。API服務器、前置機等服務模塊，采用了分布式多節點設計，在運行過程中，某一節點的癱瘓或者停止服務都不會對整套平臺造成影響，方便系統日常維護及升級等工作。

應用層：是交付用戶使用的可視化的界面系統，采用B/S結構，用戶可通過主流的瀏覽器訪問系統，功能主要包括了數據配置、系統配置、實時監控、報表查詢以及第三方的數據來源，下文將詳細介紹。

1.3 系統功能模塊設計

根據需求設計不同的功能模塊，每個模塊相互獨立，面向不同的用戶，通過用戶角色、權限來對菜單和操作功能進行控制。功能結構圖如圖1所示。

1.4 數據庫設計

本系統根據不同的數據存儲特點，分別使用關系數據庫SQL Server、MySQL和時序數據庫influxDB。通過PowerDesigner進行數據建模。

2 能耗管理系統的實現

2.1 系統功能模塊的實現

2.1.1 實時監控

在電子地圖上根據基站的經緯度標識所在地圖中的位置，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航。可根據區域層級查詢設備負載截至當前時刻的使用電量，負載相關聯的通道，給出實時及歷史數據的查詢，并給出數據趨勢圖。對有告警的基站、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 報表查詢

此功能是該系統面向用戶的重點功能，可實現實時采集數據的可視化呈現，針對不同地區、基站、設備、時間區間等不同維度組合的能耗數據的統計分析和趨勢判斷、告警監控、節能效果的評估等，以圖表和數據的形式呈現。

其中分兩種呈現模式。

（1）大屏模式，預先設置用戶最需關注的數據，使用grafana工具設計大屏樣式，登錄即時加載所有的圖表，適用于大屏的投屏展示。

（2）數據查詢模式，即報表模式，預先設置報表查詢腳本，用戶通過自定義查詢條件設置后，查詢輸出結果。

報表又分為基礎報表和分析報表兩大類。基礎報表包括實時歷史通道數據查詢、基站電量統計、基站電量橫同環比、基站設備電量統計、基站設備電量明細、基站抄表查詢、日志查詢等。

分析報表包括一些全地區統計報表、標桿站對比及基站節能優化相關報表。如全地區考核數據統計報表、地區考核數據統計報表、基站用電量匯總分析表、異常站點明細報表、基站設備用電比率分布統計報表，包括是否安裝節能設備基站的能耗統計、節能設備運行時間的統計、節能優化前后經濟效益對比、不同節能設備的節能效益對比等。

通過計算通信設備在整個基站總能耗的占比，評估基站設備建設部署的合理性，超標基站對比標桿站的數據，進行優化整改。通過系統的對比分析，可判斷PUE過高的基本原因包括開關電源效率低、空調制冷效率低、空調溫度設置不合理、空調開啟過多、偷電漏電、節能設備設置不合理、節能設備效率低等。

2.1.3 數據配置

數據配置包括區域和基站、設備管理、部門管理、用戶管理、標桿站、局站分類分段、歷史數據導入功能等的配置。其中需要著重介紹的是后三個。

標桿站：為評比基站的運行情況，選出其中一部分運行穩定、合理、節能效益顯著的基站作為其他基站的參照，稱為標桿站。

分類分段：為了能夠更好地比較基站運行的效益，將之分類（如房型結構、基站面積、空調個數、空調容量），在每類中以標桿站為參照進行比較。這種分類的方式稱為分段。

歷史數據導入：主要是導入底端電表中存儲的歷史數據，作為系統或網絡故障時的數據補充。并以數據來源標記區分。

2.1.4 系統配置

系統配置包括權限管理、角色管理、數據庫管理、機構管理。

2.1.5 抄表管理

抄表管理主要用于電力或代維的抄表數據錄入，若已有抄表數據，可直接匹配字段對這些抄表數據進行導入，方便后續的抄表數據和采集數據的對比分析，以及對代維抄表工作的考核。

2.1.6 C接口

當底端數據已由地市監控，更高一級需同時查看數據，或底端數據已由第三方監控，則需通過C接口標準協議獲取通道數據，此時需要對雙方系統的配置數據進行匹配。存儲入庫時，以數據來源標記區分。

以上各功能模塊協作，從數據的配置、底端信息的采集，到這些數據的預處理，到最終的數據呈現及報表查詢，形成了一套完整的基站能耗管理系統。

3 結語

基站能耗管理系統通過對基站能耗數據的采集、統計、分析，既實時監測了基站的底端負載的運行情況，提供了基站量化管理與考核指標，又深入剖析基站房型結構、空調配置、基站面積、節能設備選取等與基站電費成本之間的關系，為今后基站工程建設和基站部署提供參考依據。