基于IoT架构的5G微基站动力环境监控系统

摘  要：本系统主要致力于5G微基站的动力环境监控，充分利用運营商成熟、稳定的低速及窄带蜂窝移动通信网络，以及主力打造的物联网（IoT）开放平台，通过采集各个5G微基站的用电情况、周围环境温度、湿度，以及PM2.5和噪声等，并提供用电、高温、低温、高湿、干燥、高噪声等报警信息，为5G微基站运维人员提供实时监控、告警管理，为基站优化决策人员提供有效的数据参考。

关键词：NB-IoT;5G;动力环境监控

中图分类号：TN929.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）09-0053-05

0  引  言

5G是通信技术领域的一次巨大变革，将实现由4G移动互联网时代跨向万物互联的物联网时代。1G～4G都是着眼于人与人之间更方便快捷的通信，而5G将实现人与人、物与物、人与物之间的随时随地，万物互联。

5G是第五代通信技术，主要特点是波长为毫米级的高频段、eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）、uRLLC（高可靠低时延通信）。基于这些特点，5G建网将大量采用微基站代替宏基站，如图1、图2所示。

有别于4G宏基站的动力环境监控，5G微基站动力环境监控具有监控点数量密集、监控点空间小、监控点需要监控的设备数量小、监控点数据传输量小等特点，5G和4G基站部署如图3所示。

因而采用基于IoT（Internet of Thing，物联网）架构对5G微基站进行动力环境监控可充分利用运营商现有物联网生态链资源：成熟、稳定的低速GPRS网络和NB-IoT（Narrow Band Internet of Thing，窄带物联网）网络，主力打造的物联网开放平台，达到部署方便、安全可靠、成本低、易于安装等特点。

1  架构设计

基于IoT架构的5G微基站动力环境监控系统采用行业通用的IoT四层架构设计，由智能动力环境监控主机和传感器组成的终端感知、运营商的网络传输、运营商的IoT平台、动力环境监控应用平台等四部分组成，如图4所示。

1.1  终端感知层

终端感知层由智能动力环境监控主机和微基站开关电源、温度、湿度、PM2.5、噪声、电量计量等动力、环境传感器两部分组成，智能动力环境监控主机采集各传感器的信息，对信息进行相关的智能化运算，按一定的规则汇聚成有效数据，通过网络传输层提交到IoT平台及动力环境监控应用平台处理。当动力环境监控应用平台对数据处理完毕，通过IoT平台及网络传输层发送执行命令到智能动力环境监控主机，由智能动力环境监控主机完成对相关传感器的控制参数调整或远程监控。

1.1.1  传感器

5G微基站的动力环境监控只提供开关电源、温度、湿度、PM2.5、噪声等动力、环境传感器，监控数据量小，被监控设备少。

1.1.2  智能动力环境监控主机

智能动力环境监控主机基于小体积、满足市政美化要求、重量轻、安装便利等设计理念，集成了数据采集、数据解析处理、数据传输，以及电量计量功能，并支持GPRS、NB-IoT传输方式，该主机具有成本（单价以及运维成本）低、安装方便、易部署等特点，充分满足运营商5G微基站的动力环境监控要求。智能动力环境监控主机的功能如图5所示。

图5  智能动力环境监控主机功能框图

智能动力环境监控主机采用模块化设计，部署灵活：

电源：220VAC/48VDC可选。

通信方式：GPRS/NB-IoT可选。

智能动力环境监控主机可以对告警进行拟合、过滤等运算，减少数据的传输。

1.2  网络传输层

根据5G微基站监控数据量小的特点，充分利用运营商安全、稳定的网络资源，采用成熟的低速GPRS或更低速的NB-IoT网络，高效、稳定、安全地实现上下层数据的传输。

1.3  IoT平台层

IoT平台层连通着底层设备、企业业务需求、应用开发者和企业内其他IT系统（CRM、ERP等），是IoT架构的核心。IoT平台向下连接终端感知层，向上面向应用服务提供商提供应用开发能力和统一接口，并为各行各业提供通用的服务能力，如数据路由、数据处理与挖掘、仿真与优化、业务流程和应用整合、通信管理、应用开发、设备维护服务等，IoT平台有以下四类。

1.3.1  CMP连接管理平台

CMP一般应用于运营商网络，保证终端联网通道稳定、实现对物联网连接配置和故障管理、网络资源用量管理、连接资费管理、账单管理、套餐变更、号码/IP地址/Mac资源管理，更好地帮助移动运营商做好物联网SIM的管理，运营商客户还可以自主进行SIM卡管控，自主查看账单。

1.3.2  DMP设备管理平台

DMP对物联网终端发挥远程监控、设置调整、软件升级、系统升级、故障排查、生命周期管理等功能。

1.3.3  BAP业务分析平台

BAP对数据进行分析，挖掘数据价值，在平台和应用侧均可部署。

1.3.4  AEP应用使能平台

AEP提供应用开发和统一数据存储两大功能的PaaS平台，架构在CMP平台之上。具体来看，AEP平台具体功能有提供成套应用开发工具（大部分能提供图形化开发工具，甚至不需要开发者编写代码）、中间件、数据存储功能、业务逻辑引擎、对接第三方系统API等。

中国移动的OneNET平台、中国电信的CTWing平台、中国联通的Control Center就属于AEP中的应用使能平台一类，针对不同运营商的5G微基站动力环境监控，智能动力环境监控主机分别连接对应运营商的IoT平台，部署灵活。

（1）中国移动OneNET平台。OneNET平台是中国移動的物联网开放平台，也叫通用使能平台，为物联网各类应用的开发/测试/运行提供通用服务的公共平台，主要价值在于是降低门槛、缩短开发周期、降低成本和异构网络设备的接入。OneNET主要实现设备管理、设备鉴权、协议适配、数据处理、数据存储、事件驱动、消息路由等功能。OneNET平台的架构如图6所示。

（2）中国电信CTWing平台。CTWing平台是中国电信的物联网开放平台，也叫通用使能平台，为物联网各类应用的开发、测试、运行提供通用服务的公共平台，主要价值在于是降低门槛、缩短开发周期、降低成本和异构网络设备的接入。CTWing主要实现终端接入、终端管理、应用管理、物云融合、数据服务、规则引擎等功能。CTWing平台的架构如图7所示。

（3）中国联通Control Center平台。Control Center平台是中国联通的物联网开放平台。Control Center提供API集成功能、生命周期管理、灵活资费计划、设备列表功能、网络诊断功能、自动化引擎和账单及报表功能七大功能。Control Center平台的架构如图8所示。

1.4  业务应用层

应用业务层的功能是实现物联网信息技术与终端行业专业技术的深度接触，完成物体信息的协同、共享、分析、决策等功能，从而形成智能化应用的解决方案。

动力环境监控应用平台的功能框图如图9所示。

2  系统功能

2.1  系统管理

动力环境监控应用平台提供人员的分级分权管理、账号管理、权限配置等功能。

动力环境监控应用平台对自身运维提供监控，操作人员可以看到应用服务器的IP地址、CPU占用率、内存使用情况等信息，通过应用服务器的自身监控，让用户清楚知道服务器的使用情况，为用户进行服务器资源的分配提供了数据依据。

2.2  实时数据监控

对在网的5G微基站分区管理，对站点的用电量、温度、湿度、PM2.5、噪声等动力环境实时数据进行监控;对出现告警的相关站点或区域进行相应告警等级的标记，方便用户进行查询和监测重点的局站或重点的实时信号值。

2.3  电子地图

可通过电子地图对站点的具体位置进行查询，方便代维人员对位置偏远的站点进行定位，为巡检路线的规划和巡检方案提供保障。

2.4  设备巡视

当用户特别关注部分设备的几个关键信号值的变化状态时，用户可以在设备巡视中选择相应的巡视区域，指定相应的设备类型和巡视信号后开启巡视，列表中的信号会进行定时刷新。

通过巡视，可以监控到同类型设备同信号间的实时数据对比，为用户的设备监控和后期的设备挑选支持数据支撑，也方便用户在众多信号中锁定其必要的内容进行实时的监控。

2.5  告警管理

系统具备对断电、高温、低温、高湿、用电超额等实时告警进行监控和处理的功能，也可对各告警项的阈值进行配置。

2.6  能耗管理

对站点中的电表设备的电量采集进行查询，通过与多路智能电表设备的配合，系统可以查询到站点的准确用电量，使用户清晰了解站点内的用电结构并判断其合理性，通过相关的参考数据进行后续的用电优化，以达到节能增效的目的。

通过微基站联动，本系统也提供远程关闭微基站部分模块或全部模块电源的功能，以达到节能增效的目的。

3  结  论

本系统主要致力于5G微基站的动力环境监控，充分利用运营商成熟、稳定的低速及窄带蜂窝移动通信网络，以及主力打造的物联网开放平台，通过采集各个5G微基站的用电情况、周围环境温度、湿度，以及PM2.5和噪声等，并提供用电、高温、低温、高湿、干燥、高噪声等报警信息，为5G微基站运维人员提供实时监控、告警管理，为基站优化决策人员提供有效的数据参考。

参考文献：

[1] [瑞典]Afif Osseiran，[西]Jose，F.，Monserrat，[德]Patrick

Marsch著.5G移动无线通信技术 [M].陈明，缪庆育，刘愔，译.北京：人民邮电出版社，2017.

[2] 郎为民.大话物联网 [M].北京：人民邮电出版社，2011.

[3] 解运洲.NB-IoT技术详解与行业应用 [M].北京：科学出版社，2017.

[4] YD/T 1363.1-2014，通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统 第1部分：系统技术要求 [S].北京：中华人民共和国工业和信息化部，2014.

[5] YD/T 1363.2-2014，通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统 第2部分：互联协议 [S].北京：中华人民共和国工业和信息化部，2014.

[6] YD/T 1363.3-2014，通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统 第3部分：前端智能设备协议 [S].北京：中华人民共和国工业和信息化部，2014.

作者简介：黄振江（1967.09-），男，汉族，广东高州人，集团研发体系专家小组通信行业专家，通信事业部硬件开发总监，无线电通信工程师，本科，研究方向：智慧城市泛物联网场景化产品。