（电子科学与技术专业论文）移动基站节能监控系统研究与设计.pdf

硕f 。学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e m a n d so fc o m m u n i c a t i o ni n c r e a s i n ga n dn u m b e r so fb a s es t a t i o n s g r o w i n g ，t h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n tc a nw o r kn o r m a l l ya tp r o p e rt e m p e r a t u r ei nt h e g u a r d l e s sb a s es t a t i o n s ，s o t h e r ea r e1 2a i rc o n d i t i o n i n g st ok e e pt e m p e r a t u r e b e c a u s et h e r ei sn oi n t e l l i g e n te n e r g y - s a v i n ge q u i p m e n t ，t h ea i rc o n d i t i o n i n g sm u s t w o r ka l ld a y sw h e t h e rw i n t e ro rl o wt e m p e r a t u r e ，t h e nal a r g en u m b e ro fe n e r g yi s w a s t e d ，a n dt h ea i rc o n d i t i o n i n gp o w e rc o n s u m p t i o na c c o u n t sf o r6 0 o ft h eb a s e s t a t i o n p o w e rc o n s u m p t i o n t h e w o r k e r s c o n f i g u r e t h e t e m p e r a t u r e w i t h e x p e r i e n c e ，a n d t h e r ei sn od a t a r e c o r d s ，t i m e - c o n s u m i n g a n dl a b o r i o u s ，h a r d w o r k ；w h e nt h e r ei ss o m e t h i n gw r o n gw i t he q u i p m e n t ，w ec a nn o tm a k et h ej u d g e m e n t a n dd e c i s i o nt i m e l ya n da c c u r a t e l yb e c a u s eo fn om o n i t o r i n gs y s t e m i th a sg r e a t l y p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei nc o n t r o l i n ga i rc o n d i t i o n i n ga n dm o n i t o r i n ge n v i r o n m e n t t h r o u g ht h et h e o r ya n dp r a c t i c e i nb a s es t a t i o ne n e r g y s a v i n gf i e l d ，t h ev e r y i m p o r t a n tt h i n gi s h o wt or e d u c et h ea i rc o n d i t i o n i n gp o w e rc o n s u m p t i o n a i r c o o l t h e o r y ：i tu s e sc o l da i ro u t s i d et or e p l a c ea i rc o n d i t i o n i n gf o rc o o l i n g c o n t r o ls y s t e m i d e n t i f i e sa n dj u d g e st h et e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ye n v i r o n m e n ti n s i d ea n do u t s i d ei n t h eb a s es t a t i o n s a c c o r d i n gt oj u d g e m e n t ，i tc o n t r o l st h ea i rc o n d i t i o n i n g sa n da i r b l o w e r st os t a r ta n ds t o p ，t h e nw ec a nr e a c ht h ee n e r g y s a v i n g t h i st h e o r yi st h en e w e n e r g y - s a v i n gt h e o r yf o rt h eb a s es t a t i o n s t h ec o l l e c t i o na n dc o n t r o le n e r g y - s a v i n gt e r m i n a l ，g p r sm o d u l e s ，d a t a a c q u i s i t i o ns e r v e r ，d a t a b a s es e r v e ra n dw e bs i t e s e r v e rm a k eu pt h ee n e r g y s a v i n g m o n i t o r i n gs y s t e m t h ec o l le c t i o na n dc o n t r o le n e r g y - s a v i n gt e r m i n a lc a nc o l le c td a t a ， a n a l y s e ，c o n t r o la n dd i s p l a y i ts e n d st h ep a c k a g e dd a t at h r o u g ht h eg p r sm o d u l et o t h ed a t aa c q u i s i t i o ns e r v e rb yt h es e tm e t h o d d a t aa c q u i s i t i o ns e r v e ri sr e s p o n s i b l ef o r c o m m u n i c a t i o n s ，s t o r a g ea n dr e a l t i m ed i s p l a y w e bs i t es e r v e rg e n e r a t e st h ed y n a m i c p a g e sf o rw o r k e r so fm o n i t o r i n gc o n t r o lc e n t e rt oc o n t r o l ，q u e r y , a c c e s s ，s t o r a g ea n d p r i n t i n ga n ds oo nt h r o u g hi n t e r n e t t h i sp r o j e c tu s e sc ，c + + ，t s q l ，a t ，j a v al a n g u a g e s ，a n di t u s e ss e n s o r s ， m u l t i c o r ee m b e d d e d ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o n ，s e r v e r ，i n t e r n e ta n dan u m b e ro f a d v a n c e dt e c h n o l o g i e s i tr e a l i z e sm u l t i - p o i n t ，r e m o t e ，r e a l - t i m ed a t ao fp r e c i s i o n m e a s u r e m e n t ，t r a n s m i s s i o na n dt r e a t m e n t s y s t e mu s e st h ec u r r e n tm a i n s t r e a md e v e l o p m e n tp l a t f o r ma n dd a t ae x c h a n g e ，a n di ti s r a t i o n a ls t r u c t u r e ，as i g n i f i c a n te n e r g y s a v i n ge f f e c t ，r e l i a b i l i t y , e a s ym a i n t e n a n c e ， u l h i g hp e r f o r m a n c ec o s tr a t i oa n ds oo n ，s oi t c a nb es a t i s f i e df o ra c t u a ld e m a n df o r c o m m u n i c a t i o nc o m p a n i e s b ya c t u a lt e s t ss h o wt h a tt h es y s t e ms t a b i l i t y ，d a t a e x c h a n g eh i g he f f i c i e n c y , f a s tr e s p o n s e a f t e rt h ec o m p l e t i o no fs y s t e md e v e l o p m e n t ， i tc a ni m p r o v et h em o b i l ec o m p a n y sm a n a g e m e n tl e v e la n dl o w e rc o s t s ，g r e a t l y i m p r o v et h e i rc o m p e t i t i v e n e s sa n dt h u sg e n e r a t ec o n s i d e r a b l ee c o n o m i cb e n e f i t s k e yw o r d s - m o b i l eb a s es t a t i o n ；e n e r g y s a v i n gm o n i t o r ；a i r c o o lt h e o r y ；g p r s ；d a t a s e r v e r i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：i 刁 胡 醐：1 ”肿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： l 刁烈日期：砷年5 月；，日 醐：7 钆川汨 硕l j 学位论文 第1 章绪论 1 1 选题背景和意义 能源问题是限制经济发展的主要问题，在国家“十一五 发展纲要中特别强 调指出能源问题的紧迫性，提出了要把节约能源作为基本国策，并将能源小号指 标作为“十一五 规划目标中最重要的约束性指标之一。作为通信运营商，中国 移动公司也提出了自己的节能减排目标，中国移动公司近期目标是在2 0 1 0 年单位 业务量能耗较2 0 0 5 年下降2 0 。 近年来，全国通信网络规模和用户规模不断扩大，通信企业设备运行的耗电 量已经成为不断增加的重要成本。在众多的用电成本支出中，空调用电费用占有 相当大的比例。据调查，在数量众多的基站、接入网站、模块局中，空调用电量 基本上占该基站或模块局用电量的6 0 左右。因此，如何降低空调用电的开支， 成为通信企业迫切需要研究的重要课题。 随着我国移动通信以及3 g 技术的快速发展，通信电源和空调设备的规模将越 来越大，消耗的电能也是一个庞大的数目。通信电源作为通信运营商运行维护的 “心脏”，在节能降耗方面具有很大的潜力。电费作为最后一项未被控制的成本， 在节能方面更具有紧迫性。 近几年来，随着移动通信业务的迅猛发展，移动通信基站的建设数量也与日 俱增。尤其是随着第三代移动通信网建设的启动，电信运营商对于降低基站综合 建设和运行维护成本的要求也更加迫切。移动通信市场的不断发展以及将来整体 业务发展的需要，使通信机房的数量急剧增加，对通信设备的维护管理和对基站 的安防监控提出了越来越高的要求。在运营维护的人力资源和效率方面，这些不 断增加的通讯基站、不断提升的服务要求使移动通信运营商的运营维护力量薄弱 和工作量大的矛盾日益突出。如何把维护人员从繁琐的维护工作中解脱出来，提 高劳动生产率，降低设备运行维护成本，提高设备的可靠性和经济性，这些问题 都必然的要求我们对通信系统中所有基站的设备和环境进行科学的计算机化的监 视、控制和管理。 为保证移动通信网的正常运行，必须保证通讯基站内通讯设备在安全、稳定、 可靠的环境里运行。随着网络规模的不断扩大，传统的以人工巡检的方式对分布 越来越广的基站进行监控，已经无法满足及时发现和处理基站故障的需要，这就 要求使用先进的基站机房自动监控系统，做到机房无人值守，既可以对内部设备 和环境实现自动监控，也可以进行远程管理，为基站设备提供一个稳定可靠的工 作环境。 我国幅员辽阔，东部南部经济发达地区人口稠密，移动通信网络容量大，建 设密集；中部西部地区人口稀少，地形复杂，移动通信网络分布广，位置偏远。 不同的实际需要客观上都加大了目前移动通信网络的建设投资；加之该网络建设 时间早，遗留下了较多计划经济因素，因此各电信运营商都肩负着巨大的人力资 源和设备维护成本。同时，移动通信网络事关国计民生，与国家安全、经济建设 和人民i ：d 常生活的联系日益密切，息息相关，任何微小的基站故障都可能导致大 片区域信号异常，大量数据延时甚至丢失，甚至造成无法挽回的损失。 所以说，一套优良的机房监控系统是机房硬件环境系统建设的有利补充，对 保障内部通信设备的正常运行十分必要，能够节约国家投资，保证正常的社会经 济生活加强电信运营商的综合竞争能力。 “十一五”期间，是我国为实现电信电子强国目标奠定坚实基础的关键时期。 据信息产业部2 0 0 7 年全国通信业发展统计公报资料统计，全国电话用户新增 8 3 8 91 万户，总数突破9 亿户，达至1 j 9 1 2 7 3 4 万户。移动电话用户在电话用户总数中 所占的比重达到6 00 ，移动电话用户与固定电话用户的差距拉大到1 8 1 8 3 擂万户。 2 0 0 7 年，全国移动电话用户新增8 6 2 2 8 万户，达到5 4 7 2 8 6 万户。2 0 0 7 年是移动电 话用户增长最多的一年，其中1 0 月份新增移动电话用户8 1 3 2 万户，刷新单月增长 纪录。移动电话普及率达到4 1 6 部百人【2 4 4 。如图11 所示。 图1 】2 0 0 3 - 2 0 0 7 年移动电话用户所占比重 我国移动通信网络总规模目前已经稳居世界首位。另外，宽带接入业务和数 据通信业务也增势强劲。 无人值守移动基站监控系统可以对机房内各种设备和机房环境信息进行采 集，然后统一发送到监控中心，便于实现对机房各种信息的统一管理，避免原有 设备之间各自独立、不能有机结合的缺点。而且该系统还可以对采集到的信息进 行分析处理，进行故障检测，发现故障则及时报警，利于及时发现并排除故障。 这样可以使机房做到无人值守、远程监控，在移动通信基站建设数量与日俱增的 硕 。学位论文 情况下既提高了维护效率又可以降低维护成本。 无人值守移动基站机房监控系统，不仅适用于移动通信网基站机房，同样也 可以用于固话和网络通信基站，在地域分布广泛的长途电话、信令、主干光缆或 电缆、卫星信号的中继站、交换局和交换站等都有很大的应用市场。 1 2 移动通信基站动力环境监控系统的历史与现状 我国的通信电源集中监控技术的研究工作始于8 0 年代末，1 9 9 2 年由邮电部设 计院和广州市电信局合作研究试验成功的广州长途枢纽楼通信集中监控系统是我 国第一个通信电源集中监控系统。l9 9 6 年邮电部颁布的通信电源和空调集中监 控系统技术( 暂行规定) 中明确指出通信局( 站) 电源系统要实现集中监控，逐步 实现少人值班和无人值班，并把集中监控列为通信电源系统的一个必不可少的部 分，这一规定引起了各级邮电部门的高度重视，并出现了国内外计算机工程公司、 生产设备厂家、高等院校和研究院所等相关专业、计算机集中监控系统专业厂商 以及邮电部门自身带头参与系统开发的局面。到目前为止，国内己涌出了中兴通 讯、华为、中达一斯米克、亚奥、武汉洲际、泰州德峰、杭州通恒等大大小小2 0 多家公司分别研制出了相应的产品并投入运行。2 0 0 5 年，信息产业部发布了通 信局( 站) 电源空调及环境集中监控管理系统 y d tl3 6 3 2 0 0 5 】，该标准总结了 近1 0 年来的建设和应用经验，对原暂行规定进行了增加和修订，内容更丰富，要 求更明确1 2 j 。 目前的通信设备的监控系统大多是采用综合监控，其可靠性和智能化程度都 很高，在正常运行过程中，无需人为干预。而且很多研究人员在监控系统中引入 神经网络、模糊控制等现代控制技术以增强其预告警的准确性和可靠性。 1 3 监控系统的功能结构 根据通信局( 站) 电源空调及环境集中监控管理系统 y d t1 3 6 3 - 2 0 0 5 中的规定，集中监控管理系统的功能即是对监控范围内分布的各个独立的监控对 象进行遥测、遥信，实时监视系统和设备的运行状态，记录和处理相关数据，及 时侦测故障，并做必要的遥控操作，适时通知人员处理，按照上级监控系统或网 管中心的要求提供相应的数据和报表，从而实现通信局( 站) 的少人或无人值守， 以及电源、空调的集中监控维护管理，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全 性。 监控系统采用逐级汇接的结构，一般由监控中心、区域监控中心和现场监控 单元构成，系统结构如图1 2 所示。 移动幕站节能慨控系统州f 究j 设计 图1 2 监控系统结构 现场监控单元是监控网络中最基本的元素，它负责监控对象的各种信息的采 集和上级控制命令的下达。接收来自监控对象和智能设备的监测数据和告警信息， 经过处理和综合后，按系统通信协议的要求向区域监控中心传送数据；接收来自 各级监控中心的命令，以便各级监控中心实施对这些局站的监控。 区域监控中心通过通信网络收集、处理下属各通信基站监控单元送来的信息， 将处理后的信息上送监控中心，同时监控所属区域基站动力设备的运行情况。 监控中心是本地网动力环境系统的最高级，作为整个系统的神经中枢，它不 仅直接监控处理整个本地动力设备的运行，而且还要对监控数据做大量的统计、 分析和管理工作，为决策提供依据。 根据各地实际情况( 维护组织设置、通信网规模和结构) 的不同，动力环境 监控系统的结构有所不同，可采用二级、三级或多级结构。 1 4 目前监控系统存在的主要问题 基站机房监控系统技术方兴未艾，新思想新技术层出不穷，但是我们也应该 看到，在目前发展的过程中，己经暴露出很多问题。 监控系统的可靠性应高于被监控设备，即监控系统的采用不应影响被监控设 备的正常工作，这是最明显和最基本的要求。但是在很多情况下，监控系统反而 成为了负面因素，一些设备在监控之前是好的，纳入监控系统后反而工作不正常， 严重的甚至发生损坏；更多监控系统根本不能达到“1 0 万小时m t b f 的要求。 我国已经提出了在“十一五”期间建设节约型社会的目标。但是目前监控系 统自身电源功耗过高，例如控制机房温度的空调机一般设定好参数后就常年开启， 虽然能够达到温度控制要求，但是却造成了巨大的无谓耗电量；此外也是空调 m t b f 指标不高的重要原因。 任何系统不可能自始至终停滞在建成时的状态，监控系统的主要功能是代替 人进行机房管理和维护，但是其自身也需要进行不断的维护、扩充和升级。很多 硕f 学位论文 系统自从设计之日开始，就没有按照工程规范要求进行实施；诊断和组态等基本 功能不完善，或是配置繁琐；文档更是不健全，这些都给今后的维护造成了巨大 的困难。 作为计算机技术的一次应用，目前的监控系统尚没有将自诊断、自分析、预 报警、数据统计和处理等智能化的重要优势发挥出来。利用计算机技术协助维护 人员做出正确的决定，或者直接管理设备改善运行质量，提高维护水平，目前这 些都尚未达到令人满意的水平。 成本控制永远是商业运营的主题，虽然计算机技术按照m o o r e 定律飞速发展， 但是监控系统的整体成本仍然没有得到很好的控制。一方面我们需要采用模块化 的设计思想，提高系统的可重用性，但是另一方面过于分散的模块结构也会使成 本难以控制，因此需要在“专用”和“通用”，两个方向找到一个合理的平衡点。 如何进一步提升开发、生产的规范化，充分利用既有资源避免重复投资，都是值 得继续研究的课题。 1 5 主要研究内容和工作 随着我国经济的快速发展，能源紧张问题日益突出，要建设资源节约型社会 是我国可持续发展的需要。可靠性和节能两项指标是通信电源永恒的主题，过去 我们一直十分重视通信电源的可靠性，但对节能问题的重视程度尚待加强。目前， 要提高通信运营企业的经济效益，既要增收，又要节约一切可能节省的开支。在 通信企业的节能方面，电源专业有比其他专业更具有广阔的空间。通信企业机房 全年3 6 5 天在无人看守的状态下不停运转，而且通信企业基站随业务量忙闲改变不 大，因此常年满负荷工作。由于考虑隔热、隔湿及清净度要求，机房是全封闭的， 机房建筑围护结构的保温性也很好，即使冬季，无采暖情况下也需供冷。为满足 要求，机房内的空调机必须全年运行。机房的跨度都很大，即造成机房内温差分 布不均，又近一步延长了空调压缩机制冷运行时间。 近年来，通信运营商、相关企业和学者在移动通信基站节能领域进行了积极 的理论探索和实践，主要围绕如何减少空调耗电以节约电能。风冷式节电理论， 即利用室外冷空气资源代替空调进行降温，运用控制系统对基站室内外温湿度环 境进行识别、判断，根据判断结果控制通风系统及空调的启停，以达到节能的目 的，该理论为目前较新的基站节能理论。 为了解决这些问题，设计了适用于基站节能的控制和监控系统。控制部分包 括：温湿度数据采集，中央控制单元、进风出风单元、空调机组、空调风机控制 开关、1 2 8 6 4 图形点阵液晶显示屏、按键和电源等。监控部分包括：g p r s 模块、 数据中心、监控中心等。 通过此系统的应用，不仅基站的温湿度达标，保证了通信设备的正常运行， 移动皋站节能：撬控系统研究j 设汁 而且节能方面也有了极大的提高，并且通过监控中心可以方便的看到各个基站的 环境信息，同时监控空调和风机的运行情况，达到了安全，稳定，直观的效果。 硕l 学位论文 第2 章基站节能监控系统分析和总体设计 2 1 基站节能监控系统可行性分析 2 1 1 移动通信基站能耗构成 从移动通信网络设备的能源消耗分布来看，无线基站部分的能耗约占到9 0 ， 核心网和网管等其它设备比重不足1 0 。通常来讲，移动通信基站由b t s 设备、天 馈系统、传输设备、整流器、蓄电池组、交流配电屏、变压器、空调、环境监控 等组成。根据消耗主体的不同，移动通信基站能耗主要包括【3 】： 1 通信设备用电 通信设备用电主要取决于在网设备数量及其功耗，同时也受限于网络负荷水 平。统计数据发现，通信设备用电占机房总用电量的3 0 左右。其中，天馈系统及 传输设备耗电相对较小，绝大部分来自于b t s 设备。 2 配电系统用电 电能经过配电系统的传输过程中会产生线损电量，可分为技术线损和管理线 损。技术线损电量是在传输过程中直接损失在配电设备上的电量，可以通过采取 相应的技术措施予以降低。管理线损电量则是在计量的统计管理环节上造成的， 需要采取必要的组织措施与管理措施来避免和减少。 3 基站环境用电 基站机房对设备运行环境的温度、湿度、洁净度有一定要求。为保障通信设 备的正常运行和使用寿命，必须采取必要的温控措施来平抑因用电设备散热、室 外热传导以及维护人员热辐射而引起的机房温度升高。空调是基站机房的主要耗 电设备，能耗比重约占5 0 6 0 。 4 维护及其它用电 基站维护过程中将产生照明、检修或施工用电，蓄电池组维护则涉及充放电 容量试验带来的能耗。 2 1 2 节能降耗的基本原则 基站是一个特殊的应用环境，必须满足恒温、恒湿及无尘要求。引进节能技 术必须满足以下基本原则。 ( 1 ) 保证机房安全。应用节能技术不能影响机房通信生产的安全，应保证机 移动皋站节能忙i i i l ，批t 系统研究1 j 设计 房设备安全、稳定的运行，满足维护作业规范中规定的机房环境要求。 ( 2 ) 节能技术可行、高效。节能技术有很多，每种节能技术都有优缺点，实 际中应该选择适合机房设备现状、可行的节能技术，以实现节能效率的最大化。 ( 3 ) 满足环境需求。通信设备使用了大量的集成电路及电子组件，对工作的 环境条件有各自的特定要求，否则会影响使用寿命和可靠性，因此节能技术应满 足机房设备对温度、湿度、洁净度的要求。 ( 4 ) 评测机制切实可行。使用节能技术后是否能够节能、可以节约多少成本 都必须有一套健全、可行、有效的评测机制，跟踪测试以后要做出综合评估。 ( 5 ) 具备监控网络能力。提供监控接口，适应网络管理要求。 2 1 3 移动基站节能方向分析 通过上面的分析，基站节能应重点放在通信设备、基站环境两大方向上。 1 通信设备节电可畿性 我们对基站的主设备( 18 0 0 设备) 进行过实际测试，在主设备正常运行的情 况下功耗约为5 0 0 w ，在远端通过b s c 控制将主设备h a l p e d ( 关闭) 后功耗约为 4 0 0 w ，在远端通过b s c 控制将主设备r x b l i ( 关闭载频) 后功耗约为3 0 0 w 耗约为 3 0 0 w ，也就是说在基站信道闲时可以通过远端控制达到节电目的，但此方法对整 个网络影响较大，不利于整个网络的安全可靠运行。 2 空调设备的节电 首先是空调设备的参数设定。空调设备的参数设定直接影响空调的工况，例 如温度设定过低，空调设备将始终处于工作状态，制冷量始终不能满足设定要求， 使压缩机长期工作。 其次是空调设备维护情况。空调设备是否处于良好运行状态直接影响空调设 备的工作时长，例如冷媒压力不足、空调设备冷凝器蒸发器过脏，这都会导致空 调设备制冷量不足，而引起压缩机长期工作。还有空调设备安装的位置也会影响 空调的工况。空调的出风口和回风口必须要保证无遮挡物，出风口有遮挡物会导 致冷空气形成小循环，使机房其它空间温度偏高。回风口附近若有发热设各会导 致回风温度高而使压缩机长期工作。 由此可以看出通过空调设备的控制可以节能，但是如何达到最大的效率和用 什么有效的方式是目前的困难和问题。 3 单独使用空调节能的探究 ( 1 ) 大多数通信基站由于扩容的需要配置了多台专用空调，这些空调如果全 部开启，维护人员不注意观察和统计的话，将会造成多余空调的长期运转，对设 硕l ：学位论文 备和能源都是浪费。最简单的解决方法是：关闭空调后如发现其他运行的空调仍 能轻松控制在设定的温度，那么可以再关闭一台；反之，则再开启一台。以后可 以让这些空调轮流工作，这样在提高空调使用年限的同时，也节省了电费。 但是这种方法不适用于天气多变、气候多变的环境，此种方式及其受限，资 源不能得到合理的利用。 ( 2 ) 检查空调温度设置点是否在同一个设定值。如果一个机房内空调温度设 定值有的在+ 2 2 ，有的在+ 2 0 ，那么就会造成有的空调制热、有的空调制冷， 始终达不到平衡，从而造成巨大的浪费。同样道理，还应时常检查空调温度传感 器的偏差，温度传感器检测不准确，也会造成以上情况的浪费。 由于人为的操作，使得不准确性变大，同时设备的老化和偏差会造成不良后 果。 ( 3 ) 及时将专用空调的加热功能关闭。专用空调的加热功能在机房设备散热 的情况下一般不需要开启。如果开启，有时会造成不必要的加热，造成浪费。 4 风冷式节能探究 通过上面分析，单独使用空调来达到节能的效果不是很好。如能减少空调的 使用率，又能保证环境合乎标准，则需要引进风冷式节能。 我们采用的基本设计理念就是利用通风系统将室内的热量向外排放，将室外 较低温度的空气引进室内，形成热交换，达到降低室内温度的目的。从而在确保 基站内部设备正常运行的前提下，尽可能减少空调的运行时间，达到节约电能的 目的( 风机的耗电量比空调低很多) 。同时可以成倍地延长空调的使用寿命，减 少或取消备用空调配置。为各大电信运营商的基站机房节省大量的电能，极大地 降低运营成本。 2 1 4 城市温湿度气象资料分析 本文主要从如何在确保机房环境要求的前提下，对风冷式基站节能的开发及 运行实践进行研究。提取了湖南地区3 个城市的气象资料，如图2 1 、2 2 、2 3 所 示【4 1 。根据基站现场观测结果，室外平均气温在10 2 5 的月份，因基站室内设 备连续运行发热，室外气温比室内气温低，基站内空调需丌启运行。此时，室外 冷空气资源可以被用来降低基站室内温度，这些月份适合运用风冷式节电理论进 行节能降温。从这些气候数据上来看，常德，长沙( 望城) 有9 个月适合使用风 冷式节电理论节电，零陵有l o 个月可以应用此节能方式。 中国( 均7 1 2 0 0 0 年) 气候标准值 胄贾平均气压胃平均气潺舅榜端最高气胃掇端器豫气旁平均楣胃苹均荟一隽平均风谨茸i 鞫：垂 省区市湖南 v 站名常德 v 犯l 西帕j 纯l 攥r 麓j 滤啦l 掇融羞j 湓r oj 摄氏 秘湿度 荟叠量国1t oi 东秒、( o 1 毫老) 度j势率j 成) 11 0 2 3 1 4 2 4 2 一1 3 27 i 1 0 2 0 5 6 4 2 t 88 4 8 0 1 0 1 6 3 1 0 42 9 1 6 】0 1 0 4 1 0 0 8 3 1 0 0 1 5 9 9 9 4 t 0 0 1 7 1 0 0 9 3 1 0 1 6 0 如2 够 7 8 8 0 7 4 7 3 t s 1 8 1 8 1 9 1 8 7 4 1 8 6 3l e 5 9 1 9 f i 41 8 6 8 1 6 8 4 1 5 6 0 1 5 7 1 1 1 4 6 1 6 9 6 1 6 2 2 0 8 9 1 5 2 4 i 2 9 9 7 0 l 8 1 4 6 4 6 1 21 0 2 3 3 7 2258吨5 7 t 6 31 5 3 8 9 毒年平均气压 年平均2 滤颦稷瀛蕞离气霉秘蕊最1 爱气= 章平均糯章平均息霉平均风速年降瑾i 量 溢瀑 嬲逯廛 器量 1 0 1 2 6 1 6 9j o l - 1 3 28 06 9 图2 1 湖南常德气候指标 中国( 1 9 7 1 _ 2 o 年) 气侯标准值 l ：铭3 3 胄务警楚l 气压 月琴均置疆犀黼鬃商气旁穆麓爨饿气月平均籀 萼罩均意”蘑平均鼹楚秀鼯力量 省区市湖南v 站名长沙俚城) v f o ! 吾糖( 01 撂氏度溢国l 兹氏霞j 磕【。l 蟊氏 列递发酒蠢量j ，i 米秒、国1 毫考j 1 0 1 8 0 1 0 l 弱 l o i l 3 1 0 0 6 2 1 0 0 2 3 9 9 7 7 9 6 0 9 9 8 0 l 4 4 i o i i 3 1 0 1 5 8 震，匆浆1 藏) 8 47 9 2 3 4 k 。 2 4 2 3 2 i 2 0 2 3 2 l 2 i 2 l 2 l 8 7 2 9 1 9 1 5 3 5 1 8 3 l j 8 3 2 5 3 4 1 9 3 7 i l t l e 5 4 8 0 6 6 5 5 1 21 0 1 8 57 7 2 , - 0 一j 0 37 96 i 0 l4 鹅 年每平均气压 年平均气温年极端最齑气年橙端爨f 茏_ 气耸平均相牟平均意霉平j 每蕊连年隧妒量 瀑潺 弼凌嫠云量 l 7 91 7 1 3 9 01 0 3 8 27 l 2 2i 5 4 6 图2 2 湖南长沙气候指标 1 0 救龇舷w黝他 3嫩m搬姒m籀啦 8 8 了 l 2 9 0瀚|鸯研埘|荟辩啪 9 8 3 e 0 c j g 3雠耋；缀猫嘲凝m嵫 2 0 善6 7 8 e 坞“ 融粥他嚣融飘的鸵乳龆黢孔豫铭铭 嗡镐。饽既瓢的鹊捃粥托 一- i l l - 猫粥恶|撇黝鬻毒|薹|善獬诣n兰m勰泓猫掀潍墩m ，2 3 5 8 7 8 e 蟾 硕f ? 学位论文 中国坞7 1 一0 0 年) 气候标准值 男舅平均鼍疰 ( o i 百朔j i1 0 0 4 4 21 0 0 2 0 39 9 8 3 4 9 9 3 5 5蝴 6嫦 79 8 4 4 89 8 5 7 e9 9 2 2 1 09 9 8 3 1 11 0 0 2 6 1 21 0 0 5 0 每年平均鼍压 省区市湖南v 站名霉陵 - 胄平均气疆羁强踹最蠢气茸鼹端最绝气胄五均檑勇平均窘月平均风遵男陲孝量 l 掇既爱溢船1 摄氏蔑1 潺f 。l 努秃对湿度( 百暑曩国1扔i 张秒j ( oi 毫来) 震j务率1成1 6 82 5 2- t o8 18 03 08 4 i 7 53 0 94 78 28 63 ll t o l 1 1 43 5 748 38 73 2l 鼋3 s 1 7 73 4 3 3 8 8 28 43 0l 售o l 2 2 43 5 41 0 56 07 82 92 2 9 2 2 6 13 7 21 3 97 97 9 3 0 1 5 9 6 288,3931 8 77 28 13 ll 缓l 2 8 33 9 7185,t66 8 2 7 】4 1 4 2 4 23 8 11 3 07 76 73 0s 7 6 1 9 03 s 2 4 5 7 6 6 83 07 9 8 1 3 83 2 387 45 暑 3 0 8 2 8 8 6 2 e 35 27 36 33 04 2 6 年平均气蕴茸极端是齑气年移瑞最慨气茸平均楣年平均总年平均尉蠹毒隆水量 凌瀑对漯壤云量 9 9 5 2l f 83 9 7 7 0 7 8 7 a ,3 0i 4 2 s 7 图2 3 湖南零陵气候指标 数据来源：中国气象科学数据共享服务网h t t p ：c d c c m a g o v c r l 2 2 基站节能监控系统总体设计 根据移动通信动力及配套设施维护操作规程的规定：基站温度应保持在 1o 3 5 之间，相对湿度应保持在1 0 - - 一9 0 之间。为了降低基站内通信设备的 故障和损坏率，通常在基站安装一到两台空调( 额定功率2 3 k w ) 进行制冷，室 内温度一般控制在2 5 左右，湿度控制在1 5 8 0 之间。 通信基站内由于有大量电气电子设备使用，功率从一千多瓦到五六千瓦，便 形成了大量的热源，使得室内温度比同时刻室外温度高很多度，而室内最佳温度 一般为2 5 。根据气象局历史气象资料统计，全国大部分地区一年中约有5 个月 时间( 11 月份至第二年3 月份) 的室外平均温度基本在2 5 以下，在其他天气 炎热的月份，建设在郊外山顶上的基站，夜间机房室外温度在2 5 以下的时段也 很多。在室外温度低于2 5 ，相对湿度低于8 5 时，基站空调完全不必开启，取而 代之的是两到三台功率只有2 4 w 的直流风机。利用智能通风系统从机房外部引入 经过过滤的较低温度的空气，并排出室内的热空气，达到降低机房内温度的效果。 而在室外温度低于5 ，相对湿度低于8 5 时，基站内甚至可以关闭所有的制冷系 统，以中国中部地区长沙为例，在累年最冷月( 1 月，室外温度在o 左右) ，白 天气温最高时，机房内的温度一般在2 0 - - 一2 5 之间。不开空调，或用低功耗的风 机通风制冷，利用自然冷源就能够满足调节通信机房温度的条件，节电就是事实! 通过g p r s 模块将室内外温湿度情况和空调风机的运行情况发送给数据中心，数 据中心得到正确的数据后存入数据库，同时进行w e b 发布。 221 工作原理 通信基站内由于有大量电气电子设备使用，功率从一千多瓦到五六千瓦，便 形成了热源，使得室内温度比同时刻室外温度高很多度。而室内最佳温度般 2 5 ，当高于某一特定温度时，便要对室内制冷降低。目前制冷降温均采用空调 来进行，而空调的耗电比较厉害。如果某时候，室外的大气温度低于某一特定温 度时，我们将室内热气体抽出，室外气体在某种条件下吸入室内，也能满足基站 室内所要求的条件。吸入和抽出气体的风机功率总共不到2 0 0 w ，而同期若使用自 然风换气要比直接制冷节约很多电能。如图24 所示。 出风机 钐 室内佩褥度传巷器 中央控制器 窄外温温度传感嚣 进风机 字调耜 图2 4 风冷式节能萋站工作原理 为了主管部门能够及时了解到各个无人看守基站的环境、风机和空调的运行 情况，我们采用g p r s 模块与中央控制器相连接，把温湿度数据和空调风机的状 况发到移动公司的数据中心，再通过w e b 实时发布，让主管部门能够及时的了解 到无人看守基站的情况。这便是冷风式节能监控系统的简要工作原理。 2 2 2 系统组成 本设计主要由中央控制单元、温湿度传感器、进风出风单元、空调机组、空 调风机控制开关、1 2 8 6 4 图形点阵液晶显示屏、按键和电源、g p r s 模块、通信 组网、数据采集服务器、数据库服务器、w e b 站点服务器等组成。系统结构框图 如图2 5 所示。 硕f 学位论文 图2 5 系统结构 从总体上看，系统包括4 大功能模块：室内外温湿度采集模块、中央控制模 块、g p r s 通信模块、数据服务中心模块。 室内外温湿度采集模块：通过主控p i c l 2 f 6 2 9 软件时序控制温度传感器 d s l 8 8 2 0 和湿度传感器h s l l 0 1 测量出结果，采用r s 4 8 5 半双工串行总线与中央 控制模块通信。利用此模块可以实时准确的对温湿度进行采集，实现温度检测范 围为2 0 9 0 ，精度为o 5 ：湿度检测范围为0 9 9 r h ，精度为2 r h 。 中央控制模块：中央控制模块主要由a t 8 9 c 5 5 控制单元、直流风机组、空调 机组，继电器控制开关、1 2 8 x 6 4 图形点阵液晶显示屏、按键和电源等组成。采集 模块通过r s 4 8 5 串行总线将室内外的温湿度数据送到中央控制单元c p u 中，中 央控制单元根据传感器送来的数据，判断当前的室内外环境状况并控制继电器组 做出相应的动作，进而控制风机、空调的开关状态。 g p r s 通信模块：通信模块主要由g p r s 模块b e n qm 2 3 g 、主控l p c 2 2 9 2 、 r s 2 3 2 芯片s p 3 2 4 3 e 等组成。主控l p c 2 2 9 2 内嵌uc o s i i 操作系统，与中央控 制模块采用r s 2 3 2 通信方式传输数据，并且与m 2 3 gg p r s 模块通过u a r t 方式 连接配置a t 指令，启动运行g p r s 透明数据通信，中央控制模块与通信模块之间 没有通信协议，最大数据包长度12 0 0 字节，心跳包间隔可调，本设计采用t c p i p 方式传输数据。 数据服务中心模块：数据服务中心负责整个系统数据的采集处理和发布，协 调系统的正常运作，是整个系统的最重要的组成部分。其主要功能包括：向各数 掘采集终端下发配置指令，接收采集终端发送的各项数据，对数据处理分析并保 存至数掘库，以及对数据的发布等。 系统中，安装采集终端数量比较多，要将各项数据进行长期保存和随时查看， 同时对数据的安全性也有极高的要求，为了更好的均衡系统的性能，使数据服务 中心能长期稳定运行，因此数据服务中心由多台服务器分别承担数据采集，数据 移动皋站节能临拧系统研究j 设计 存储，数据对外发布，提供网络各项服务等多项任务。 数据采集服务器上的主程序为确保数据的实时性，将始终处于运行状态。该 程序用v i s u a lc + + 6 0 编写，通过建立服务端，用w i n s o c k 监听并建立来自终端 的连接后，在网络上与各终端进行通信，收发终端数据信息【2 2 1 。为了达到并发的 需求，数据采集主程序采用多线程机制，为新建立的连接创建一个单独的收发数 据线程，充分保障了各个采集终端的数据传输独立性、及时性和安全性。为了确 保数据采集程序能长期稳定运行，另建一个守护进程对主程序进行实时监控。采 集到的终端数据经过解析、处理后存储至数据库服务器的s q ls e v e r 2 0 0 0 数据库 中。 在数据的发布上，与传统应用系统的c s 模式相比较，借助i n t e r n e t 的b s 架 构因其对用户要求低，简洁方便，低成本及易于维护利于升级等各项优势，更适 用于监测系统。在该体系结构中，可以划分为3 层：浏览器一w e b 服务器一数据 库服务器。在b s 架构中，以n e t 和j a v