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基于三元三阶的NB-IoT智能抄表故障定位方法研究

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孙际勇

【摘要】??本文以海量物联网数据为基础,采用机器学习挖掘NB-IOT智能抄表业务逻辑,最终建立分析模型,创新使用“三元三阶”分析方法定位问题原因。在网络接入阶段,通过网络指标分析问题;在业务执行阶段,通过智能抄表业务逻辑发现问题;在休眠阶段,基于业务行为与数据规律定位问题。

【关键词】??NB-IoT智能表??三元三阶??业务逻辑

引言:

1.概述

智能抄表是物联网技术革新的产物,改善了抄表行业的诸多问题。相对于传统抄表而言,智能抄表具有计价灵活、实时监控、远程报警切断功能以及能实现大数据分析等优势。

物联网抄表的发展经历多个阶段,最早的物联网表是以短信方式进行通讯,因定位超前且费用高被淘汰。第二阶段是GPRS模组加SIM卡模式,采用传统GPRS网络与服务端通信。国家近年大力推广物联网技术,NB-IoT作为LPWAN物联网领域的主流技术,正展现出强大的发展潜力。基于NB-IoT技术的智能抄表因具备低功耗、可海量接入、节约人力成本等优势而受追捧,被广泛应用于城市智慧能源传输建设。

2.优势

NB-IoT网络是基于蜂窝网络的窄带物联网技术,聚焦低功耗广域网,支持物联网设备在广域网的蜂窝数据连接,具备单独部署、与现有网络联合部署多种方案,NB-IoT网络可弥补GSM/CDMA技术在物联网领域的不足。

智能抄表如采用NB-IoT网络接入,可利用NB-IoT网络的PSM节能模式,提高智能表电池使用寿命。利用该超强覆盖能力,解决传统网络覆盖死角信号差问题,提高接入成功率。

和传统人工抄表相比,智能抄表还具备以下优势:

1)节约能源公司人力成本,提高抄表效率和准确率。

2)以累积的能源使用量大数据为基础,为阶梯定价、能源传输管网规划等城市建设提供支撑。

一、研究内容

1.1现阶段面临的主要问题

NB-IoT智能抄表属于新兴业务,目前处于摸索应用期,还有部分环节需要完善。NB-IoT智能抄表业务过程中涵盖终端、模组、无线网络、核心网、IOT平台、应用服务器等多个环节,涉及能源公司、平台集成厂商、电信运营商,跨专业沟通成本大,出现故障时需要各专业的人员逐段排查。使用传统的分析方法很难快速定位故障。

1.2基于运营商管道数据的解决方案

区别于传统各专业逐段排查的方法,本次通过运营商海量管道数据为基础,采用机器学习算法构建业务识别模型,建立智能抄表业务信息库,并梳理智能抄表业务逻辑,根据业务逻辑构建故障分析模型。

分析模型创新使用“三元三阶”方法,从网络接入、业务执行及休眠三阶段开展分析,结合分析模型从终端侧、网络侧及服务侧三个维度实现故障原因快速定位。

二、三元三阶分析方法

以NB-IoT智能抄表为样例数据开展分析,共收集约20万台智能表终端信息,以及1个月的运营商管道数据。

通过对20万NB-IoT智能表数据挖掘分析发现智能表具备如下交互特征:

1.智能表与网络及服务器交互有固定时间周期、且交互时间短;

2.智能表大多时间处于休眠阶段,休眠时与网络无数据交互。

根据特征,结合网络数据携带的PSM定时器时长可确定智能表大部分时间属于休眠状态,具备明显的网络接入、业务交互、休眠三个阶段的特性。再结合智能表数据交互的三个网元维度,开展三元三阶故障分析。

三元:智能抄表端到端业务的流程主要涉及3个网元,分别是智能表终端侧、运营商管道侧、智能表服务侧;

三阶:智能表全业务流程往往包含网络接入、业务执行以及休眠三个阶段;

三元三阶:

网络接入阶段,通过失败原因值分析法和失败聚类分析法對接入流程开展分析定位;

业务执行阶段,结合设备业务逻辑排查业务流程问题点,定位具体故障网元;

休眠阶段,结合应用侧和运营商管道的设备历史数据通过聚类分析法定位故障网元。

2.1网络接入阶段分析

在NB-IoT设备网络接入阶段,对随机接入、RRC连接建立及附着等接入成功率进行分析,通过接入失败原因值及接入失败终端多维度聚类分析定位接入失败原因,输出故障网元。

通过移动网络管道数据发现825个设备网络接入阶段中,附着成功率相对较差,占采样设备的0.41%。智能表设备附着失败导致在网络接入阶段失败。结合信令数据附着失败原因值分析,查看设备的AttachReject消息携带原因值,有25%的设备失败原因为“EPSservicesnotAllowed”,根据返回的原因值可知,由于核心网签约数据异常导致附着被拒,初步定界为网络侧原因;有53%的设备失败原因为“Networkfailure”,根据返回的原因值分析主要原因为UpdateLocationRequest中上报的IMEI与签约IMEI不同导致附着失败,初步定界为设备侧原因;其他21%的设备通过多维度(设备型号、M

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