物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

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摘要：隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，5G網(wǎng)絡(luò)正在全面覆蓋，5G基站的數(shù)量也將不斷提升，但是隨之而來的基站能耗也將不斷提高，不僅會增加運(yùn)營商運(yùn)營成本，也會對碳達(dá)峰碳中和造成影響。傳統(tǒng)基站節(jié)能技術(shù)在節(jié)能方面受限制較大，節(jié)能效果不明顯，所以提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)由平臺+硬件構(gòu)成，支持多種節(jié)能策略，節(jié)能手段采用物理硬關(guān)斷，相比傳統(tǒng)方式節(jié)能策略靈活且受環(huán)境影響小，能夠更好地進(jìn)行節(jié)能。

關(guān)鍵詞：5G；物聯(lián)網(wǎng)；基站節(jié)能；智能關(guān)斷；嵌入式技術(shù)；AAU

0引言

隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前我們已經(jīng)全面邁入5G時(shí)代，隨著5G設(shè)備接入量的不斷增加，5G基站的需求必將持續(xù)增多，而5G基站的用電量也將不斷增加，從而導(dǎo)致運(yùn)營商運(yùn)營成本的持續(xù)增加。2021年7月中國移動面對新形勢新要求，將“綠色行動計(jì)劃”升級為“C2三能計(jì)劃”，即中國移動碳達(dá)峰碳中和行動計(jì)劃，為了做到“三能六綠”的新模式，基站節(jié)能技術(shù)將在未來發(fā)揮重要作用。傳統(tǒng)的基站節(jié)能技術(shù)主要依靠兩點(diǎn)：一是硬件生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，減少設(shè)備功耗，改善設(shè)備的發(fā)熱程度；二是依靠軟件方式進(jìn)行節(jié)能，目前已經(jīng)應(yīng)用的主要是符號關(guān)斷、通道關(guān)斷以及深度休眠這三種方式。傳統(tǒng)的軟件節(jié)能方式主要依賴話務(wù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并且其參數(shù)設(shè)置基本上由人工進(jìn)行確定，環(huán)境因素對節(jié)能效果的影響較大，無法做到智能化、實(shí)時(shí)化，管理效率不高，且無法直觀地觀察到節(jié)能效果[1-2]?；诖?，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由“平臺+硬件”構(gòu)成，利用智能關(guān)斷設(shè)備對有源天線單元（ActiveAntennaUnit,AAU）設(shè)備的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管控；采用物理硬關(guān)斷的方式進(jìn)行基站節(jié)能，其節(jié)能策略由平臺下發(fā)，節(jié)能策略可以依靠人工智能（ArtificialIntelligence,AI）決策和定時(shí)策略等方式生成，并且能夠在平臺上觀察每一個(gè)站點(diǎn)智能關(guān)斷設(shè)備的狀態(tài)和能耗數(shù)據(jù)，還能按需生成能耗報(bào)表，解決目前傳統(tǒng)的軟件節(jié)能技術(shù)中存在的短板[3]。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

基站節(jié)能系統(tǒng)基于“平臺+硬件”的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，平臺由基站節(jié)能應(yīng)用平臺和設(shè)備管理平臺構(gòu)成，硬件是物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備；利用物聯(lián)網(wǎng)、AI等技術(shù)，根據(jù)基站業(yè)務(wù)量的“潮汐現(xiàn)象”等，由平臺生成節(jié)能策略，借由物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備對基站主設(shè)備的供電進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)動態(tài)關(guān)斷，以達(dá)到節(jié)能目的。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備主要分為空開和1U（1Unit，一種表示服務(wù)器外部尺寸的單位）機(jī)箱兩種產(chǎn)品形態(tài)，兩種形態(tài)的設(shè)備都支持多路直流輸出，支持電壓、電流、功率和用電量等數(shù)據(jù)的記錄，支持實(shí)時(shí)開合閘、定時(shí)延時(shí)開合閘等操作，智能關(guān)斷硬件能夠?qū)崟r(shí)檢測回路狀態(tài)以及過壓、欠壓、過流、過載、漏電等異常狀態(tài)。以上所有功能都借由MQTTS協(xié)議（MessageQueuingTelemetryTransportwithTLS，采用TLS加密的消息隊(duì)列遙測傳輸協(xié)議）通過2G/4G/CAT.1等傳輸方式與平臺進(jìn)行通信[4]。設(shè)備管理平臺作為系統(tǒng)中所有物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷硬件接入的上級平臺，具備設(shè)備接入、設(shè)備狀態(tài)管理、設(shè)備上行數(shù)據(jù)記錄與推送及命令下發(fā)等功能。基站節(jié)能應(yīng)用平臺作為應(yīng)用層直接面向用戶，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能策略定制、站點(diǎn)節(jié)能數(shù)據(jù)查看、節(jié)能終端控制、運(yùn)維監(jiān)控等功能。

2物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備設(shè)計(jì)概要

物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備作為基站節(jié)能系統(tǒng)的末端部分，承擔(dān)了直接對基站主設(shè)備的節(jié)能控制功能，其產(chǎn)品形態(tài)根據(jù)關(guān)斷器件不同而分為空開和繼電器控制（即1U機(jī)箱樣式）兩種。物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備的硬件主要由微型控制單元（MicrocontrollerUnit,MCU）控制模塊、通信模塊、電量數(shù)據(jù)采集模塊、供電模塊、關(guān)斷模塊和電路保護(hù)模塊等部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。MCU控制模塊承擔(dān)了智能關(guān)斷設(shè)備的邏輯控制，處理來自通信、電量數(shù)據(jù)采集等模塊傳來的命令或數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)和節(jié)能策略的執(zhí)行。該模塊可采用STM32等主流單片機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-TimeOperatingSystem,RTOS）或者裸機(jī)運(yùn)行程序。通信模塊用于與平臺建立鏈接和收發(fā)數(shù)據(jù)，采用支持CAT.1等主流物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)制式的通信模組；電量數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集各回路的電流電壓等信息，將采集數(shù)據(jù)提供給MCU控制模塊，由其根據(jù)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算出每個(gè)回路的電量信息用于數(shù)據(jù)上報(bào)[5]。供電模塊負(fù)責(zé)給物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備及其接入的基站主設(shè)備進(jìn)行供電；電路保護(hù)模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行漏電流等異常情況的檢測和處理。關(guān)斷模塊則是執(zhí)行基站主設(shè)備供電回路分閘合閘的處理，可以通過空開或者繼電器進(jìn)行關(guān)斷處理。此外，物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備在基站節(jié)能系統(tǒng)中必須具備異常狀態(tài)的自我處理能力，在發(fā)生各類過壓告警時(shí)會自動分閘防止事故，設(shè)備非正常離線時(shí)要保障主設(shè)備正常供電工作。

3基站節(jié)能平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

基站節(jié)能平臺作為設(shè)備管理、節(jié)能策略調(diào)度、節(jié)能效果展示等功能的載體，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有重要作用?；竟?jié)能平臺前端展示為Web頁面，可在Web端進(jìn)行各項(xiàng)操作，前端Web基于VUE框架，以組件化思想進(jìn)行打造，后端采用SpringCloud打造微服務(wù)系統(tǒng)，并且采用高性能消息中間件保障與物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備的消息處理能力。平臺整體采用模塊化設(shè)計(jì)，可拓展性強(qiáng)?；竟?jié)能平臺由兩部分組成，分別是基站節(jié)能應(yīng)用平臺和設(shè)備管理平臺，其架構(gòu)如圖3所示。設(shè)備管理平臺作為設(shè)備直接接入的平臺，對設(shè)備進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交互，包括設(shè)備接入模塊、協(xié)議解析模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、設(shè)備管理模塊、數(shù)據(jù)推送模塊和相應(yīng)的應(yīng)用程序編程（ApplicationProgrammingInterface,API）接口、遠(yuǎn)程升級模塊、日志模塊等構(gòu)成。設(shè)備管理平臺通過設(shè)備接入模塊采用MQTT通信協(xié)議與下層物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備建立連接，并且設(shè)備管理平臺對設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲，也可以通過下行命令對終端進(jìn)行控制，利用數(shù)據(jù)推送模塊和API接口與上層的基站節(jié)能應(yīng)用平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和命令交互，遠(yuǎn)程升級模塊管理所有連接終端的固件版本和升級操作，日志模塊用于查看設(shè)備接入的各項(xiàng)動作[6-7]?；竟?jié)能應(yīng)用平臺作為頂層應(yīng)用平臺，由節(jié)能策略模塊、設(shè)備控制模塊、節(jié)能分析模塊、數(shù)據(jù)展示模塊和運(yùn)維監(jiān)控模塊構(gòu)成。節(jié)能策略模塊實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備的開合閘動作的規(guī)劃，根據(jù)用戶選擇可以進(jìn)行手動設(shè)置，以日、周、月為周期，采用分閘合閘時(shí)間段精確到秒的定時(shí)關(guān)斷節(jié)能策略；也可以將話務(wù)信息、基站業(yè)務(wù)量的“潮汐現(xiàn)象”等作為輸入，通過AI模型動態(tài)地輸出節(jié)能策略，進(jìn)行動態(tài)節(jié)能[8]；設(shè)備控制模塊直接與設(shè)備管理平臺對接，利用HTTPS的API進(jìn)行通信，對智能關(guān)斷設(shè)備下發(fā)各種控制命令；節(jié)能分析模塊依托智能關(guān)斷設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)能分析；數(shù)據(jù)展示模塊包含數(shù)據(jù)駕駛艙、數(shù)據(jù)報(bào)表和分析報(bào)表等功能，用于向客戶進(jìn)行數(shù)據(jù)展示；運(yùn)維監(jiān)控則是對整個(gè)平臺進(jìn)行運(yùn)維管理和監(jiān)控管理[9-10]。

4結(jié)語

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用“平臺+硬件”的方案，克服了傳統(tǒng)單純依靠軟件節(jié)能方式的缺點(diǎn)；利用硬件直接關(guān)斷設(shè)備的方式，徹底進(jìn)行斷電處理，并且依靠時(shí)間策略、AI策略等多重關(guān)斷策略進(jìn)行節(jié)能，提高了節(jié)能效率；利用平臺管控智能關(guān)斷設(shè)備，在數(shù)據(jù)駕駛艙的展示下，對所有已經(jīng)安裝節(jié)能終端的站點(diǎn)情況一目了然，所有節(jié)能數(shù)據(jù)能直觀地獲取，提高了管理效率。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠克服傳統(tǒng)軟件節(jié)能方式的缺點(diǎn)，提高節(jié)能效果，有效助力中國移動“碳達(dá)峰碳中和”行動計(jì)劃，為形成“三能六綠”的新模式提供有利條件。

作者:譚云月 單位:中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司