吳文浩 段明宜 黃金融

（1.聯通（廣東）產業互聯網有限公司 廣東省廣州市 510000 2.廣東新中望信息科技有限公司 廣東省廣州市 510000）

1 引言

近年來，隨著通信業的發展，特別是5G 網絡建設的興起，移動通信基站數量迅速增加。通信基站的能耗支出，在電信運營商和鐵塔公司日常運維開支中占比很大；同時，通信基站數量大，分布面廣，安裝位置分散且情況復雜，需要派專人或委托代維公司抄表、計量和維護等，也是一筆不小的開支。因此，如何降低基站能耗并節省運維成本，已經成為運營商和鐵塔公司的當務之急。

2 基站能耗和運維現狀

在普通的基站設計中，每個基站都要接入電源系統，配備蓄電池系統，空調24 小時開放保證設備運行環境的達標（一般要在25℃以下）。通信基站耗電約占總耗電量的73%。基站的用電設備有基站主設備、傳輸設備、電源設備、空調等，其中空調功耗占基站總耗電量的47%。[1]特別是在5G 時代，功耗的提升是同級4G基站的4 倍左右，而同一覆蓋范圍下，5G 基站的需求數量又是4G的3-4 倍左右，所以對于運營商而言，5G 的網絡運營成本是4G 的10 倍以上。[2]

同時，基站點多面廣，且大多是租用民房，有些基站長年失修，導致基站運維情況也十分復雜和困難，主要問題有：供電故障無法監測、偷電現象無法控制、抄表效率低下、用電數據沒法科學統計、管理成本增加等。

綜合上述問題，建設基站能源管理運維系統，改變現有的能耗和用電管理模式，及時解決上述存在的問題所帶來的經濟效益是長期的、可持續的。

3 技術路線研究

3.1 節能原理

在通信電源供電系統中，整流器與蓄電池并接于饋電線上，當市電正常時，由整流器給通信負載供電，同時也給蓄電池微小的補充電流，這種供電方式稱為浮充，這一過程中整流器輸出的電壓稱為浮充電壓。電池在長期使用中，總是在浮充電情況下運行。電池的浮充電流對溫度極為敏感，一般要求環境溫度為25℃。溫度每變化10℃，電流成倍變化，當溫度大于25℃時，就會出現蓄電池已過充而開關電源并未關斷，隔膜內電解液很快干枯；當蓄電池溫度大于50℃時，十多次過充電就會導致蓄電池永久失效。[3]

通信基站里面的設備除了UPS 蓄電池對溫度要求比較高，其他設備基本能在40℃左右長時間正常工作。[4]如果將蓄電池休眠，不處于浮充狀態，那么蓄電池對溫度就不是很敏感了，能和其他通信設備一樣在正常的環境溫度下工作，只要能保證在斷電時蓄電池能被及時喚醒，對基站的正常運營就不會影響。

因此，基站內部溫度能浮動至35℃以上。這樣，全國各地的基站一年大部分時間可通過新風系統來實現內部溫度的調節，而不需啟用空調，能耗也能大幅下降。

3.2 云邊一體化

圖1：系統總體架構

邊緣計算(Edge Computing)，是指在靠近物或數據源頭的一側，采用網絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，產生更快的網絡服務響應，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史數據。[5]

邊緣計算通常會被與云計算做比較，但這并不意味著邊緣計算要取代云計算。實際上，邊緣計算與云計算各有所長，云計算擅長需要海量可擴展存儲能力，非實時且周期相對較長的數據處理和分析，而邊緣計算擅長的是局部短周期數據的實時處理和分析。從當前業界面臨的實際情況出發，二者之間緊密結合才能更好地滿足各種需求場景的匹配。

不難想象，云邊一體的技術架構十分符合在基站管理運維領域的應用。基站能源及環境監測數據處理的實時性要求部分計算能力必須移至邊緣節點以縮短響應時間，此外，部分能源數據由于要確保私密性與安全性也不適合交由云計算來處理。同時，云計算可以統一管理和調度基站邊緣節點，通過匯聚邊緣節點的數據以及部分計算結果，優化和更新模型或者業務規則下發到邊緣側，形成良性循環。

4 系統設計

4.1 總體架構設計

基站能源管理系統由基站端節點和大數據云平臺組成。在每個基站節點部署AI 節能控制系統，實現基站環境的自我監測、調節和控制，同時在異常情況下能發出運維請求，確保整個機房運行安全；每個基站都是整個能源托管綜合管理平臺的邊緣計算節點，和云端的大數據節能大腦一起，構成整個節能感知神經網絡，也即云邊一體。系統總體架構如圖1 所示。

4.2 基站端功能設計

基站能源管理系統通過對基站通訊設備、空調、動環等設備進行實時監測，可以定期統計不同類型基站的用電參數。能耗監控單元通過運營商有線或無線網絡將數據上傳給大數據云平臺，進而完成基站用電量的采集、統計、分析、比對等。如圖2、圖3 所示。

每個基站AI 控制系統具備監控、計量和運維三大功能模塊。

圖3：基站設備連接

圖4：站點管理

4.2.1 監控功能

監控功能是AI 節能感控系統的核心，是實現基站節能的重要手段，也是基站節能AI 自適應、學習、建模、擬合的重要環節，具體功能如下：

（1）環境監控：實現對基站室內、室外溫濕度以及空氣質量的監控，來感知環境狀態；

（2）感知監控：實現對電表、新風、空調、電池和動環設備的監控，來感知設備運行狀態；

（3）協同聯動：實現空調、新風和動環聯動，通過環境監控所感知的信息，來決定新風和空調的啟閉，或者調節新風系統的轉速；

（4）對接電池系統：實現電池休眠和運行轉態的切換，定期監測休眠轉態的電池并及時予以充電，對于老舊或者有安全隱患的電池及時預警；

（5）電池和其他系統聯動：當市電停電電池進入工作狀態時，電池可維持基站通訊設備及節能感控系統的正常運行，并及時發出告警通知運維人員進行檢修。

4.2.2 計量功能

計量功能是AI 節能感控系統的關鍵，通過抄表實現基站能耗的準確計算，并生成節能報表，為進一步實現大數據節能分析提供可靠依據。

（1）抄表：讀取基站內部各種交直流電表的數據；

（2）計費：通過電表的數據并結合機房的實際PuE 值，計算各大運營商實際的電費；

（3）報表：統計分析各基站電費使用情況，為節能分析和改造提供依據。

4.2.3 運維功能

運維功能是AI 節能感控系統的保障，在節能系統觸發告警時實現工單派發，并結合線下運維隊伍和備品備件庫，確保機房節能系統的正常可持續運行。

（1）人員管理：實現對線下運維人員隊伍的管理，提供人員聯絡渠道；

（2）備件管理：實現對易耗品和關鍵零部件的管理和查詢，比如濾網、電池等。

（3）告警管理：實現對基站主要設備和環境情況的預警管理；

（4）工單管理：開發運維工單APP 或小程序，對運維事件進行流程管控。

4.3 大數據平臺功能設計

4.3.1 站點管理

實現在GIS 圖上展示區域內站點分布情況并可查詢站點基本信息，也可以進一步查看基站的詳細信息和數據統計；基站詳細信息包括用電量統計、用電對比、運行環境監控、設備監控、室內外溫度對比等；數據統計包括近15日總表讀數和分表總和對比、24 時分項耗電對比、年度能耗統計及趨勢和年度故障類型統計等。

4.3.2 運維管理

包括基站設備告警、備件管理、運維人員管理、工單管理等。

（1）設備告警：顯示告警列表，告警信息包括站點名、時間、內容，以及告警類型等；

（2）備件管理：包括備件的地理分布情況、備件類型、備件數量等；

（3）運維人員管理：包括運維組織架構、人員職務、職稱、聯系方式等；

（4）工單管理：包括工單類型，工單數量變化情況等。

4.3.3 節能運維APP

為管理人員和運維人員提供移動端APP 或小程序，隨時隨地掌握各個站點的監控情況，同時可以接收運維工單；實現站點信息、設備信息、實時告警、告警記錄、組態信息、歷史數據、圖表統計等功能。

4.3.4 節能大腦

如圖4 所示，實現在一張圖上顯示所有基站設備的監測信息，各個站點的實時狀態、信息詳情一覽無余；同時展示轄區范圍內基站節能的總體運行情況，包括能耗曲線、能耗分布、節能效益、預警態勢、設備運行狀況等。

5 結語

5G 已成為焦點，基站的建設和運維迎來新的發展機遇，當然也是運營商和鐵塔公司需要共同面對的挑戰。希望通過應用本文設計的節能路線和運維方案，構建云邊一體基站能源管理系統，能為5G 時代的建站和管理提供有效價值。