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

譚云月

（中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司，重慶 401120）

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(yíng)商運(yùn)營(yíng)成本的持續(xù)增加。2021年7月中國(guó)移動(dòng)面對(duì)新形勢(shì)新要求，將“綠色行動(dòng)計(jì)劃”升級(jí)為“C2三能計(jì)劃”，即中國(guó)移動(dòng)碳達(dá)峰碳中和行動(dòng)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(lái)發(fā)揮重要作用。

傳統(tǒng)的基站節(jié)能技術(shù)主要依靠?jī)牲c(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(hào)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(duì)節(jié)能效果的影響較大，無(wú)法做到智能化、實(shí)時(shí)化，管理效率不高，且無(wú)法直觀地觀察到節(jié)能效果。

基于此，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(tái)+硬件”構(gòu)成，利用智能關(guān)斷設(shè)備對(duì)有源天線單元（Active Antenna Unit, 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(tái)下發(fā)，節(jié)能策略可以依靠人工智能（Artificial Intelligence, AI）決策和定時(shí)策略等方式生成，并且能夠在平臺(tái)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。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基站節(jié)能系統(tǒng)基于“平臺(tái)+硬件”的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，平臺(tái)由基站節(jié)能應(yīng)用平臺(tái)和設(shè)備管理平臺(tái)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(tái)生成節(jié)能策略，借由物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備對(duì)基站主設(shè)備的供電進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)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。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備主要分為空開(kāi)和1U（1 Unit，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(kāi)合閘、定時(shí)延時(shí)開(kāi)合閘等操作，智能關(guān)斷硬件能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)回路狀態(tài)以及過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、漏電等異常狀態(tài)。以上所有功能都借由MQTTS協(xié)議（Message Queuing Telemetry Transport with TLS，采用TLS加密的消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議）通過(guò)2G/4G/CAT.1等傳輸方式與平臺(tái)進(jìn)行通信。

設(shè)備管理平臺(tái)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(jí)平臺(tái)，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(tái)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(duì)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(kāi)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（Microcontroller Unit, 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。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)智能關(guān)斷設(shè)備架構(gòu)

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(lái)自通信、電量數(shù)據(jù)采集等模塊傳來(lái)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-Time Operating System,RTOS）或者裸機(jī)運(yùn)行程序。

通信模塊用于與平臺(tái)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)。

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(cè)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(guò)空開(kāi)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(lèi)過(guò)壓告警時(shí)會(huì)自動(dòng)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(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基站節(jié)能平臺(tái)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。基站節(jié)能平臺(tái)前端展示為Web頁(yè)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(tái)整體采用模塊化設(shè)計(jì)，可拓展性強(qiáng)。

基站節(jié)能平臺(tái)由兩部分組成，分別是基站節(jié)能應(yīng)用平臺(tái)和設(shè)備管理平臺(tái)，其架構(gòu)如圖3所示。

圖3 基站節(jié)能平臺(tái)架構(gòu)

設(shè)備管理平臺(tái)作為設(shè)備直接接入的平臺(tái)，對(duì)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(chǔ)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（Application Programming Interface, API）接口、遠(yuǎn)程升級(jí)模塊、日志模塊等構(gòu)成。設(shè)備管理平臺(tái)通過(guò)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(tái)對(duì)設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲(chǔ)，也可以通過(guò)下行命令對(duì)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(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和命令交互，遠(yuǎn)程升級(jí)模塊管理所有連接終端的固件版本和升級(jí)操作，日志模塊用于查看設(shè)備接入的各項(xiàng)動(dòng)作。

基站節(jié)能應(yīng)用平臺(tái)作為頂層應(yīng)用平臺(tái)，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(kāi)合閘動(dòng)作的規(guī)劃，根據(jù)用戶選擇可以進(jìn)行手動(dòng)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(guò)AI模型動(dòng)態(tài)地輸出節(jié)能策略，進(jìn)行動(dòng)態(tài)節(jié)能；設(shè)備控制模塊直接與設(shè)備管理平臺(tái)對(duì)接，利用HTTPS的API進(jìn)行通信，對(duì)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(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)維管理和監(jiān)控管理。

4 結(jié) 語(yǔ)

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(tái)+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(tái)管控智能關(guān)斷設(shè)備，在數(shù)據(jù)駕駛艙的展示下，對(duì)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(guó)移動(dòng)“碳達(dá)峰碳中和”行動(dòng)計(jì)劃，為形成“三能六綠”的新模式提供有利條件。