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

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

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,不僅會增加運營商運營成本,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)基站節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計,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)致運營商運營成本的持續(xù)增加。2021年7月中國移動面對新形勢新要求,將“綠色行動計劃”升級為“C2三能計劃”,即中國移動碳達(dá)峰碳中和行動計劃,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: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)計經(jīng)驗,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、實時化,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。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)決策和定時策略等方式生成,并且能夠在平臺上觀察每一個站點智能關(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,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,支持實時開合閘、定時延時開合閘等操作,智能關(guān)斷硬件能夠?qū)崟r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?;竟?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、站點節(jié)能數(shù)據(jù)查看、節(jié)能終端控制、運維監(jiān)控等功能。

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

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等主流單片機運行實時操作系統(tǒng)(Real-TimeOperatingSystem,RTOS)或者裸機運行程序。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)輸入計算出每個回路的電量信息用于數(shù)據(jù)上報[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)生各類過壓告警時會自動分閘防止事故,設(shè)備非正常離線時要保障主設(shè)備正常供電工作。

3基站節(jié)能平臺架構(gòu)設(shè)計

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,在整個系統(tǒng)設(shè)計中具有重要作用。基站節(jié)能平臺前端展示為Web頁面,可在Web端進(jìn)行各項操作,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,可拓展性強?;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)展示模塊和運維監(jiān)控模塊構(gòu)成。節(jié)能策略模塊實現(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,采用分閘合閘時間段精確到秒的定時關(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)報表和分析報表等功能,用于向客戶進(jìn)行數(shù)據(jù)展示;運維監(jiān)控則是對整個平臺進(jìn)行運維管理和監(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,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;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)計能夠克服傳統(tǒng)軟件節(jié)能方式的缺點,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

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