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摘要：随着通信技术的进步，5G网络正在全面覆盖，5G基站的数量也将不断提升，但是随之而来的基站能耗也将不断提高，不仅会增加运营商运营成本，也会对碳达峰碳中和造成影响。传统基站节能技术在节能方面受限制较大，节能效果不明显，所以提出一种基于物联网技术的基站节能系统设计，该系统由平台+硬件构成，支持多种节能策略，节能手段采用物理硬关断，相比传统方式节能策略灵活且受环境影响小，能够更好地进行节能。
关键词：5G；物联网；基站节能；智能关断；嵌入式技术；AAU
0引言
随着通信技术的不断进步，目前我们已经全面迈入5G时代，随着5G设备接入量的不断增加，5G基站的需求必将持续增多，而5G基站的用电量也将不断增加，从而导致运营商运营成本的持续增加。2021年7月中国移动面对新形势新要求，将“绿色行动计划”升级为“C2三能计划”，即中国移动碳达峰碳中和行动计划，为了做到“三能六绿”的新模式，基站节能技术将在未来发挥重要作用。传统的基站节能技术主要依靠两点：一是硬件生产工艺的进步，减少设备功耗，改善设备的发热程度；二是依靠软件方式进行节能，目前已经应用的主要是符号关断、通道关断以及深度休眠这三种方式。传统的软件节能方式主要依赖话务统计经验，并且其参数设置基本上由人工进行确定，环境因素对节能效果的影响较大，无法做到智能化、实时化，管理效率不高，且无法直观地观察到节能效果[1-2]。基于此，本文提出一种基于物联网技术的基站节能系统设计。该系统由“平台+硬件”构成，利用智能关断设备对有源天线单元（ActiveAntennaUnit,AAU）设备的能耗进行统计和管控；采用物理硬关断的方式进行基站节能，其节能策略由平台下发，节能策略可以依靠人工智能（ArtificialIntelligence,AI）决策和定时策略等方式生成，并且能够在平台上观察每一个站点智能关断设备的状态和能耗数据，还能按需生成能耗报表，解决目前传统的软件节能技术中存在的短板[3]。
1系统总体架构
基站节能系统基于“平台+硬件”的方式进行设计，平台由基站节能应用平台和设备管理平台构成，硬件是物联网智能关断设备；利用物联网、AI等技术，根据基站业务量的“潮汐现象”等，由平台生成节能策略，借由物联网智能关断设备对基站主设备的供电进行控制，实现动态关断，以达到节能目的。系统总体架构如图1所示。物联网智能关断设备主要分为空开和1U（1Unit，一种表示服务器外部尺寸的单位）机箱两种产品形态，两种形态的设备都支持多路直流输出，支持电压、电流、功率和用电量等数据的记录，支持实时开合闸、定时延时开合闸等操作，智能关断硬件能够实时检测回路状态以及过压、欠压、过流、过载、漏电等异常状态。以上所有功能都借由MQTTS协议（MessageQueuingTelemetryTransportwithTLS，采用TLS加密的消息队列遥测传输协议）通过2G/4G/CAT.1等传输方式与平台进行通信[4]。设备管理平台作为系统中所有物联网智能关断硬件接入的上级平台，具备设备接入、设备状态管理、设备上行数据记录与推送及命令下发等功能。基站节能应用平台作为应用层直接面向用户，能够实现节能策略定制、站点节能数据查看、节能终端控制、运维监控等功能。
2物联网智能关断设备设计概要
物联网智能关断设备作为基站节能系统的末端部分，承担了直接对基站主设备的节能控制功能，其产品形态根据关断器件不同而分为空开和继电器控制（即1U机箱样式）两种。物联网智能关断设备的硬件主要由微型控制单元（MicrocontrollerUnit,MCU）控制模块、通信模块、电量数据采集模块、供电模块、关断模块和电路保护模块等部分组成，结构如图2所示。MCU控制模块承担了智能关断设备的逻辑控制，处理来自通信、电量数据采集等模块传来的命令或数据，并且进行上传数据和节能策略的执行。该模块可采用STM32等主流单片机运行实时操作系统（Real-TimeOperatingSystem,RTOS）或者裸机运行程序。通信模块用于与平台建立链接和收发数据，采用支持CAT.1等主流物联网网络制式的通信模组；电量数据采集模块负责采集各回路的电流电压等信息，将采集数据提供给MCU控制模块，由其根据数据输入计算出每个回路的电量信息用于数据上报[5]。供电模块负责给物联网智能关断设备及其接入的基站主设备进行供电；电路保护模块负责进行漏电流等异常情况的检测和处理。关断模块则是执行基站主设备供电回路分闸合闸的处理，可以通过空开或者继电器进行关断处理。此外，物联网智能关断设备在基站节能系统中必须具备异常状态的自我处理能力，在发生各类过压告警时会自动分闸防止事故，设备非正常离线时要保障主设备正常供电工作。
3基站节能平台架构设计
基站节能平台作为设备管理、节能策略调度、节能效果展示等功能的载体，在整个系统设计中具有重要作用。基站节能平台前端展示为Web页面，可在Web端进行各项操作，前端Web基于VUE框架，以组件化思想进行打造，后端采用SpringCloud打造微服务系统，并且采用高性能消息中间件保障与物联网智能关断设备的消息处理能力。平台整体采用模块化设计，可拓展性强。基站节能平台由两部分组成，分别是基站节能应用平台和设备管理平台，其架构如图3所示。设备管理平台作为设备直接接入的平台，对设备进行直接的数据交互，包括设备接入模块、协议解析模块、数据存储模块、设备管理模块、数据推送模块和相应的应用程序编程（ApplicationProgrammingInterface,API）接口、远程升级模块、日志模块等构成。设备管理平台通过设备接入模块采用MQTT通信协议与下层物联网智能关断设备建立连接，并且设备管理平台对设备上报数据进行解析和存储，也可以通过下行命令对终端进行控制，利用数据推送模块和API接口与上层的基站节能应用平台进行数据交互和命令交互，远程升级模块管理所有连接终端的固件版本和升级操作，日志模块用于查看设备接入的各项动作[6-7]。基站节能应用平台作为顶层应用平台，由节能策略模块、设备控制模块、节能分析模块、数据展示模块和运维监控模块构成。节能策略模块实现物联网智能关断设备的开合闸动作的规划，根据用户选择可以进行手动设置，以日、周、月为周期，采用分闸合闸时间段精确到秒的定时关断节能策略；也可以将话务信息、基站业务量的“潮汐现象”等作为输入，通过AI模型动态地输出节能策略，进行动态节能[8]；设备控制模块直接与设备管理平台对接，利用HTTPS的API进行通信，对智能关断设备下发各种控制命令；节能分析模块依托智能关断设备上报的数据进行节能分析；数据展示模块包含数据驾驶舱、数据报表和分析报表等功能，用于向客户进行数据展示；运维监控则是对整个平台进行运维管理和监控管理[9-10]。
4结语
本文提出了基于物联网技术的基站节能系统设计，该系统采用“平台+硬件”的方案，克服了传统单纯依靠软件节能方式的缺点；利用硬件直接关断设备的方式，彻底进行断电处理，并且依靠时间策略、AI策略等多重关断策略进行节能，提高了节能效率；利用平台管控智能关断设备，在数据驾驶舱的展示下，对所有已经安装节能终端的站点情况一目了然，所有节能数据能直观地获取，提高了管理效率。该系统设计能够克服传统软件节能方式的缺点，提高节能效果，有效助力中国移动“碳达峰碳中和”行动计划，为形成“三能六绿”的新模式提供有利条件。
作者：谭云月 单位：中移物联网有限公司
