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摘要：隨著通信技術的進步，5G網絡正在全面覆蓋，5G基站的數量也將不斷提升，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，也會對碳達峰碳中和造成影響。傳統基站節能技術在節能方面受限制較大，節能效果不明顯，所以提出一種基于物聯網技術的基站節能系統設計，該系統由平臺+硬件構成，支持多種節能策略，節能手段采用物理硬關斷，相比傳統方式節能策略靈活且受環境影響小，能夠更好地進行節能。

關鍵詞：5G；物聯網；基站節能；智能關斷；嵌入式技術；AAU

0引言

隨著通信技術的不斷進步，目前我們已經全面邁入5G時代，隨著5G設備接入量的不斷增加，5G基站的需求必將持續增多，而5G基站的用電量也將不斷增加，從而導致運營商運營成本的持續增加。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”，即中國移動碳達峰碳中和行動計劃，為了做到“三能六綠”的新模式，基站節能技術將在未來發揮重要作用。傳統的基站節能技術主要依靠兩點：一是硬件生產工藝的進步，減少設備功耗，改善設備的發熱程度；二是依靠軟件方式進行節能，目前已經應用的主要是符號關斷、通道關斷以及深度休眠這三種方式。傳統的軟件節能方式主要依賴話務統計經驗，并且其參數設置基本上由人工進行確定，環境因素對節能效果的影響較大，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能效果[1-2]。基于此，本文提出一種基于物聯網技術的基站節能系統設計。該系統由“平臺+硬件”構成，利用智能關斷設備對有源天線單元（ActiveAntennaUnit,AAU）設備的能耗進行統計和管控；采用物理硬關斷的方式進行基站節能，其節能策略由平臺下發，節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斷設備的狀態和能耗數據，還能按需生成能耗報表，解決目前傳統的軟件節能技術中存在的短板[3]。

1系統總體架構

基站節能系統基于“平臺+硬件”的方式進行設計，平臺由基站節能應用平臺和設備管理平臺構成，硬件是物聯網智能關斷設備；利用物聯網、AI等技術，根據基站業務量的“潮汐現象”等，由平臺生成節能策略，借由物聯網智能關斷設備對基站主設備的供電進行控制，實現動態關斷，以達到節能目的。系統總體架構如圖1所示。物聯網智能關斷設備主要分為空開和1U（1Unit，一種表示服務器外部尺寸的單位）機箱兩種產品形態，兩種形態的設備都支持多路直流輸出，支持電壓、電流、功率和用電量等數據的記錄，支持實時開合閘、定時延時開合閘等操作，智能關斷硬件能夠實時檢測回路狀態以及過壓、欠壓、過流、過載、漏電等異常狀態。以上所有功能都借由MQTTS協議（MessageQueuingTelemetryTransportwithTLS，采用TLS加密的消息隊列遙測傳輸協議）通過2G/4G/CAT.1等傳輸方式與平臺進行通信[4]。設備管理平臺作為系統中所有物聯網智能關斷硬件接入的上級平臺，具備設備接入、設備狀態管理、設備上行數據記錄與推送及命令下發等功能。基站節能應用平臺作為應用層直接面向用戶，能夠實現節能策略定制、站點節能數據查看、節能終端控制、運維監控等功能。

2物聯網智能關斷設備設計概要

物聯網智能關斷設備作為基站節能系統的末端部分，承擔了直接對基站主設備的節能控制功能，其產品形態根據關斷器件不同而分為空開和繼電器控制（即1U機箱樣式）兩種。物聯網智能關斷設備的硬件主要由微型控制單元（MicrocontrollerUnit,MCU）控制模塊、通信模塊、電量數據采集模塊、供電模塊、關斷模塊和電路保護模塊等部分組成，結構如圖2所示。MCU控制模塊承擔了智能關斷設備的邏輯控制，處理來自通信、電量數據采集等模塊傳來的命令或數據，并且進行上傳數據和節能策略的執行。該模塊可采用STM32等主流單片機運行實時操作系統（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數據，采用支持CAT.1等主流物聯網網絡制式的通信模組；電量數據采集模塊負責采集各回路的電流電壓等信息，將采集數據提供給MCU控制模塊，由其根據數據輸入計算出每個回路的電量信息用于數據上報[5]。供電模塊負責給物聯網智能關斷設備及其接入的基站主設備進行供電；電路保護模塊負責進行漏電流等異常情況的檢測和處理。關斷模塊則是執行基站主設備供電回路分閘合閘的處理，可以通過空開或者繼電器進行關斷處理。此外，物聯網智能關斷設備在基站節能系統中必須具備異常狀態的自我處理能力，在發生各類過壓告警時會自動分閘防止事故，設備非正常離線時要保障主設備正常供電工作。

3基站節能平臺架構設計

基站節能平臺作為設備管理、節能策略調度、節能效果展示等功能的載體，在整個系統設計中具有重要作用。基站節能平臺前端展示為Web頁面，可在Web端進行各項操作，前端Web基于VUE框架，以組件化思想進行打造，后端采用SpringCloud打造微服務系統，并且采用高性能消息中間件保障與物聯網智能關斷設備的消息處理能力。平臺整體采用模塊化設計，可拓展性強。基站節能平臺由兩部分組成，分別是基站節能應用平臺和設備管理平臺，其架構如圖3所示。設備管理平臺作為設備直接接入的平臺，對設備進行直接的數據交互，包括設備接入模塊、協議解析模塊、數據存儲模塊、設備管理模塊、數據推送模塊和相應的應用程序編程（ApplicationProgrammingInterface,API）接口、遠程升級模塊、日志模塊等構成。設備管理平臺通過設備接入模塊采用MQTT通信協議與下層物聯網智能關斷設備建立連接，并且設備管理平臺對設備上報數據進行解析和存儲，也可以通過下行命令對終端進行控制，利用數據推送模塊和API接口與上層的基站節能應用平臺進行數據交互和命令交互，遠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備接入的各項動作[6-7]。基站節能應用平臺作為頂層應用平臺，由節能策略模塊、設備控制模塊、節能分析模塊、數據展示模塊和運維監控模塊構成。節能策略模塊實現物聯網智能關斷設備的開合閘動作的規劃，根據用戶選擇可以進行手動設置，以日、周、月為周期，采用分閘合閘時間段精確到秒的定時關斷節能策略；也可以將話務信息、基站業務量的“潮汐現象”等作為輸入，通過AI模型動態地輸出節能策略，進行動態節能[8]；設備控制模塊直接與設備管理平臺對接，利用HTTPS的API進行通信，對智能關斷設備下發各種控制命令；節能分析模塊依托智能關斷設備上報的數據進行節能分析；數據展示模塊包含數據駕駛艙、數據報表和分析報表等功能，用于向客戶進行數據展示；運維監控則是對整個平臺進行運維管理和監控管理[9-10]。

4結語

本文提出了基于物聯網技術的基站節能系統設計，該系統采用“平臺+硬件”的方案，克服了傳統單純依靠軟件節能方式的缺點；利用硬件直接關斷設備的方式，徹底進行斷電處理，并且依靠時間策略、AI策略等多重關斷策略進行節能，提高了節能效率；利用平臺管控智能關斷設備，在數據駕駛艙的展示下，對所有已經安裝節能終端的站點情況一目了然，所有節能數據能直觀地獲取，提高了管理效率。該系統設計能夠克服傳統軟件節能方式的缺點，提高節能效果，有效助力中國移動“碳達峰碳中和”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:中移物聯網有限公司