CN102316610A - 一种温度平衡的基站及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度平衡的基站及其实现方法，所述基站包括：温度采集单元，用于采集基站的温度信息；控制单元，用于通过温度采集单元上报的温度信息控制风机转速、监控风机状态和/或预测温度变化趋势；风机组，配备有至少两个以上的具有调速功能的风机单体，所述风机组与控制单元相连。本发明还公开了一种所述基站的实现方法。本发明基于系统内部各点温度，动态调整各自风机转速，同时引入温度预测的机制，在降低了功耗、减少了噪声污染的同时，实现了基站系统温度动态平衡。

Description

一种温度平衡的基站及其实现方法

技术领域

本发明涉及无线基站技术领域，尤其涉及一种温度平衡的基站及其实现方法。

背景技术

对于微型基站或者分布式基站，大多数情况下都是室外环境下运行，运行环境比较恶劣。由于基站在运行过程中会产生一定的热量，另外基站的温度还会受到环境温度的影响。如果外界温度很高，加上基站本身运行所产生的热量，会导致基站温度过高，影响基站的运行性能。为了保证基站在不同环境条件下都能正常运行，必须对这种类型的基站进行温度控制。同一个系统内部，并不是各个点的发热量都一样，因此必然存在局部温度高、局部温度低的情况。目前采用风冷技术对基站温度控制，都是基于所有风机统一控制的方法，具体是：采用具有脉宽调制(Pulse-width Modulation，PWM)调速控制功能的风机，这种类型的风机不仅能提供打开和关闭风机的功能，还可以调节风机的转速。根据基站温度，统一调节所有风机转速，对基站进行散热处理。基本处理原则是温度越高，转速越快(直至全速)，温度越低，转速越慢(直至最低速甚至停止)。

所有风机采用统一控制的策略，虽然可以简化控制过程，但是，基站系统中各个点的发热量一般都不是一样的，而且实际上采用来控制风机的参考温度一般是系统内部温度最高点的值，对于系统内大部分温度较低的点来说，更低的风机转速已经是可以满足散热要求。统一控制策略无疑造成了极大的功耗浪费。此外，由于风机产生的噪声与转速是成正比例关系的，转速越高，噪声越大。统一控制策略必然带来严重的噪声污染。在实际工程中，就曾经多次出现由于基站风机噪声过大遭到投诉，被运营商要求整改的问题。在噪声污染越来越受到关注，能耗问题也越来越突出的大背景下，这种粗糙的方法已经不能满足用户的需求。当前风机控制策略严重依赖实时温度，由于温度采集的延时，对于短时间内异常温升情况无法提前控制。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种温度平衡的基站及其实现方法，以解决上述背景技术中所提到的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种温度平衡的基站，包括：温度采集单元，用于采集基站的温度信息；控制单元，用于通过温度采集单元上报的温度信息控制风机转速、监控风机状态和/或预测温度变化趋势；风机组，配备有至少两个以上的具有调速功能的风机单体，所述风机组与控制单元相连。

进一步地，所述基站还包括温度存储单元，用于存储基站的温度信息和/或温度变化趋势值，所述温度存储单元包括非易失性存储器FLASH。

进一步地，所述控制单元设置有对外提供基站温度信息和/或风机状态信息的接口。

进一步地，所述具有调速功能的风机单体包括通过脉宽调制或者电压调速的风机单体。

根据本发明的另一方面，提供了一种实现基站温度平衡的方法，包括：设置至少两个具有调速功能的风机；设置一个或多个温度采集单元；根据温度采集单元所采集到的温度值，相应控制风机转速。

进一步地，采用先进先出方式周期存储基站各点温度值；计算温度变化趋势值；根据所述温度变化趋势值相应控制风机转速。

进一步地，当单个风机全速和/或温度异常时，提升相邻一个或多个风机的转速。

进一步地，当风机异常和/或温度异常时，上报告警。

进一步地，当基站某点的当前温度值与上次温度值相差为K时，相应提升风机转速，所述K为大于0的数值。

进一步地，所述根据所述温度变化趋势值相应控制风机转速包括回差控制所述风机转速。

本发明提供的一种温度平衡的基站及其实现方法，基于系统内部各点温度，动态调整各自风机转速，同时引入温度预测的机制，在降低了功耗、减少了噪声污染的同时，实现了基站系统温度动态平衡。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的硬件组成示意图；

图2是本发明实施例的风机控制策略图；

图3是本发明实施例的各点温度值和温度趋势存储示意图；

图4是本发明实施例的温度趋势预测流程图；

图5是本发明实施例的风机转速状态迁移图；

图6是本发明实施例的异常管理策略图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的硬件实现如附图1所示，包括：101温度采集单元、102控制单元，103风机组和104温度存储单元：

101温度采集单元，主要完成基站系统各个关键点的温度信息采集，可以是通过外加的温度采集设备，亦可以利用关键芯片自备的温度监测功能；

102控制单元，完成对基站温度采集单元的控制，风机转速控制、风机状态监控和温度变化趋势预测运算，此外，对外提供温度和风机的状态信息接口，上报到集中控制后台；

103风机组，至少要配备两个以上的风机单体，风机单体是具备调速功能的单体，可以是PWM调速或者电压调速，实现基站系统散热的主要部件是风冷单元，通过风机吹风降温，风机组接受控制单元的监测和控制；

104温度存储单元，例如非易失性存储器FLASH，用于存储基站系统各点温度值，温度存储单元主要用于存储采集到的各点温度信息，用于计算温度变化趋势，实现风机的超前提速降温控制，此外，还存储温度变化趋势的运算结果。

本发明实现基站系统的热平衡，是基于系统设计阶段的热测试过程中积累的数据。在系统设计的热测试阶段，根据系统的工作情况，把系统工作温度范围划分为n(n的数值可以调整，通常n的数值越大，系统温度的控制越精确，但控制过程也越复杂)个等级，每个等级的温度范围都有一个转速与之对应。如图2所示，温度超过Tmax时，风机处于全速Smax状态；低于Tmin时，风机处于最低速Smin状态；中间任意温度Tx时，风机处于与之对应的转速Sx状态。通过动态调整风机转速，实现系统的动态热平衡。其控制的一般原则为：该点温度越高，对应风机转速越快，直到全速，甚至相邻风机也全速；温度越低，风机转速越低，直至最低速。因为实验数据表明，在没有空气流动的机房环境下，即使外界环境温度极低，基站系统内部的热量也必须借助风机进行散热，否则热量会集中在发热点附近，造成温升过高。

本发明实施例中，需要实时检测基站系统内各关键工作点的温度，用作当前风机转速控制的依据。同时，需要周期存储各点温度值，时间间隔设为Δt(Δt时间长短可以调整，例如可以设为5秒)，主要用于温度变化趋势预测运算。因为存储空间有限，因此只给每路温度预留M位的存储空间。为了保证当前写入的是最新一次读取到的温度，存储采用先进先出(fifo)的格式。在存储空间未满前，每存入一个最新的温度值，已经存入的数据全部右移一位；如果存储空间已经满，在存入新数据时，把最先存储的一个数据丢掉。存储过程如图3所示。

温度变化趋势预测运算过程如图4所示，假设当前某点读取到的最新温度为Tm，上一次存储的温度为Tm-1。如果某点的温度Tm-Tm-1≥K(K是大于0的数值，例如取K＝10)，表示在相邻的极短时间内该点温度上升超过10℃。对于基站系统来说，正常情况下温升是一个缓慢的过程，是一个逐步上升的过程，短时间的快速温升是一种异常，需要启动异常处理机制。也就是超前提速降温方法，加快散热速度，保持系统的热平衡。

如果K＞Tm-Tm-1＞0，则认为该点当前温度处于上升趋势，设置并存储趋势标志为‘1’；如果Tm-Tm-1＜0，则认为该点当前温度处于下降趋势，设置并存储趋势标志为‘0’。每个温度采集点的温度趋势运算结果也会被存储到对应的M位趋势存储单元。存储过程如同温度值存储一样，也是采用先进先出(fifo)的方法。利用前后温度的相关性表示了温度变化的趋势。

除了正常的温度调控之外，在全部更新完一次M位寄存器数值的定时时间M*Δt(Δt时间间隔采集存储一次温度，M位寄存器全部更新一次数值后用时为M*Δt)之后，检测M位温度趋势寄存器的数值，如果‘1’的个数大于M-H(H的取值范围是0≤H＜M，是设计者设定的持续升温时间长短的界限。如果系统的容差能力较差，就可以把H设定一个较小值；否则可以适当上调H的取值。)，则认为该点的温度在最近M*Δt的时间内一直处于上升趋势，为了防止温度继续持续上升，需要超前提高风机转速，也就是采取比正常情况下更高的转速。直到下一次M*Δt定时时间到之后检测到温度处于下降趋势之后再次回到正常的调速策略。如果‘1’的个数小于M-H，则认为该点温度在合理的范围之内，维持当前的调速状态。

本发明实施例中，利用温度变化趋势的预测，实现风机的回差控制。假设设定在低于25℃时，设定风机转速为4档；高于25℃时，设定风机转速为5档。这样就会出现温度刚好落在25℃或者上下微小差异时，风机转速就在4档和5档之间频繁切换，会有明显的噪声影响。回差，就是假设当前温度为28℃，风机为5档，温度慢慢下降到23℃，风扇转速才从5档切换到4档，而不是温度稍低于25℃就马上切换到4档。同理，温度由低于25℃往上升，直到超过27℃才会由4档提升到5档。这正负2℃的温差控制就叫做回差控制。如图2所示，假设当前系统温度为Tn，根据系统散热策略，风机转速需要进行提速或降速。如果没有回差控制，就会出现风机转速在Sn和Sn-1之间频繁切换，带来噪声的污染。根据如图4所示的温度趋势运算过程得到的趋势值，如果为‘1’，则直接置为Sn；如果为‘0’，则置为Sn-1。实现回差控制。

本发明实例中，基站系统的动态热平衡过程中，风机状态的跃迁如图5所示。基站上电时，风机直接进入全速Smax状态。如果此时温度T＞Tmax，风机维持全速Smax状态；如果T＜Tmax并且温度处于下降趋势，风机进入中间级-1；如果T＜Tmin，风机进入Smin状态。

在风机处于中间级-1状态，如果T＞Tmax，风机直接跳转到全速Smax状态；如果温度T＜Tn，并且当前温度趋势运算结果为‘0’，风机进入Sn-1状态，否则风机维持原来中间级-1状态，直到温度发生了新的变化。这里需要说明的是，中间级-1只是N个等级中的任意一个状态，不是特指某一个状态。

在风机处于Sn-1状态，如果T＞Tn，风机直接跳转到全速中间级-1状态；如果温度T＜Tn-1，并且当前温度趋势运算结果为‘0’，风机进入中间级-2状态，否则风机维持原来Sn-1状态，直到温度发生了新的变化。需要说明的是，中间级-2只是N个等级中的任意一个状态，不是特指某一个状态。

在风机处于中间级-2状态，如果T＞Tn-1，风机跳转到Sn-1状态；如果温度T＜Tmin，并且当前温度趋势运算结果为‘0’，风机进入最低速的Smin状态，否则风机维持原来中间级-2状态，直到温度发生了新的变化。

本发明实例中，为了维持基站系统的动态热平衡，对风机或温度采集点异常时加入了相应保护。具体保护流程如图6所示。当检测到某点的温度无效时，采用相邻的两个点温度平均，作为当前控制风机的温度；当检测到某风机异常，并且该点的温度异常上升时，通过提高相邻风机的转速直至全速，达到协同降温目的；但检测到某点的温度和风机同时失效时，直接提升相邻风机转速；如果通过存储温度计算到某点的温度变化趋势曲线在一段时间内持续上升，直接启用超前提速降温功能。具体过程是：在M*ΔT时间内，该点温度持续上升，在风机未到全速运转以前，直接提高转速，使系统逐渐降温。当温度回复正常后，风机重新回到正常的控制流程。如果该风机已经全速，通过提升相邻风机转速进行协同降温。如果计算得到短时间ΔT内某点温升大于K，直接提升该点和相邻风机到全速，实现协同降温目的。

综上所述，本发明实施例通过基于系统内部各点温度，动态调整各自风机转速，同时引入温度预测的机制，在降低了功耗、减少了噪声污染的同时，实现了基站系统温度动态平衡。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温度平衡的基站，其特征在于，包括：

温度采集单元，用于采集基站的温度信息；

控制单元，用于通过温度采集单元上报的温度信息控制风机转速、监控风机状态和/或预测温度变化趋势；

风机组，配备有至少两个以上的具有调速功能的风机单体，所述风机组与控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的基站，其特征在于，还包括：

温度存储单元，用于存储基站的温度信息和/或温度变化趋势值，所述温度存储单元包括非易失性存储器FLASH。

3.根据权利要求1或2所述的基站，其特征在于，所述控制单元设置有对外提供基站温度信息和/或风机状态信息的接口。

4.根据权利要求1或2所述的基站，其特征在于，所述具有调速功能的风机单体包括通过脉宽调制或者电压调速的风机单体。

5.一种实现权利要求1所述基站的方法，其特征在于，包括：

设置至少两个具有调速功能的风机；

设置一个或多个温度采集单元；

根据温度采集单元所采集到的温度值，相应控制风机转速。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

采用先进先出方式周期存储基站各点温度值；

计算温度变化趋势值；

根据所述温度变化趋势值相应控制风机转速。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当单个风机全速和/或温度异常时，提升相邻一个或多个风机的转速。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当风机异常和/或温度异常时，上报告警。

9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，当基站某点的当前温度值与上次温度值相差为K时，相应提升风机转速，所述K为大于0的数值。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度变化趋势值相应控制风机转速包括回差控制所述风机转速。

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