CN112566226A - 5g基站智能化节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种5G基站智能化节能方法，S1，区分无线基站的具体特征，确定初始节能配置；S2，通过二阶平滑预测算法，预测节能参数门限；S3，基于实时KPI监测的节能参数调整机制。本发明优点在于有效克服了传统节能手段应用模式僵化、灵活性差、反应时间慢、节能效果差、无法与用户感知及KPI有效结合的问题，采用C++语言编制系统界面处理现网海量小区级历史性能数据，按节能效果进行筛选分类，挑选出适用于节能策略的小区，通过二阶平滑预测算法对适用小区的业务量发展趋势进行预测，得出分小区的节能时间窗口，然后通过基于KPI实时监测的节能参数调整机制，根据小区负荷变化动态调整节能参数，实现小区节能效果与用户感知达到最佳平衡点。

Description

5G基站智能化节能方法

技术领域

本发明涉及5G基站，尤其是涉及5G基站智能化节能方法。

背景技术

伴随着5G的蓬勃发展，各种新业务和新场景应运而生，5G网络的建设规模也随之不断扩大，终端和数据流量迅猛增长，这就使得网络数据增长和无线基站能耗之间的矛盾愈演愈烈。据有关统计，在典型的网络场景中，整网能耗的45%左右为无线站点能耗，而无线站点能耗中的一半以上为无线基站的能耗，因此，对无线基站节能降耗是网络节能的重中之重。

目前，网络设备工作模式为一直长期运行模式。对无线基站的节能方式主要有两种，一种是硬件节能，一种是软件节能。硬件节能是通过将网络设备的架构进行优化后，提升系统的能效比，进而降低整体的网络设备能耗，是一种无法动态调整的节能方式；软件节能是通过分析固定时段业务状态及特征，采用不同的策略对载频、通道、符号等特性来调整无线基站的工作时间，进而提升网络设备的效能比。目前，传统的5G基站节能方法存在的不足是：1、缺乏灵活能动性和持续演进性；2、数据分析冗长繁琐、响应延后无实时性。

发明内容

本发明目的在于提供一种5G基站智能化节能方法，在保证网络KPI（关键绩效指标）的基础上，使节能效果最大化，实现能耗与性能的最佳平衡。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述5G基站智能化节能方法，包括下述步骤：

S1，区分无线基站的具体特征，确定初始节能配置：

S1.1，根据5G基站的组网类型、站型配置、负荷类型和特征，以及基站的覆盖特征（是否存在弱覆盖），确定节能策略，步骤如下：

S1.1.1，符号级节能策略：

符号关断功能的原理是在网络负荷低的情况下，通过将发射方式改为不连续发射来降低设备功耗的；所述符号关断功能开启后，在下行通道中没有出现用户数据的情况下，系统将主动关闭相对应的射频模块从而达到减少基站功耗的目的；本策略适用于所有5G基站；

S1.1.2，通道级节能策略：

5G网络中由于采用了大规模天线技术，在实际工作状态下，业务负荷较低的业务场景，在保障覆盖和业务不受影响的条件下，通过关闭部分射频通道的发射功率，来实现基站的节能；本策略适用于话务潮汐效应较明显的区域（学校、城区）和空载或轻载网络；

S1.1.3，载波级节能策略：

在多种网络制式同时覆盖一个区域的网络条件下，一个载波用于实现基本网络覆盖，另外一个载波用于实现容量补充；通过监控网络关键指标，在业务相对空闲的状态下关闭用于补充容量的载波，进而实现节能的效果，本策略适用于话务潮汐效应较明显的区域（学 校、城区）和空载或轻载网络；

S1.1.4，AAU深度休眠节能策略：

所述AAU深度休眠技术是通过深度关闭AAU器件，使得AAU进入极低功耗休眠模式，最大化节能，本策略适用于低话务场景和空载网络；

S1.1.5，共模基站协同关断节能策略：

当5G NR基站和4G基站为共模基站时，该基站应根据5G和4G网络业务量的变化，适时进行相关硬件器件的关断或休眠,达到降低基站功耗的目的；本策略适用于共址4G基站覆盖较好，优于5G，同时5G基站主要用于热点业务吸收的场景；

S1.1.6，下行载波智能关断节能策略：

在部署多层5G网络的区域，如果覆盖层网络承载同覆盖或覆盖范围内的容量层全部业务，关断容量层小区，从而减少能耗；本策略适用以3.5G、2.1G网络覆盖基本完善后的5G网络，在3.5G基站的闲时时段，关闭3.5G基站载波，仅保留2.1G载波，达到有效节能的目的；

S1.2，分析基站小区级数据，确定初始节能参数设置：

S1.2.1，基于区域小区历史数据，针对不同节能策略的应用场景分别确定统一闲时； 即，根据各类场景，结合小区的历史负荷数据（主要参考空口下行流量），综合对比不同时段下行流量与全天流量的比值，确定出各类场景的5G基站的闲时时段；

S1.2.2，基于区域小区统一闲时内的总体负荷水平确定门限：；在各区域5G基站的闲时时段带内，参考下行PRB利用率、RRC平均连接用户数，评估总体负荷水平，并初步确定负荷水平门限；

S1.2.3，确定门限兼顾不同节能策略应用的负荷场景：参考不同场景的节能使用策略，根据不同负荷水平与节能策略效能的高低，确定相关节能策略的使用顺序，即，高负荷场景采用符号关断措施，低负荷场景采用通道关断、载波关断等措施；

S1.2.4，根据统一门限确定每个小区的节能时间段：根据确定的统一节能门限，结合各小区闲时时段的特征，确定每个小区的节能时间段；

S1.3，配置合理的节能参数初始设置：根据上述分析，确定适用节能策略的小区，配置节能策略，并相应确定初始节能门限和时间段。

S2，通过二阶平滑预测算法，预测节能参数门限:

基于小区话务历史数据（按周进行统计，区分工作日及节假日）对网络进行监控与分析，根据小区历史数据和对节能策略的适用度，区分出适用、不适用、一般适用三类小区，按天拆分并采用二次指数平滑预测算法，得到计算性能最优、优化效果最好的时间序列预测模型；通过所述时间序列预测模型，自动调整针对不同场景和业务需求在基站的载波级输出方案，实现“一载波一方案”，最大限度实现节能效果的最大化；

S3，基于实时KPI监测的节能参数调整机制：

传统的节能方案以平衡各种场景为目标，因此一般采用较低的阈值，这样会削弱节能的实际效果。通过使用基于实时KPI监控的节能参数调整策略，可在确保网络性能的基本不受影响基础上实现节能效果最大化。

首先，系统将基于基站配置和话务统计，定义KPI基准线，以此作为保证用户感知的基准线；之后，定时读取KPI数据，判断是否超过所述KPI基准线；若超过，则进行节能参数回退，最终达到系统性能与节能的最佳平衡点。

所述基于实时KPI监测的节能参数调整机制，包括四个参数：节能开启门限、节能关闭门限、节能监测周期、节能保护周期；

系统根据固定的采样时间间隔监测的KPI性能负荷指标，在小区负荷达到所述节能开启门限后，持续监测一个节能监测周期，若小区负荷平均值仍满足节能开启门限，则开启节能策略，若在开启节能开启门限后一段时间，系统监测到小区负荷变化达到所述节能关闭门限，持续监测一个所述节能保护周期，若小区负荷平均值仍满足节能关闭门限，则关闭节能策略；

不同的节能门限对应不同的节能策略，视小区的负荷变化情况采取梯次的节能策略开启方式；比如一个节能监测周期内，区域小区PRB利用率小于10%且区域小区RRC平均连接用户数小于10个，开启深度休眠节能模式，在下一个节能监测周期内，小区PRB利用率在（10%-20%）之间且小区RRC平均连接用户数在（10-20）之间，则关闭深度休眠模式，开启载波关断模式。如此可在最大限度保证用户感知的基础上，有效实施相关节能策略。

本发明优点在于有效克服了传统节能手段应用模式僵化、灵活性差、反应时间慢、节能效果差、无法与用户感知及KPI有效结合的问题，采用C++语言编制系统界面处理现网海量小区级历史性能数据，按节能效果进行筛选分类，挑选出适用于节能策略的小区，通过先进的二阶平滑预测算法对适用小区的业务量发展趋势进行预测，进而得出分小区的节能时间窗口，然后通过基于KPI实时监测的节能参数调整机制，根据小区负荷变化动态调整节能参数，实现小区节能效果与用户感知达到最佳平衡点。

附图说明

图1是本发明所述二次指数平滑预测算法的算法流程图。

图2是本发明所述二阶平滑预测算法的代码截图。

图3是本发明所述二次指数平滑预测算法的实现过程流程图。

图4是本发明所述二阶平滑预测算法生成配置方案数据的流程图。

图5是本发明所述二阶平滑预测算法生成配置方案数据的代码截图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本发明所述5G基站智能化节能方法，包括下述步骤：

S1，区分无线基站的具体特征，确定初始节能配置：

S1.1，根据5G基站的组网类型、站型配置、负荷类型和特征，以及基站的覆盖特征（是否存在弱覆盖），确定节能策略，步骤如下：

S1.1.1，符号级节能策略：

符号关断功能的原理是在网络负荷低的情况下，通过将发射方式改为不连续发射来降低设备功耗的；所述符号关断功能开启后，在下行通道中没有出现用户数据的情况下，系统将主动关闭相对应的射频模块从而达到减少基站功耗的目的；本策略适用于所有5G基站；

S1.1.2，通道级节能策略：

5G网络中由于采用了大规模天线技术，在实际工作状态下，业务负荷较低的业务场景，在保障覆盖和业务不受影响的条件下，通过关闭部分射频通道的发射功率，来实现基站的节能；本策略适用于话务潮汐效应较明显的区域（学校、城区）和空载或轻载网络；

S1.1.3，载波级节能策略：

在多种网络制式同时覆盖一个区域的网络条件下，一个载波用于实现基本网络覆盖，另外一个载波用于实现容量补充；通过监控网络关键指标，在业务相对空闲的状态下关闭用于补充容量的载波，进而实现节能的效果，本策略适用于话务潮汐效应较明显的区域（学 校、城区）和空载或轻载网络；

S1.1.4，AAU深度休眠节能策略：

所述AAU深度休眠技术是通过深度关闭AAU器件，使得AAU进入极低功耗休眠模式，最大化节能，本策略适用于低话务场景和空载网络；

S1.1.5，共模基站协同关断节能策略：

当5G NR基站和4G基站为共模基站时，该基站应根据5G和4G网络业务量的变化，适时进行相关硬件器件的关断或休眠,达到降低基站功耗的目的；本策略适用于共址4G基站覆盖较好，优于5G，同时5G基站主要用于热点业务吸收的场景；

S1.1.6，下行载波智能关断节能策略：

在部署多层5G网络的区域，如果覆盖层网络承载同覆盖或覆盖范围内的容量层全部业务，关断容量层小区，从而减少能耗；本策略适用以3.5G、2.1G网络覆盖基本完善后的5G网络，在3.5G基站的闲时时段，关闭3.5G基站载波，仅保留2.1G载波，达到有效节能的目的；

S1.2，分析基站小区级数据，确定初始节能参数设置：

S1.2.1，基于区域小区历史数据，针对不同节能策略的应用场景分别确定统一闲时； 即，根据各类场景，结合小区的历史负荷数据（主要参考空口下行流量），综合对比不同时段下行流量与全天流量的比值，确定出各类场景的5G基站的闲时时段；

S1.2.2，基于区域小区统一闲时内的总体负荷水平确定门限：；在各区域5G基站的闲时时段带内，参考下行PRB利用率、RRC平均连接用户数，评估总体负荷水平，并初步确定负荷水平门限；

S1.2.3，确定门限兼顾不同节能策略应用的负荷场景：参考不同场景的节能使用策略，根据不同负荷水平与节能策略效能的高低，确定相关节能策略的使用顺序，即，高负荷场景采用符号关断措施，低负荷场景采用通道关断、载波关断等措施；

S1.2.4，根据统一门限确定每个小区的节能时间段：根据确定的统一节能门限，结合各小区闲时时段的特征，确定每个小区的节能时间段；

S1.3，配置合理的节能参数初始设置：根据上述分析，确定适用节能策略的小区，配置节能策略，并相应确定初始节能门限和时间段。

S2，通过二阶平滑预测算法，预测节能参数门限:

如图1所示，基于小区话务历史数据（按周进行统计，区分工作日及节假日）对网络进行监控与分析，根据小区历史数据和对节能策略的适用度，区分出适用、不适用、一般适用三类小区，按天拆分并采用二次指数平滑预测算法，得到计算性能最优、优化效果最好的时间序列预测模型；通过所述时间序列预测模型，自动调整针对不同场景和业务需求在基站的载波级输出方案，实现“一载波一方案”，最大限度实现节能效果的最大化；二阶平滑预测算法代码截图如图2所示。

二次指数平滑预测算法的实现过程如图3所示，参数读取：软件初始化时，设置参数值。当参数改变时，重新读取参数值。

数据预测：

a)遍历数据文件；

b)筛选同一对象编号的数据，解析每个单元格数据；

c)对同一对象编号数据按时间正序排列；

d)解析不同时间点的PRB利用率、RRC连接数等，存入对应数组；

e)对不同时间组数据，计算不同平滑系数的平滑值数据，使用平均绝对误差分析最优平滑系数；

f)按时间组数据，使用指数平滑法预测第二天数据；

g)对预测数据进行分析，判断节能配置；

h)组织输出数据；

i)写入文件。

通过对小区历史话务数据的预测，准确判断未来短周期内话务数据，根据预定的小区负荷门限，获得该小区的节能窗口时间段，为后续开启节能策略提供时间节点依据；算法代码截图如图4所示。

S3，基于实时KPI监测的节能参数调整机制：

传统的节能方案以平衡各种场景为目标，因此一般采用较低的阈值，这样会削弱节能的实际效果。通过使用基于实时KPI监控的节能参数调整策略，可在确保网络性能的基本不受影响基础上实现节能效果最大化。

如图3所示，首先，系统将基于基站配置和话务统计，定义KPI基准线，以此作为保证用户感知的基准线；之后，定时读取KPI数据，判断是否超过所述KPI基准线；若超过，则进行节能参数回退，最终达到系统性能与节能的最佳平衡点；实现过程如下：

a)遍历实时数据文件；

b)对实时数据分析，判断节能配置；

c)分析当前预测文件是否有节能配置，有，若不一致调整，没有，若实时数据有节能配置则新插入一条数据；

d)组织输出数据；

e)写入文件。

基于实时KPI监测的节能参数调整机制，包括四个参数：节能开启门限、节能关闭门限、节能监测周期、节能保护周期；

如图4、5所示，系统根据固定的采样时间间隔监测的KPI性能负荷指标，在小区负荷达到所述节能开启门限后，持续监测一个节能监测周期，若小区负荷平均值仍满足节能开启门限，则开启节能策略，若在开启节能开启门限后一段时间，系统监测到小区负荷变化达到所述节能关闭门限，持续监测一个所述节能保护周期，若小区负荷平均值仍满足节能关闭门限，则关闭节能策略；

不同的节能门限对应不同的节能策略，视小区的负荷变化情况采取梯次的节能策略开启方式；比如一个节能监测周期内，区域小区PRB利用率小于10%且区域小区RRC平均连接用户数小于10个，开启深度休眠节能模式，在下一个节能监测周期内，小区PRB利用率在（10%-20%）之间且小区RRC平均连接用户数在（10-20）之间，则关闭深度休眠模式，开启载波关断模式。如此可在最大限度保证用户感知的基础上，有效实施相关节能策略。

Claims (2)

1.一种5G基站智能化节能方法，其特征在于：包括下述步骤：

S1，区分无线基站的具体特征，确定初始节能配置：

S1.1，根据5G基站的组网类型、站型配置、负荷类型和特征，以及基站的覆盖特征，确定节能策略，步骤如下：

S1.1.1，符号级节能策略：

符号关断功能的原理是在网络负荷低的情况下，通过将发射方式改为不连续发射来降低设备功耗的；所述符号关断功能开启后，在下行通道中没有出现用户数据的情况下，系统将主动关闭相对应的射频模块从而达到减少基站功耗的目的；本策略适用于所有5G基站；

S1.1.2，通道级节能策略：

5G网络中由于采用了大规模天线技术，在实际工作状态下，业务负荷较低的业务场景，在保障覆盖和业务不受影响的条件下，通过关闭部分射频通道的发射功率，来实现基站的节能；本策略适用于话务潮汐效应较明显的区域和空载或轻载网络；

S1.1.3，载波级节能策略：

在多种网络制式同时覆盖一个区域的网络条件下，一个载波用于实现基本网络覆盖，另外一个载波用于实现容量补充；通过监控网络关键指标，在业务相对空闲的状态下关闭用于补充容量的载波，进而实现节能的效果，本策略适用于话务潮汐效应较明显的区域和空载或轻载网络；

S1.1.4，AAU深度休眠节能策略：

所述AAU深度休眠技术是通过深度关闭AAU器件，使得AAU进入极低功耗休眠模式，最大化节能，本策略适用于低话务场景和空载网络；

S1.1.5，共模基站协同关断节能策略：

当5G NR基站和4G基站为共模基站时，该基站应根据5G和4G网络业务量的变化，适时进行相关硬件器件的关断或休眠,达到降低基站功耗的目的；本策略适用于共址4G基站覆盖较好，优于5G，同时5G基站主要用于热点业务吸收的场景；

S1.1.6，下行载波智能关断节能策略：

在部署多层5G网络的区域，如果覆盖层网络承载同覆盖或覆盖范围内的容量层全部业务，关断容量层小区，从而减少能耗；本策略适用以3.5G、2.1G网络覆盖基本完善后的5G网络，在3.5G基站的闲时时段，关闭3.5G基站载波，仅保留2.1G载波，达到有效节能的目的；

S1.2，分析基站小区级数据，确定初始节能参数设置：

S1.2.1，基于区域小区历史数据，针对不同节能策略的应用场景分别确定统一闲时；即，根据各类场景，结合小区的历史负荷数据，综合对比不同时段下行流量与全天流量的比值，确定出各类场景的5G基站的闲时时段；

S1.2.2，基于区域小区统一闲时内的总体负荷水平确定门限：；在各区域5G基站的闲时时段带内，参考下行PRB利用率、RRC平均连接用户数，评估总体负荷水平，并初步确定负荷水平门限；

S1.2.3，确定门限兼顾不同节能策略应用的负荷场景：参考不同场景的节能使用策略，根据不同负荷水平与节能策略效能的高低，确定相关节能策略的使用顺序，即，高负荷场景采用符号关断措施，低负荷场景采用通道关断、载波关断等措施；

S1.2.4，根据统一门限确定每个小区的节能时间段：根据确定的统一节能门限，结合各小区闲时时段的特征，确定每个小区的节能时间段；

S1.3，配置合理的节能参数初始设置：根据上述分析，确定适用节能策略的小区，配置节能策略，并相应确定初始节能门限和时间段；

S2，通过二阶平滑预测算法，预测节能参数门限:

基于小区话务历史数据对网络进行监控与分析，根据小区历史数据和对节能策略的适用度，区分出适用、不适用、一般适用三类小区，按天拆分并采用二次指数平滑预测算法，得到计算性能最优、优化效果最好的时间序列预测模型；通过所述时间序列预测模型，自动调整针对不同场景和业务需求在基站的载波级输出方案，实现“一载波一方案”，最大限度实现节能效果的最大化；

S3，基于实时KPI监测的节能参数调整机制：

首先，系统将基于基站配置和话务统计，定义KPI基准线，以此作为保证用户感知的基准线；之后，定时读取KPI数据，判断是否超过所述KPI基准线；若超过，则进行节能参数回退，最终达到系统性能与节能的最佳平衡点。

2.根据权利要求1所述的5G基站智能化节能方法，其特征在于：所述基于实时KPI监测的节能参数调整机制，包括四个参数：节能开启门限、节能关闭门限、节能监测周期、节能保护周期；

系统根据固定的采样时间间隔监测的KPI性能负荷指标，在小区负荷达到所述节能开启门限后，持续监测一个节能监测周期，若小区负荷平均值仍满足节能开启门限，则开启节能策略，若在开启节能开启门限后一段时间，系统监测到小区负荷变化达到所述节能关闭门限，持续监测一个所述节能保护周期，若小区负荷平均值仍满足节能关闭门限，则关闭节能策略；

不同的节能门限对应不同的节能策略，视小区的负荷变化情况采取梯次的节能策略开启方式。

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