CN113873627A - 一种应用于电源节能柜的5g基站节能实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，该方法包括如下步骤：节电系统下发指令，到核心网网管去查询当前基站所在位置及NB‑IOT节电柜设备对应的IMEI号。核心网网管提供信息查询接口，将节能系统下发的查询命令接收，并返回相关数据。节能系统接收到核心网网管系统返回的数据信息，通过“多态势感知决策算法”对该基站是否需要开关电进行计算。计算的结果是否低于用户阈值，不低于用户阈值维持通电状态，流程结束。当低于用户阈值时，节电系统下发5G用户切换到4G网络的命令到核心网网管系统。核心网网管将用户迁移到4G网络。迁移结束后，节能系统下发查询可以休眠设备信息到核心网网管系统。本发明避免了维护人员受到意外伤害。

Description

一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法

技术领域

本发明涉及一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，属于通信技术领域。

背景技术

目前5G基站大多采用MIMO技术，但单个5G AAU功耗出现了数倍于4G RRU的问题，并且耗电量居高不下，根据最新数据分析显示，4G的单系统功耗仅为1300W，5G是4G的3-4倍，以当前平均1.3元/度的转供电价计算。在2020年，一个4G基站全年的电费是20280元，而一个5G基站每年的电费将高达54600元。比如，某通信企业2020年内要建成超过30万个5G基站，光电费就超过160亿元。因此5G基站的节能技术为5G发展过程中的一个重要课题。当前市场的5G基站节能技术是根据电网实时电价进行切换，电价高时使用储蓄电量，电价低时，使用电网电量并给储能设备储能。借助风能或太阳能蓄电，并提供电量。

目前宏基站中“射频及天馈”部分的AAU的功耗与基站工作负荷成正比，波动较大，满配时最大1100W/AAU，空载时600W左右。整站波动超过1350W，如果原来有4G设备且建站时间较长情况下，进站总配电线路将受到较大影响，最终表现为用电峰值出现低压、电线发热等问题，线损加大，因此很多配电箱需要通过末端网络能源备电电池提供平抑电压波动甚至断电对电网网络稳定性造成的影响。现有《5G基站节能的方法、装置、电子设备及存储介质》及《一种5G基站的节能方法》专利中，考虑到对话务量低于某一门限时，对设备下电。

目前现有技术的缺陷和不足包括：

1)根据电网实时电价进行供电服务缺点；

没有从根本上解决耗能问题，只不过从一种供电方式改为另外一种，总体的用电量是不变的，没有真正为社会带来节能减排的作用；

2)使用风能与太阳能蓄电平抑用电高峰服务缺点；

依然没有从根本上解决节能减排问题，同时引入了增加机房占地空间等问题，增加了运营费用；

3)《5G基站节能的方法、装置、电子设备及存储介质》及《一种5G基站的节能方法》专利虽然真正实现了节电目标，但是判断关闭基站的依据过于简单粗暴。从单一维度考虑对5G网络设备关停，无法适应“用户体验保障”与“节能减排”的双重需求。网络承载用户在某一时段的地用户量减少，并不意味着下一个时刻这种状态也会持续，也许会面临着用户量突然暴增的局面。在实际的运营过程中，影响5G网络的使用情况，存在多方面的影响因素。总之，仅从“用户量”角度考虑5G网络的节能问题，会频繁对5G设备上下电，对相关物理设备伤害较大，并且影响运行数据，系统会产生数据信息不完整的脏数据，最终影响整个5G系统的正常运转，因此需要寻找一个对网络情况有所预判的智能化关闭启动控制方法，从多维度多角度设计关闭决策系统。

发明内容

本发明目的在于针对降低5G基站的用电量问题，引入多维度对5G网络使用情况智能研判，根据系统的真实使用情况进行分析，减少频繁关断对物理设备造成的损害及系统脏数据的产生，最终实现供电可控及系统保护的目的。考虑到机房空间一般狭小，现有的配电柜大都是锐角，容易对人造成伤害，因此本发明采用圆弧角是为了避免对人造成的伤害。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：节电系统下发指令，到核心网网管去查询当前基站所在位置及NB-IOT节电柜设备对应的IMEI号；该基站归属地存在节假日的日期；获取基站系统时间；该基站所支持的5G业务切片业务类型；对应5G业务切片下的用户数；倘若是普通业务切片，要获取普通用户切片下的用户年龄数据。

步骤2：核心网网管提供信息查询接口，将节能系统下发的查询命令接收，并返回相关数据。

步骤3：节能系统接收到核心网网管系统返回的数据信息，通过“多态势感知决策算法”对该基站是否需要开关电进行计算。

步骤4:看步骤3中计算的结果是否低于用户阈值，不低于用户阈值维持通电状态，流程结束。当低于用户阈值进入步骤5，

步骤5：当低于用户阈值时，节电系统下发5G用户切换到4G网络的命令到核心网网管系统。

步骤6：核心网网管将用户迁移到4G网络。

步骤7：迁移结束后，节能系统下发查询可以休眠设备信息到核心网网管系统。

步骤8：网管系统根据可以下电的设备查询出对应节电柜的IMEI号数据。

步骤9：节电系统根据网管系统返回的节电柜IMEI号信息，下发节电指令。

步骤10：NB-IOT设备根据接收到的节电指令对设备开关电。

有益效果：

1、本发明结合核心网网络数据，综合分析区域在线用户与5G基站数量、承载能力及覆盖范围，尤其在夜间可以通过将5G用户切换到4G网络，从而关闭5G部分载波、通道和天线设备的方法，达到真正的节电的效果。

2、本发明节能系统、网管系统与NB-IOT节电柜之间的协同工作机制，极大降低5G基站的耗电成本，降低线损。决策系统独立于NB-IOT智能配电柜硬件之外，便于升级，从多维度智能研判系统内业务情况，对5G网络情况做出真实的预测，最终下达关闭对应设备的命令给相关的电源配电柜。

3、本发明多维度智能决策模块内的相关算法，NB-IOT配电柜的圆角设计，避免了维护人员受到意外伤害。

附图说明

图1为本发明的5G基站节能方案架构示意图。

图2为5G基站节能方案活动示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

本发明结合网络管理系统及IOT，多态势感知相关算法，对NB-IOT智能配电柜下发控制指令，最终关闭或者启动对应的5G设备，从而达到节电的目的。同时，NB-IOT智能配电柜的角采用圆角设计，解决现场人员施工或维护过着中经常遇到的划伤等问题，使设备设计更加人性化。应用的系统架构和场景包括如下：

如图1所示，本发明的系统架构涉及到“节能控制系统”，“核心网网管”和“NB-IOT智能供电柜”。在整个节电环节中，节能控制系统负责定时发起查询，根据核心网网管反馈的某一区域“用户数量”、“用户信息”及对应区域的“5G基站数量”、“5G基站位置信息”，通过“多态势感知决策模块”计算出可以下电的5G设备，该算法内部对活跃用户量阈值可设置，当用户量下降到一定水平时，将相关基站设备进行关闭，最终达到节约电量的目的。

“节能控制系统”中的“多态势感知决策模块”为该系统的核心。针对网络中的业务情况进行分析，识别基站相关数据，环境信息(如：景区、地铁、机场、商城、住宅小区、产业园区)。不同环境下，对因素响应情况也不尽相同，根据平时监测的数据，做合理区分。如：5G基站承载的业务切片类型因素B、用户数因素U、时间因素T、用户年龄因素A、节假日因素V等来对业务流量预测、节能场景识别等诸多因素，并根据观测历史数据，来引入各因素对整体基站业务影响的权重比K_B、K_U、K_T、K_A、K_V，并且K_B+K_U+K_T+K_A+K_V＝1，其中：

K_B为业务类型的权重百分比；

K_U为用户数量的权重百分比；

K_T为时间因素的权重百分比；

K_A为年龄因素的权重百分比；

K_V为节假日因素的权重百分比。

日期因素V对业务量正向影响权重百分比映射表：

日期的影响表现在是否为法定节假日，在法定假日其数学期望值E(v(date))＝P(v₁)，非法定节假日其数学期望值为E(v(date))＝P(v₂)，其中date为日期。

时间因素T对业务量正向影响权重百分比关系映射表：

在某一时刻T，其时间对业务的影响为E(t)＝P(t_n)。

5G基站业务切片因素类型对业务量正向影响权重百分比映射关系表：

5G基站是按照业务切片划分的，一个基站有可能同时承载多个业务切片下的任务，因此要对其下的业务量情况分别分析。最终得出其数学期望为E(b)＝P(b₁)*b₁+P(b₂)*b₂+…+P(b_n)*b_n，其中：b₁,b₂,…,b_n为对应的用户数量。不同环境及业务切片下，各因素对业务量的影响不同，应根据之前监测到的实际情况合理设置该换算系数，如下分析是以办公场所为例，实际人数因素U对业务量正向影响权重百分比关系映射表：

根据上表，本发明可以得出某一时刻对应的用户数只能对应一个权限百分比系数，因此其对业务影响的数学期望值为：

E(u)＝P(u_n)

用户年龄因素与年龄因素换算权重系数e关系映射表：

其中年龄影响因素只与5G普通用户业务切片下产生作用，其数学期望值为：

E(a)＝P(a₁)*a₁+P(a₂)*a₂+…+P(a_n)*a_n,其中a₁,a₂,…,a_n为对应年龄的用户数量，最终得出业务量在某一时段t内的业务情况用公式

f＝K_V*E(v(date))*K_T*E(t)*K_B*P(b₁)*b₁*K_A*E(a)*K_U*E(u)+K_V*E(v(date))*K_T*E(t)*K_B*(P(b₂)*b₂+P(b₃)*b₃+…+P(b_n)*b_n)

＝K_V*E(v(date))*K_T*E(t)*K_B*[P(b₁)*b₁*K_A*E(a)*K_U*E(u)+P(b₂)*b₂+P(b₃)*b₃+…+P(b_n)*b_n]

＝K_V*K_T*K_B*E(t)*E(v(date))*[P(b₁)*b₁*K_A*E(a)*K_U*E(u)+P(b₂)*b₂+P(b₃)*b₃+…+P(b_n)*b_n]

本发明在正确判断及预测网络使用情况，当多因素感知决策系统中判断的实际业务量减少，即f低于阈值时，将5G用户软切换到4G网络，相关5G切片网络的业务信息实现软切换，最终将当前5G网络切片所涉及到的设备断电，达到最大限度节约用电的目的，办公园区内的5G基站在节假日甚至可以全天候关闭，当节假日结束，提前唤醒相关配电柜给对应5G设备上电，这样既满足节电目标又不影响用户感知。

控制方式，节能控制系统通过下发控制命令到NB-IOT的电源模块，将对应的物理设备进行关闭。

如图2所示，本发明在当用户量及其低时，可以考虑将现网用户转为4G用户，并将整体5G网络关闭，当用户数量上升时，再将对应的5G设备恢复供电，5G核心网的AMF与4G的MME是互通的。节能控制系统中可以查询出给对应5G基站设备供电的智能节能柜的IMEI号，通过IOT设备管理平台(目前的平台可以根据运营商不同，选择不同的管理平台，如中国电信的CTWing物联接入平台,移动的为OneNet物联设备接入管理平台)，下发相关的指令，让智能节能柜响应命令，进而达到对应5G设备通断电的功能。根据预设的用户阈值来判断是否对现网用户进行迁移，并关闭对应的5G基站中的耗能设备，达到节电的目的。

针对5G基站节电管控系统，其节电的核心包括“节能控制系统”与“NB-IOT智能供电柜”，其中节能控制系统包括4个核心模块：目标区域内“5G基站信息查询”模块，“活跃用户查询”模块，“多态感知决策”模块，“NB-IOT智能配电柜控制”模块。而NB-IOT智能供电柜包含“无线指令接收”模块，“电源控制”模块。

节能控制系统

·5G基站信息查询模块：通过向核心网网管下发查询指令，对目标优化区域内的5G基站所在位置、位置环境、基站时间、所支撑的5G切片业务类型等信息进行查询；

·活跃用户查询模块：通过向核心网网管系统下发查询指令，对目标优化区域内的活跃用户数、用户位置区域等信息进行查询，对应切片下的用户数、普通用户切片下的用户年龄。

·多态感知决策模块：该部分为节能控制系统的大脑，将“5G基站信息查询”结果与“活跃用户查询”结果做为输入，在用户数量达到5G设备中低负荷的阈值时，通过调用“NB-IOT智能配电柜控制”模块下发关闭部分载波、通道和天线的指令，优先关闭高耗能的高频段载波，保留低频段载波。

·NB-IOT智能配电柜控制模块：该部分为与外部通讯的接口模块，通过下发关闭部分载波、通道和天线的指令，达到最终的节电目的。

NB-IOT智能供电柜

·无线指令接收模块：负责接收节能控制系统中“NB-IOT智能配电柜控制”模块通过NB-IOT设备管理平台透传下来的控制指令，进而调用“电源控制”模块，对部分载波、通道和天线设备进行开关电，进而达到节能减排的目的。

电源控制模块：根据指令，对部分载波、通道和天线设备进行开关电，进而达到节能减排的目的。

如图2所示，本发明5G节能方案活动图中显示的节电步骤包括如下：

步骤1：节电系统下发指令，到核心网网管去查询当前基站所在位置及NB-IOT节电柜设备对应的IMEI号；该基站归属地存在节假日的日期；获取基站系统时间；该基站所支持的5G业务切片业务类型；对应5G业务切片下的用户数；倘若是普通业务切片，要获取普通用户切片下的用户年龄数据。

步骤2：核心网网管提供信息查询接口，将节能系统下发的查询命令接收，并返回相关数据。

步骤3：节能系统接收到核心网网管系统返回的数据信息，通过“多态势感知决策算法”对该基站是否需要开关电进行计算。

步骤4:看步骤3中计算的结果是否低于用户阈值，不低于用户阈值维持通电状态，流程结束。当低于用户阈值进入步骤5，

步骤5：当低于用户阈值时，节电系统下发5G用户切换到4G网络的命令到核心网网管系统。

步骤6：核心网网管将用户迁移到4G网络。

步骤7：迁移结束后，节能系统下发查询可以休眠设备信息到核心网网管系统。

步骤8：网管系统根据可以下电的设备查询出对应节电柜的IMEI号数据。

步骤9：节电系统根据网管系统返回的节电柜IMEI号信息，下发节电指令。

步骤10：NB-IOT设备根据接收到的节电指令对设备开关电。

本发明通过该系统的控制，可以分析时段5G用户对5G网络的使用情况，对夜间的5G用户使用数量低的情况，节电效果较好，产生了一定的经济价值。

Claims (4)

1.一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：节电系统下发指令，到核心网网管去查询当前基站所在位置及NB-IOT节电柜设备对应的IMEI号，该基站归属地存在节假日的日期，获取基站系统时间，该基站所支持的5G业务切片业务类型，对应5G业务切片下的用户数；倘若是普通业务切片，要获取普通用户切片下的用户年龄数据；

步骤2：核心网网管提供信息查询接口，将节能系统下发的查询命令接收，并返回相关数据；

步骤3：节能系统接收到核心网网管系统返回的数据信息，通过“多态势感知决策算法”对该基站是否需要开关电进行计算；

步骤4:看步骤3中计算的结果是否低于用户阈值，不低于用户阈值维持通电状态，流程结束，当低于用户阈值进入步骤5；

步骤5：当低于用户阈值时，节电系统下发5G用户切换到4G网络的命令到核心网网管系统；

步骤6：核心网网管将用户迁移到4G网络；

步骤7：迁移结束后，节能系统下发查询可以休眠设备信息到核心网网管系统；

步骤8：网管系统根据可以下电的设备查询出对应节电柜的IMEI号数据；

步骤9：节电系统根据网管系统返回的节电柜IMEI号信息，下发节电指令；

步骤10：NB-IOT设备根据接收到的节电指令对设备开关电。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，其特征在于，当用户数量上升时，再将对应的5G设备恢复供电，5G核心网的AMF与4G的MME是互通的，节能控制系统中可以查询出给对应5G基站设备供电的智能节能柜的IMEI号，通过IOT设备管理平台下发指令，让智能节能柜响应命令，进而达到对应5G设备通断电的功能，根据预设的用户阈值来判断是否对现网用户进行迁移，并关闭对应的5G基站中的耗能设备。

3.根据权利要求2所述的一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，其特征在于，节能控制系统中的多态势感知决策模块为该系统的核心，针对网络中的业务情况进行分析，识别基站相关数据，环境信息，不同环境下，对因素响应情况也不尽相同，根据平时监测的数据，做合理区分，5G基站承载的业务切片类型因素B、用户数因素U、时间因素T、用户年龄因素A、节假日因素V等来对业务流量预测、节能场景识别等诸多因素，并根据观测历史数据，来引入各因素对整体基站业务影响的权重比K_B、K_U、K_T、K_A、K_V，并且K_B+K_U+K_T+K_A+K_V＝1，其中：

K_B为业务类型的权重百分比；

K_U为用户数量的权重百分比；

K_T为时间因素的权重百分比；

K_A为年龄因素的权重百分比；

K_V为节假日因素的权重百分比；

日期因素V对业务量正向影响权重百分比映射表：

日期的影响表现在是否为法定节假日，在法定假日其数学期望值E(v(date))＝P(v₁)，非法定节假日其数学期望值为E(v(date))＝P(v₂)，其中date为日期；

时间因素T对业务量正向影响权重百分比关系映射表：

在某一时刻T，其时间对业务的影响为E(t)＝P(t_n)；

5G基站业务切片因素类型对业务量正向影响权重百分比映射关系表：

5G基站是按照业务切片划分的，一个基站有可能同时承载多个业务切片下的任务，因此要对其下的业务量情况分别分析，最终得出其数学期望为E(b)＝P(b₁)*b₁+P(b₂)*b₂+…+P(b_n)*b_n，其中：b₁,b₂,…,b_n为对应的用户数量，不同环境及业务切片下，各因素对业务量的影响不同，应根据之前监测到的实际情况合理设置该换算系数，如下是以办公场所，实际人数因素U对业务量正向影响权重百分比关系映射表：

根据上表，本发明可以得出某一时刻对应的用户数只能对应一个权限百分比系数，因此其对业务影响的数学期望值为：

E(u)＝P(u_n)

用户年龄因素与年龄因素换算权重系数e关系映射表：

其中年龄影响因素只与5G普通用户业务切片下产生作用，其数学期望值为：

E(a)＝P(a₁)*a₁+P(a₂)*a₂+…+P(a_n)*a_n,其中a₁,a₂,…,a_n为对应年龄的用户数量，最终得出业务量在某一时段t内的业务情况用公式

f＝K_V*E(v(date))*K_T*E(t)*K_B*P(b₁)*b₁*K_A*E(a)*K_U*E(u)+K_V*E(v(date))*K_T*E(t)*K_B*(P(b₂)*b₂+P(b₃)*b₃+…+P(b_n)*b_n)

＝K_V*E(v(date))*K_T*E(t)*K_B*[P(b₁)*b₁*K_A*E(a)*K_U*E(u)+P(b₂)*b₂+P(b₃)*b₃+…+P(b_n)*b_n]

＝K_V*K_T*K_B*E(t)*E(v(date))*[P(b₁)*b₁*K_A*E(a)*K_U*E(u)+P(b₂)*b₂+P(b₃)*b₃+…+P(b_n)*b_n]

在正确判断及预测网络使用情况，当多因素感知决策系统中判断的实际业务量减少，即f低于阈值时，将5G用户软切换到4G网络，相关5G切片网络的业务信息实现软切换，最终将当前5G网络切片所涉及到的设备断电，达到最大限度节约用电的目的，办公园区内的5G基站在节假日甚至可以全天候关闭，当节假日结束，提前唤醒相关配电柜给对应5G设备上电，这样既满足节电目标又不影响用户感知；

控制方式，节能控制系统通过下发控制命令到NB-IOT的电源模块，将对应的物理设备进行关闭。

4.根据权利要求1所述的一种应用于电源节能柜的5G基站节能实现方法，其特征在于，所述方法的NB-IOT配电柜采用圆角设计。

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