CN114430583A - 一种电力5g通信模组及其所适用的自适应功耗控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力5G通信模组及其所适用的自适应功耗控制方法，电力5G通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置有流量和时延的上、下限阈值；自适应功耗控制方法包括：在模组初始化时配置模组运行在最高功耗等级；通过模组所转发的IP数据包包头中的源IP地址确定模组下挂的业务，获取业务的功耗要求等级；根据业务的功耗要求等级对模组的功耗等级进行适应性调整；以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据连续N个统计周期内的平均流量和平均时延与实时运行模式流量和时延的上下限阈值之间的关系，维持或调整模组的运行模式。本发明能够自适应模组的通信负荷进行模组运行模式的调整，可在保证通信稳定性的前提下节约能源消耗。

Description

一种电力5G通信模组及其所适用的自适应功耗控制方法

技术领域

本发明涉及电力无线通信技术领域，特别是一种电力5G通信模组以及一种适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制方法。

背景技术

5G具有大带宽、低时延、高可靠和广连接等特性，可很好的适配电力系统差异化需求，使电力行业终端快速具备5G通信能力。随着OFDM调制阶数的增加和大规模MIMO技术的使用，使得5G通信模组的功耗大幅上升。而电力系统涉及发电、输电、变电、配电、用电、调度六大环节，有配电自动化、用电信息采集、智能巡检、配电网差动保护、高清视频监控、精准负荷控制等多种电力业务，各类电力业务在数据流向、带宽、并发性、时延、功耗等方面需求存在较大差异。实现5G模组的轻型化，在不同应用场景下的差异化功耗控制，有助于加快构建新型电力系统，推动节能减排，助力实现“双碳”目标。

当前通用型5G模组存在以下几方面的问题：一是现有的通用型5G模组均为2G、3G、4G、5G制式全兼容，射频通道及前端天线过多导致模组体积大、功耗高、成本高，而电力业务一般使用行业级物联网卡，绝大多数物联网卡已不再支持2G、3G网络，需要轻型化改造。二是现有的通用型5G模组在功耗控制方面是“一刀切”模式，即硬件上设计了多少射频通道就使用多少资源，没有针对电力业务定制化设计，没有相关软硬件开关和算法来进行自适应的功耗控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力5G通信模组及其所适用的电力5G通信模组的自适应功耗控制方法，能够实现5G通信模组的轻型化，自适应功耗控制方法能够自适应模组的通信负荷进行模组运行模式的调整，可在保证通信稳定性的前提下节约硬件资源。本发明采用的技术方案如下。

一方面，本发明提供一种适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制方法，通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置有流量上限阈值、时延上限阈值、流量下限阈值和时延下限阈值；方法包括：

控制模组运行以对应最高功耗等级的运行模式开始运行；

获取模组开始运行后所转发的数据包中的源IP地址，根据所述源IP地址确定所述模组下挂的业务；

获取所述业务预先确定的功耗要求等级；其中，业务的多个功耗要求等级与模组多个运行模式的功耗等级被预先配置为从低到高一一对应；

判断所述模组下挂业务的功耗要求等级是否为最高等级：若不是最高等级，则调整模组运行在业务功耗要求等级所对应的运行模式，否则控制模组运行在最高功耗等级的运行模式；

以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于当前运行模式的流量下限阈值、平均时延小于当前运行模式的时延下限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。

以上方案中，所述根据流量统计结果维持或调整模组的运行模式，即实现了模组在通信过程中的动态功耗控制，若不符合上调或下调所对应的判断条件，则可维持模组的运行模式不变。

本发明在初始化配置时将模组配置为最高能耗等级运行，可以避免模组在初始运行时即载荷处在很高水平，导致初始转发的数据包流量

进一步的，为了更好的贴合通信模组实际工况，适应更多原因导致的流量变化或不稳定的情形，本发明方法还包括：统计是否存在每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，若存在，且当前模组运行于非最高功耗等级，则在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式，并在Y秒大流量结束后调整模组运行至原运行模式。

可选的，所述在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式为，每隔X-1秒调整模组运行模式，使得模组在Y秒大流量发生的前一秒运行于更高一个功耗等级对应的运行模式。所述的每隔X-1秒意思为每次将运行模式复原到再次升高调整之间的时间间隔。

以上方案中，模组可在每次发生实时流量超过流量上线阈值情况时触发以下统计内容：记录大流量持续的时间，大流量消失到下一次发生的时间间隔，再次持续的时间，再次发生的间隔时间。若满足大流量多次发生的时间间隔相同或差别极小，且大流量持续时间也相同或差别极小，则判断为发生了每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，其中的X及Y即分别对应了实际大流量发生的时间间隔和持续时间，可根据经验设置毫秒级的误差范围。

可选的，相邻两个功耗等级的运行模式中，较高功耗等级的运行模式的流量下限阈值和时延下限阈值，等于较低功耗等级的运行模式的流量上限阈值和时延上限阈值。可简化模组配置以及自适应功耗控制过程中的流量及时延匹配逻辑。

可选的，业务的功耗要求等级的确定包括：

获取各业务在通信过程中的业务数据包，解析得到业务报文，对业务报文提取报文特征值，根据所提取的报文特征值，利用预先构建的业务类型识别模型识别业务的功耗要求等级。

以上方案中，所述业务类型识别模型考虑业务的重要性、业务数据的流量大小以及对通信时延的要求进行构建，报文特征值即与业务重要性、带宽流量要求和时延要求等相关的特征数据，具体构建过程可采用现有神经网络模型构建技术。可选的，模组的运行模式包含下述：

I档功耗等级下，模组关闭5G制式，退化到4GLTE制式，启用最少数量的射频收发通道，关闭其他射频收发通道的元器件供电；

II档功耗等级下，模组工作于5G制式，启用一半数量的射频收发通道，关闭其他射频收发通道的元器件供电；

III档功耗等级下，模组工作于5G制式，启用最多数量的射频收发通道；

其中，I档功耗等级最低， III档功耗等级最高。

第二方面，本发明提供一种适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制装置，通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置有流量上限阈值、时延上限阈值、流量下限阈值和时延下限阈值；自适应功耗控制装置包括：

初始控制模块，被配置用于控制模组以对应最高功耗等级的运行模式开始运行；

业务识别模块，被配置用于获取模组开始运行后所转发的数据包中的源IP地址，根据源IP地址确定模组下挂的业务，以及，获取所述业务预先确定的功耗要求等级；其中，业务的多个功耗要求等级与模组多个运行模式的功耗等级被预先配置为从低到高一一对应；

模组运行模式初调模块，被配置用于判断模组下挂业务的功耗要求等级是否为最高等级：若不是最高等级，则调整模组运行在业务功耗要求等级所对应的运行模式，否则控制模组运行在最高功耗等级的运行模式；

以及，动态功耗调整模块，被配置用于以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于更低一个功耗等级所对应运行模式的流量上限阈值、平均时延小于更低一个功耗等级所对应的时延上限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。

可选的，自适应功耗控制装置还包括：大流量响应处理模块，被配置用于，统计是否存在每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，若存在，且当前模组运行于非最高功耗等级，则在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式，并在Y秒大流量结束后调整模组运行至原运行模式。

可选的，所述大流量响应处理模块在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式为：每隔X-1秒调整模组运行模式，使得模组在Y秒大流量发生的前一秒运行于更高一个功耗等级对应的运行模式。

第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制方法。

第四方面，本发明提供一种适用第一方面所述自适应功耗控制方法的电力5G通信模组，包括：处理器单元、多模射频单元和电源管理单元；所述电源管理单元用于为模组提供工作电源；

多模射频单元包括多模射频芯片、支持公网4G/5G频段以及电力无线专网频段的射频前端，以及天线；

所述处理器单元执行所述自适应功耗控制方法，在模组需要进行运行模式调整时，处理器通过电源管理单元对多模射频单元的射频前端元器件中对应所需频段之外的元器件进行断电控制，并通过修改多模射频芯片的射频参数配置进行射频通道配置。

以上方案中，多模射频单元的射频前端对2G、3G频段的射频元器件进行了裁剪，实现了模组的轻型化，并能够支持实现模组的自适应功耗控制。

可选的，天线的模组连接端通过合路器分别连接射频前端的4G频段天线接口和5G频段天线接口。实现了天线接口的裁剪，能够降低模组功耗，进一步实现轻型化。

可选的，电力5G通信模组还包括安全eSIM芯片单元，其被配置用于加密存储SIM卡号信息，接收处理器单元待加密转发的数据包进行加密后返回处理器单元，以及获取处理器单元接收的加密数据包进行解密后返回处理器单元。

可选的，电力5G通信模组还包括通信接口单元，所述处理器单元包括应用处理器与通信处理器；

所述应用处理器通过通信接口单元与业务终端之间进行交互，获取待转发的业务数据或者将来自基站的数据发送给业务终端；

所述应用处理器被配置为，若接收到业务终端发送的待转发数据，则将待转发数据发送至通信处理器；通信处理器将待转发数据发送至安全eSIM芯片单元，获取安全eSIM芯片单元加密后返回的待转发数据，传输给多模射频单元，通过多模射频单元将数据转发至基站；

所述通信处理器被配置为，若通过多模射频单元接收到基站发送的数据，则将数据发送至安全eSIM芯片单元，获取安全eSIM芯片单元解密后返回的数据，传输给应用处理器，通过应用处理器传输给业务终端。

可选的，所述通信处理器还被配置为，在模组启动开始搜网时，通过7816接口读取安全eSIM芯片单元存储的卡号信息，完成搜网过程中的鉴权身份认证。具体身份认证过程可参考现有技术。

有益效果

本发明的自适应功耗控制方法能够适用具有多种功耗等级运行方式的电力5G通信模组，能够根据模组下挂业务的功耗要求等级适应性的调整模组运行的功耗等级，实现低载荷下的能源节约，以及全载荷范围的可靠通信。且本发明能够适用自适应功耗控制方法的电力5G通信模组，通过对多模射频单元进行结构改进实现频段裁剪，达到模组轻型化设计的目的，降低了成本，结合自适应功耗控制方法能够达到模组运行时的功耗动态调节，在能够保证通信可靠性的基础上，大大提升了能源利用率。

此外，本发明的电力5G通信模组还对安全eSIM芯片单元进行了改进设计，可有效提高电力通信的安全性。

附图说明

图1所示为本发明电力5G通信模组的一种实施例架构示意图；

图2所示为本发明自适应功耗控制方法的一种实施例流程示意图；

图3所示为本发明自适应功耗控制方法中动态功耗调整的一种实施例流程示意图；

图4所示本发明自适应功耗控制方法中根据大流量发生情形进行模组公开等级调整的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本发明的技术构思为：设计电力5G通信模组使其具有可配置调节的对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置流量和时延的上、下限阈值。在模组初始运行时，识别模组下挂业务的功耗要求等级，调整模组运行模式使其适应下挂业务的功耗要求；在模组长期运行过程中，周期性统计模组的流量和时延，根据统计结果调整模组的功耗等级，使得模组能够动态满足业务流量和时延的要求。达到自适应模组的通信负荷进行模组运行模式的调整的目的，在保证通信稳定性的前提下节约能源消耗。

实施例1

本实施例介绍一种适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制方法，能够适用的通信模组如电力5G通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应预设有流量上限阈值、时延上限阈值、流量下限阈值和时延下限阈值。

本实施例的自适应功耗控制方法包括：

控制模组以对应最高功耗等级的运行模式开始运行；

获取模组开始运行后所转发的IP数据包中的源IP地址，根据源IP地址确定模组下挂的业务；

获取预先确定的模组下挂业务的功耗要求等级；其中，业务的多个功耗要求等级与模组多个运行模式的功耗等级被预先配置为从低到高一一对应；

判断模组下挂业务的功耗要求等级是否为最高等级：若不是最高等级，则调整模组运行在业务功耗要求等级所对应的运行模式，否则控制模组运行在最高功耗等级的运行模式；

以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于当前运行模式的流量下限阈值、平均时延小于当前运行模式的时延下限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。

假设适用本实施例方法的电力5G通信模组具有3种运行模式，从低到高分别对应I、II、III三档功耗等级。I档功耗等级下，模组关闭5G制式，退化到4GLTE制式，启用最少数量的射频收发通道，关闭其他射频收发通道的元器件供电；III档功耗等级下，模组工作于5G制式，启用最多数量的射频收发通道；II档功耗等级下，模组工作于5G制式，启用一半数量的射频收发通道，关闭其他射频收发通道的元器件供电。

参考图2所示，本实施例的自适应功耗控制方法应用于该电力5G通信模组即包括以下步骤。

S1，模组初始化配置：配置模组以III档功耗等级对应的运行模式开始运行，模组运行后，即进入III档功耗等级对应的运行模式，避免模组初始运行时的载荷较大无法正常通信。

S2，进行模组下挂业务类型的识别：业务类型即业务的功耗要求等级类型，假设业务被预先分类为三种功耗要求等级，由高到低依次为A、B、C类业务，各种业务所对应的业务类型可预先存储，则在模组运行后，可通过读取空口转发的IP数据包，根据包头中的源IP地址确定模组下挂的业务，进而查询预存储的业务及其功耗要求等级信息来获取业务的功耗要求等级。

在预先确定业务的功耗要求等级时，可采用人工智能方法进行业务特征的统计及识别，如：获取各业务在通信过程中的业务数据包，解析得到业务报文，对业务报文提取报文特征值，根据所提取的报文特征值，利用预先构建的业务类型识别模型识别业务的功耗要求等级；其中报文特征值包括业务重要性数据、带宽流量要求数据和时延要求数据。

上述业务类型识别模型考虑业务的重要性、业务数据的流量大小以及对通信时延的要求进行构建，报文特征值即与业务重要性、带宽流量要求和时延要求等相关的特征数据，具体构建过程可采用现有神经网络模型构建技术。

S3，判断模组下挂业务是否为A类业务，即功耗要求等级最高的业务，若是A类业务，则不调整模组运行模式，若不是，则根据实际模组下挂业务的功耗要求等级对模组的运行模式进行调整，调整为I档或II档功耗等级。

S4，根据各运行模式预设的参数阈值以及多周期统计的流量和延时，进行模组运行功耗等级的动态调整。具体即：以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于当前运行模式的流量下限阈值、平均时延小于当前运行模式的时延下限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。上述调整所参考的统计周期个数可根据需要调整，即N的数值为预设值，且可调整。

图3示出了一种模组运行模式动态调整的实施方式流程，执行本实施例方法的处理器，如电力5G通信模组的基带芯片，在模组开始运行后，按照下述逻辑实现动态功耗等级控制：

S41，以设定的周期T统计模组的流量和时延；

S42，计算N个周期T中模组的平均流量和平均时延，将平均流量和平均时延与模组实时运行模式的流量上下限阈值和时延上下限阈值进行比较：

S421，判断是否存在N个周期内的平均流量大于实时运行模式流量上限阈值，或平均时延大于实时运行模式时延上限阈值的情形，若不满足该情形，则继续下一判断，若满足该情形，则判断模组当前是否运行在最高能耗等级，若不是，则将模组功耗等级上调一档，调整模组运行在对应的运行模式，若模组当前运行在最高能耗等级，则不予调整，返回S42；

S422，判断是否存在N个周期内的平均流量小于实时运行模式流量下限阈值，且平均时延小于实时运行模式时延下限阈值的情形，若不满足该情形，可继续下一判断，若满足该情形，则判断模组当前是否运行在最低能耗等级，若不是，则将模组功耗等级下调一档，调整模组运行在对应的运行模式，若模组当前运行在最低能耗等级，则不予调整，返回S42；

S423，判断是否存在每隔X秒有Y秒大流量发生的情形，若存在，则每隔X-1秒将模组功耗等级上调一档，在大流量结束后恢复原功耗等级。

上述每隔X秒有Y秒大流量发生的情形即，每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，若存在，且当前模组运行于非最高功耗等级，则每隔X-1秒调整模组运行模式，使得模组在Y秒大流量发生的前一秒运行于更高一个功耗等级对应的运行模式。

模组可在每次发生实时流量超过流量上线阈值情况时触发以下统计内容：记录大流量持续的时间，大流量消失到下一次发生的时间间隔，再次持续的时间，再次发生的间隔时间。若满足大流量多次发生的时间间隔相同或差别极小，且大流量持续时间也相同或差别极小，则判断为发生了每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，其中的X及Y即分别对应了实际大流量发生的时间间隔和持续时间，可根据经验设置毫秒级的误差范围。

为了简化模组配置以及自适应功耗控制过程中的流量及时延匹配逻辑，本实施例中，相邻两个功耗等级的运行模式中，较高功耗等级的运行模式的流量下限阈值和时延下限阈值，等于较低功耗等级的运行模式的流量上限阈值和时延上限阈值。

实施例2

本实施例介绍一种电力5G通信模组的自适应功耗控制装置，所述电力5G通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置有流量上限阈值、时延上限阈值、流量下限阈值和时延下限阈值；自适应功耗控制装置包括：

初始化配置模块，被配置用于在模组初始化时，配置模组运行在对应最高功耗等级的运行模式；

业务识别模块，被配置用于获取模组运行后所转发的IP数据包包头中的源IP地址，根据源IP地址确定模组下挂的业务，获取业务预先确定的功耗要求等级；其中，业务的多个功耗要求等级与模组多个运行模式的功耗等级被预先配置为从低到高一一对应；

模组运行模式初调模块，被配置用于判断模组下挂业务的功耗要求等级是否为最高等级：若不是最高等级，则调整模组运行在业务功耗要求等级所对应的运行模式，否则维持模组运行在最高功耗等级的运行模式；

以及，动态功耗调整模块，被配置用于以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于更低一个功耗等级所对应运行模式的流量上限阈值、平均时延小于更低一个功耗等级所对应的时延上限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。

以上各功能模块的具体功能实现参考实施例1相应方法步骤的内容，特别强调的是，本实施例的自适应功耗控制装置还包括：大流量响应处理模块，其被配置用于，统计是否存在每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，若存在，且当前模组运行于非最高功耗等级，则在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式，并在Y秒大流量结束后调整模组运行至原运行模式。

具体的，大流量响应处理模块在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式为：每隔X-1秒调整模组运行模式，使得模组在Y秒大流量发生的前一秒运行于更高一个功耗等级对应的运行模式。

实施例3

本实施例介绍一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第实施例1所述的电力5G通信模组的自适应功耗控制方法的步骤。

实施例4

本实施例介绍一种能够适用于实施例1中自适应功耗控制方法的电力5G通信模组，如图1所示，模组包括处理器单元（对应基带芯片）、多模射频单元C、电源管理单元D、通信接口单元E和安全eSIM芯片单元，处理器单元包括通信处理器A和应用处理器B。

通信处理器负责运行5G无线通信协议栈（3GPP Release15），处理模组与基站、核心网的无线数据交互，应用子系统负责模组与业务终端的交互，处理业务数据和模组应用层信息。

本实施例中，通信处理器实现核心通信功能，具有5G协议栈和空中写卡、锁卡、锁网、语音等5G高层服务功能，协议栈向下兼容4G制式，协议栈除支持国内三大运营商公网频段外，还支持TD-LTE 1800MHz的电力专网BAND59频段。

应用处理器通过核间消息与通信处理器通信，用于实现芯片驱动、系统支撑、调试软件、应用软件等功能，电力业务适配协议在此应用处理器系统中开发。

应用处理器通过通信接口单元与业务终端之间进行交互，获取待转发的业务数据或者将来自基站的数据发送给业务终端。

多模射频单元包括多模射频芯片、射频前端，以及天线。射频前端元器件包括功率放大器、射频开关、低噪放大器、混频器、滤波器、双工器、合路器等，用于实现射频收发，能够支持公网4G/5G和1785MHz-1805MHz电力专网等各种频段的射频通信。

本实施例通过裁剪频段实现对电力通信模组进行了轻型化设计，裁剪了常规模组中的2G、3G频段相关的功率放大器、射频开关、滤波器等射频元器件，可实现模组功耗的显著降低。结合自适应功耗控制逻辑，模组能够根据业务需求设置合适的MIMO通道配置，在低速率业务场景中，关闭部分射频通道，由此即可减少模组射频通道上的功率放大器、滤波器、双工器等相关射频元器件的功耗，进一步实现轻型化。

同时，本实施例中，还对天线接口进行了轻型化设计，通过在模组内部增加合路器实现4G/5G频段的天线合一，实现了天线接口的裁剪，能够进一步降低模组功耗。

本实施例的安全eSIM芯片单元可作为电力专用安全eSIM芯片应用，其基本功能是加密存储SIM卡号信息（包含IMSI、KI、OPC等），在模组启动开始搜网时，通信子系统通过7816接口读取eSIM芯片中的卡号信息，完成搜网过程中的鉴权身份认证。在此基础上，安全eSIM芯片还用于实现国密SM1、SM2、SM3、SM4算法功能和密钥安全存储功能：在通信过程中，通信子系统可以调用eSIM芯片中的相应算法接口，将明文发给eSIM芯片，然后eSIM芯片选择对应算法加密后将密文返回给通信子系统，再通过射频子系统发送给基站；同理，下行接收到基站的密文数据后，通信子系统将密文发给eSIM芯片，然后eSIM芯片选择对应算法解密后将明文返回给通信子系统，从而实现电力5G通信模组安全身份认证和加密通信功能。

本实施例中，基带芯片即处理器单元执行实施例1中介绍的自适应功耗控制方法，在模组需要进行运行模式调整时，处理器单元通过电源管理单元对多模射频单元的射频前端元器件中对应所需频段之外的元器件进行断电控制，并通过修改多模射频芯片的射频参数配置进行射频通道配置。例如，模组功耗等级由低到高分为I、II、III三档，模组运行于III档功耗等级时，开启所有射频通道，在5G制式下，使用4×4MIMO；模组运行于II档功耗等级时，在5G制式下，使用2×2MIMO，关闭其余射频通道的相关元器件供电；模组运行于I档功耗等级时，关闭5G NR制式，退化到4G LTE制式，仅使用一根外部天线，启用一收一发射频通道，关闭其余射频通道的相关元器件供电。

本实施例的电力5G通信模组的工作内容具体如下：

模组上电后，通信处理器（CPU_CP）和应用处理器（CPU_AP）同时启动；

模组发起搜网：通信处理器通过7816接口读取安全eSIM芯片单元存储的卡号信息，搜索与所插入SIM卡运营商匹配的无线网络信号，当搜索到对应网络信号后，发起入网请求，上报身份信息，开始和基站、核心网做鉴权，完成身份认证；模组入网成功后进入无线资源控制连接态（RRC_CONNECTED），可交互无线网络数据，当一段时间内无数据交互后，模组进入无线资源控制空闲态（RRC_IDLE）；

应用处理器与通信子系统交互，查询模组入网状态，如果模组已经入网，则向通信处理器发送拨号指令，获取IP地址；

拨号成功后，有数据收发时，应用处理器若接收到业务终端发送的待转发数据，则将待转发数据发送至通信处理器；通信子系统检测无线网络并恢复连接态，将上行数据从应用处理器接收后，发送至安全eSIM芯片单元，获取安全eSIM芯片单元加密后返回的待转发数据，转给多模射频单元。多模射频单元将通信子系统的基带数据调制成射频信号，通过无线资源发送给基站；同时，多模射频单元接收基站下发的无线数据，将射频信号解调成基带数据，转发给通信处理器，通信处理器将数据发送至安全eSIM芯片单元，获取安全eSIM芯片单元解密后返回的数据，传输给应用处理器，通过应用处理器传输给业务终端。

本实施例中，实时流量、通信时延、信号强度、网络情况等信息可由通信处理器来统计，对下挂业务的识别由应用处理器执行，应用处理器定期向通信处理器查询流量和试验的统计情况，运行模组的自适应功耗控制逻辑，进而通过通信处理器实现射频通道的配置。

综上实施例，本发明的电力5G通信模组实现了轻型化设计，可降低硬件成本，便于大规模推广。结合模组自适应应功耗控制方法能够自动切换不同的功耗档级，在保证通信稳定性的前提下节约硬件资源和能源。同时本发明还可通过采用安全eSIM芯片有效提高电力通信的安全性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (15)

1.一种适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制方法，其特征是，通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置有流量上限阈值、时延上限阈值、流量下限阈值和时延下限阈值；自适应功耗控制方法包括：

控制模组以对应最高功耗等级的运行模式开始运行；

获取模组开始运行后所转发的数据包中的源IP地址，根据所述源IP地址确定所述模组下挂的业务；

获取所述业务预先确定的功耗要求等级；其中，业务的多个功耗要求等级与电力通信模组多个运行模式的功耗等级被预先配置为从低到高一一对应；

判断所述模组下挂业务的功耗要求等级是否为最高等级：若不是最高等级，则调整模组运行在业务功耗要求等级所对应的运行模式，否则控制模组运行在最高功耗等级的运行模式；

以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于当前运行模式的流量下限阈值、平均时延小于当前运行模式的时延下限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括：统计是否存在每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，若存在，且当前模组运行于非最高功耗等级，则在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式，并在Y秒大流量结束后调整模组运行至原运行模式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式为：每隔X-1秒调整模组运行模式，使得模组在Y秒大流量发生的前一秒运行于更高一个功耗等级对应的运行模式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述通信模组的相邻两个功耗等级的运行模式中，较高功耗等级的运行模式的流量下限阈值和时延下限阈值，等于较低功耗等级的运行模式的流量上限阈值和时延上限阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，业务的功耗要求等级的确定包括：

获取各业务在通信过程中的业务数据包，解析得到业务报文，对业务报文提取报文特征值，根据所提取的报文特征值，利用预先构建的业务类型识别模型识别业务的功耗要求等级；其中所述报文特征值包括业务重要性数据、带宽流量要求数据和时延要求数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，模组的运行模式包含下述：

I档功耗等级下，模组关闭5G制式，退化到4GLTE制式，启用最少数量的射频收发通道，关闭其他射频收发通道的元器件供电；

II档功耗等级下，模组工作于5G制式，启用一半数量的射频收发通道，关闭其他射频收发通道的元器件供电；

III档功耗等级下，模组工作于5G制式，启用最多数量的射频收发通道；

其中，I档功耗等级最低， III档功耗等级最高。

7.一种适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制装置，其特征是，通信模组具有对应不同功耗等级的多种运行模式，各运行模式分别对应设置有流量上限阈值、时延上限阈值、流量下限阈值和时延下限阈值；自适应功耗控制装置包括：

初始控制模块，被配置用于控制模组以对应最高功耗等级的运行模式开始运行；

业务识别模块，被配置用于获取模组开始运行后所转发的数据包中的源IP地址，根据所述源IP地址确定所述模组下挂的业务，以及，获取业务预先确定的功耗要求等级；其中，业务的多个功耗要求等级与模组多个运行模式的功耗等级被预先配置为从低到高一一对应；

模组运行模式初调模块，被配置用于判断所述模组下挂业务的功耗要求等级是否为最高等级：若不是最高等级，则调整模组运行在业务功耗要求等级所对应的运行模式，否则控制模组运行在最高功耗等级的运行模式；

以及，动态功耗调整模块，被配置用于以设定的统计周期统计模组的流量和时延，根据流量和时延统计结果维持或调整模组的运行模式：若模组运行于非最高功耗等级的运行模式，且模组在连续N个统计周期内的平均流量大于当前运行模式的流量上限阈值或者平均时延大于当前运行模式的时延上限阈值，则调整模组运行于更高一个功耗等级对应的运行模式；若模组工作于非最低功耗等级，且模组在连续N个统计周期内的平均流量小于更低一个功耗等级所对应运行模式的流量上限阈值、平均时延小于更低一个功耗等级所对应的时延上限阈值，则调整模组运行于更低一个功耗等级对应的运行模式。

8.根据权利要求7所述的适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制装置，其特征是，还包括：大流量响应处理模块，被配置用于，统计是否存在每隔X秒有持续Y秒实时流量超过当前运行模式流量上限阈值的情况，若存在，且当前模组运行于非最高功耗等级，则在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式，并在Y秒大流量结束后调整模组运行至原运行模式。

9.根据权利要求8所述的适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制装置，其特征是，所述大流量响应处理模块在每次Y秒大流量发生前调整模组工作于更高一个功耗等级对应的运行模式为：每隔X-1秒调整模组运行模式，使得模组在Y秒大流量发生的前一秒运行于更高一个功耗等级对应的运行模式。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的适用于电力5G通信模组的自适应功耗控制方法。

11.一种适用权利要求1-6任一项所述自适应功耗控制方法的电力5G通信模组，其特征是，包括：处理器单元、多模射频单元和电源管理单元；所述电源管理单元用于为模组提供工作电源；

多模射频单元包括多模射频芯片、支持公网4G/5G频段以及电力无线专网频段的射频前端，以及天线；

所述处理器单元执行所述自适应功耗控制方法，在模组需要进行运行模式调整时，处理器通过电源管理单元对多模射频单元的射频前端元器件中对应所需频段之外的元器件进行断电控制，并通过修改多模射频芯片的射频参数配置进行射频通道配置。

12.根据权利要求11所述的电力5G通信模组，其特征是，天线的模组连接端通过合路器分别连接射频前端的4G频段天线接口和5G频段天线接口。

13.根据权利要求11所述的电力5G通信模组，其特征是，还包括安全eSIM芯片单元，其被配置用于加密存储SIM卡号信息，接收处理器单元待加密转发的数据包进行加密后返回处理器单元，以及获取处理器单元接收的加密数据包进行解密后返回处理器单元。

14.根据权利要求11所述的电力5G通信模组，其特征是，电力5G通信模组还包括通信接口单元，所述处理器单元包括应用处理器与通信处理器；

所述应用处理器通过通信接口单元与业务终端之间进行交互，获取待转发的业务数据或者将来自基站的数据发送给业务终端；

所述应用处理器被配置为，若接收到业务终端发送的待转发数据，则将待转发数据发送至通信处理器；通信处理器将待转发数据发送至安全eSIM芯片单元，获取安全eSIM芯片单元加密后返回的待转发数据，传输给多模射频单元，通过多模射频单元将数据转发至基站；

所述通信处理器被配置为，若通过多模射频单元接收到基站发送的数据，则将数据发送至安全eSIM芯片单元，获取安全eSIM芯片单元解密后返回的数据，传输给应用处理器，通过应用处理器传输给业务终端。

15.根据权利要求14所述的电力5G通信模组，其特征是，所述通信处理器还被配置为，在模组启动开始搜网时，通过7816接口读取安全eSIM芯片单元存储的卡号信息，完成搜网过程中的鉴权身份认证。

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