CN114727375B - 一种5g基站深度休眠的节能控制方法、基站和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种5G基站深度休眠的节能控制方法、基站及系统，该方法包括：配置深度休眠相关参数；判断是否满足深度休眠条件；当满足深度休眠条件时，控制远端单元进入深度休眠模式；所述深度休眠模式包括扩展单元关断远端单元模式和远端单元关闭耗能器件模式。本方法通过控制最耗能的远端单元进入深度休眠模式，大幅降低了能耗和运行成本；通过提供两种休眠模式，能够使运营商在节能效果和恢复速度之间灵活选择；深度休眠的参数灵活可配，可根据基站所处的实际场所需要对相关参数进行动态控制；该节能控制流程能够自主控制运行，参数配置后不需要人工参与；此外，当本站业务量大时，还可以自助唤醒相邻的深度休眠的站点协助分担用户业务。

Description

一种5G基站深度休眠的节能控制方法、基站和系统

技术领域

本发明涉及基站节能技术，尤其涉及一种5G基站深度休眠的节能控制方法，以及采用该方法的基站及系统。

背景技术

随着全球无线通信技术从2G、3G、4G发展到当前5G，网络传输速率越来越快、时延更低、体验越来越好。通信技术的提升要求gNB基站中的各种主要设备(CDU、EU、RU等)性能不断提高、处理能力不断增强，并且大幅提高了无线信号的带宽，从而使得RU(远端单元)使用了大规模天线技术，每一路天线都需要功放、数字基带、收发机与射频等模块，这些模块耗电量都比较大，也就带来能耗的大幅增长，5G基站是4G基站的4～5倍。中国运营商白皮书也指出高能耗是5G大规模商用部署的棘手问题，亟需找到在不影响网络信号前提下有效的节能降耗手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种5G基站深度休眠的节能控制方法、基站及系统，通过系统参数、业务流程控制基站相关设备全部关闭或者关闭设备主要耗能模块，以达到节能降耗的目的。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种5G NR扩展型小基站深度休眠的节能控制方法，包括：配置深度休眠相关参数；判断是否满足深度休眠条件；当满足深度休眠条件时，控制远端单元进入深度休眠模式；所述深度休眠模式包括扩展单元关断远端单元模式和远端单元关闭耗能器件模式。

在一实施例中，所述深度休眠相关参数包括深度休眠开始时间、退出时间、迟滞时间、PRB利用率门限和RRC连接用户数门限。

在一实施例中，所述判断是否满足深度休眠条件，包括：判断是否满足深度休眠的时间条件；判断指定Cell是否满足业务资源使用情况条件。

在一实施例中，所述判断是否满足深度休眠的时间条件，包括：

获取基站当前状态和基站系统时间；

如果基站当前处于深度休眠状态，且基站系统时间处于节能时段内，则继续保持深度休眠状态，并使用新的退出时间修改此前的退出定时器；

如果基站当前处于深度休眠状态，且基站系统时间不处于节能时段内，则控制基站退出深度休眠状态，唤醒基站中的Cell提供正常的业务服务，同时开启下一次深度休眠开始时间的定时器；

如果基站当前不处于深度休眠状态，且基站系统时间处于节能时段内，则立即启动指定Cell的业务资源使用情况测量流程；

如果基站当前不处于深度休眠状态，且基站系统时间不处于节能时段内，则启动深度休眠开始时间定时器。

在一实施例中，所述判断指定Cell是否满足业务资源使用情况条件，包括：

维管系统请求分布单元开启对指定Cell的资源使用情况测量，分布单元周期性采集Cell中的PRB利用率与连接UE数并上报给维管系统；

维管系统启动迟滞时间定时器，当迟滞时间内PRB利用率与连接UE数同时都小于配置门限时开启下一步流程，否则重启迟滞时间定时器继续检测，直到满足该条件；

满足深度休眠条件后，停止对Cell的资源使用情况测量。

在一实施例中，所述判断指定Cell是否满足业务资源使用情况条件，还包括：

迁移指定Cell中的在线用户设备到相邻的基站中，基站将迁移的结果上报给维管系统；

维管系统判断用户设备迁移的结果，如果迁移成功则向集中单元/分布单元发起关闭Cell请求开启深度休眠，否则不能关闭Cell；

集中单元/分布单元将关闭Cell的结果上报给维管系统。

在一实施例中，所述扩展单元关断远端单元模式为：维管系统下发关断远端单元供电的模式参数命令给扩展单元，扩展单元关断远端单元的电源。

在一实施例中，所述远端单元关闭耗能器件模式为：维管系统下发关闭耗能器件模式给扩展单元，扩展单元转发该命令给远端单元，远端单元顺序关闭相应的耗能器件，保留与扩展单元通信的数字电路与主控程序。

根据本发明的第二方面，提供了一种5G基站，包括维管系统、集中单元、分布单元、扩展单元和远端单元，所述维管系统、集中单元、分布单元、扩展单元和远端单元配合执行如第一方面所述的深度休眠的节能控制方法。

根据本发明的第三方面，提供了一种5G基站系统，包括：网管系统和多个如第三方面所述的5G基站，所述网管系统与各个5G基站通信连接。

本发明实施例的有益效果是：

1)本发明着重解决了当前5G小基站没有节能降耗特性的问题，大幅降低了运营商的电能使用，除直接降低基站服务器以及相关设备的能耗外，还减少了为基站服务器所在机房降温散热的空调或通风设备的电能消耗；

2)基于5G基站的规模效应，降低大量的电能消耗从而有效地降低了运营商的经营成本、提高利润，节省的资金进一步投入到提高网络覆盖、增强网络信号与科研创新中，形成良性的循环与可持续发展；

3)设计控制深度休眠特性的参数灵活可配，给运营商带来了极大的灵活性，可根据基站所处的实际场所需要，决定是否启用深度休眠，以及开始、结束时间，RU的节能模式，测量的门限、测量的时长等，实现相关参数皆可动态控制；

4)运营商节省了大量电能，也让国家有效地减少为发电而使用的不可再生能源，减少碳排放与环境污染，践行国家和全球倡导的绿色、健康、低碳经济，为全球气候变暖做出巨大的贡献；

5)节能控制流程自主控制运行，参数配置后不需要人工参与，并且能上报当前状态到OM、OMC系统，可实时监控有效降低运维的人力成本；

6)除以上外部优点外，亦进一步提升了产品自身的特色与竞争力，为客户着想共同发展、不断提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是现有5G基站设备示意图；

图2是现有5G基站配置管理示意图；

图3是进入深度休眠关键处理时序图；

图4是退出深度休眠的处理时序图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1所示，5G无线通信网由少量大型核心网与大量的无线接入网组成，无线接入网主要由基站设备、网络传输与安全设备等组成，而基站设备是无线接入网的核心，一套基站中由CDU(主机单元)、少量EU(扩展单元)、若干RU(远端单元)等主要设备构成。经运营商测算基站中最耗电的设备是RU，一套基站点中RU数量较多而且RU的功耗与负荷密切相关，用户越多、流量越大功耗越高，累计后的功耗则更大。RU中基带处理、数字中频、功放模块与射频模块是关键的耗能器件，负荷越高耗能占比也越高。基站中的CDU、EU设备随用户量的变化也会波动，但整体波动变化不大，所以累计后RU的功耗站整个基站功耗的80～90％。

5G系统为了实现更高的网络速率使用的无线频段越来越高，众所周知频率越高穿透能力越差，传统的宏站覆盖很难延伸到室内，而大多数UE的使用发生在室内场所，从而催生了扩展型小基站的巨大市场需求。小基站具有小型化、分布式、低功耗、补充覆盖、扩容的优点，运营商为了提高网络质量与用户体验，降低建站成本，除了室外提供广覆盖的大型宏站外对小基站也有巨大需求，主要用于写字楼、地铁站、商场、大学校园、医院、酒店、汽车/火车站、地下停车场等室内场所，增强信号质量、提高覆盖深度、扩大用户容量等。

以上这些场所通常存在早晚高峰期具有潮汐现象，白天用户激增到了晚上或者深夜用户较少或者没有用户，该场景下基站空载持续运行则是电能的巨大浪费，既不符合运营商的商业利益也不符合构建全球节能减排的低碳经济趋势。所以当前基站全天候运行，不能节省电能是运营商不可接受的事实，基于上述原因运营商将节能降耗需求写入到基站系统的规格中，要求基站系统供应商实现多种节能策略，不同的节能策略适用于不同的场景。

基站既然存在早晚高峰期的潮汐现象，那么完全可以在具有潮汐现象的场所当没用户或者少用户的时段，全部或部分关闭基站中的服务小区与相关设备，以此实现节能降耗的目的，直接来说为电信运营商降低电能的用量、降低运行成本，间接来说则为低碳环保、全球气候变化做出有益的贡献。

由于5G技术的先进性，单站所需能耗以及所需基站数量与密度都要大于4G通信网络，规模效应累积后的能耗是非常巨大的，因此顺理成章地为运营商考虑到节能降耗的迫切需求，同时增加自身产品特色与竞争力。

运营商要解决节能问题，但不能全部关闭基站以致没有信号覆盖影响用户的使用，为维护自身的品牌口碑在无用户或者少用户时亦要保留必要的网络信号覆盖提供基本的通信服务，不能出现无信号现象。那么运营商在其网络运营规划中会保留5G的大范围覆盖服务小区或者4G的服务小区，关闭部分为提高容量的服务小区，保证在需要节能的场所不会没有网络信号，实现既能提供通信服务亦能达到节能降耗的目的。

一套基站支持一个或多个服务小区，每个小区下又连接了多个RU设备，关闭服务小区即可根据RU的节能模式关闭该小区下连接的所有RU设备。根据运营商的测量计算，主要耗能集中在数量巨大的RU设备，那么针对最耗能的RU设备做节能控制更直接有效，产生的效益更大。

如图2所示，基站中的关键器件包括：

1)OMC网管系统：网管系统管理一个逻辑区域内的所有基站，负责管理与采集基站的详细运行数据，包括配置参数、告警信息、日志采集、设备管理、软件升级管理等关键模块；

2)OM维管系统：维管系统是OMC与基站之间的桥梁，是OMC管理基站的真正执行器，OM存储OMC管理基站的各项配置参数并将参数配置给基站系统，同时采集基站的实时运行状态、告警、日志等信息上报给OMC系统，OM系统修改的参数也会同步到OMC中保持数据的一致性。OM系统管理基站中的各种设备组件，OM桥梁作用使得运营商少量的维护人员可以轻易地远程维护管理成百上千的基站系统，为运营商节约可观的维护成本；OM作为深度休眠流程的主控程序，由其发起每一步流程并根据其执行的结果作出相应地处理；

3)gNB基站：gNB指5G基站，是提供5G通信的无线接入服务，为用户提供无线数据与语音的业务服务；

4)EU扩展单元：连接gNB与RU设备，提供gNB与RU的上、下行数据传输与转发；

5)RU远端单元：RU设备完成有线传输(光纤传输)的数据与空口(载波)数据相互转换，是有线数据传输的末端，下行时将有线基带数据(数字信号)经RU设备中的一系列处理转化为模拟信号通过天线发射出去，上行时RU设备天线接收UE发出的无线载波，再反向处理为数字信号回传给EU、gNB、核心网；

6)Cell服务小区：Cell为gNB中的UE业务的承载实体，一个gNB中可以有多个Cell实体，运行于CDU设备中；

7)CU集中单元：主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署，一个CU可以支持多个DU单元；

8)DU分布单元：主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能；

9)UE用户设备：UE设备指用户的移动设备，如手机、数据卡设备等。

基于现有基站高能耗不能节能的不足，本申请实施例给出了基站深度休眠实现节能降耗的一种控制方法。如图3所示，本申请实施例所提供的5G基站深度休眠的节能控制方法包括如下步骤：

S1、运维人员在OMC系统中配置指定基站的节能的相关参数，配置完成后下发给该基站的OM系统；亦可在OM上配置后上报给OMC系统。主要配置参数如下：

EnergySaVingType：基站节能的策略为深度休眠，设置为″DEEP_SAVING″，不使用节能时设置为″NOT_SAVING″；

EnergySavingTime：深度休眠的开始(startTime)与退出(endTime)时间，达到开始时间后OM会启动深度休眠的检测流程，真正满足条件后才真正进入深度休眠，关闭相关设备；

EnergySavingDelayTime：节能策略的迟滞时间，表示在开启测量后，在该时段内持续测量的PRB利用率、RRC连接数都低于配置的PRB利用率、RRC连接数的门限值，方可开启节能的下一步流程，如果在此时间内有高于低门限的情况则重新计时再比较，如果都低于低门限配置，才能发起深度休眠的下一步流程(迁移UE)。取值范围O～15分钟；

PrbLowThreshold：PRB利用率门限，与资源状态测量中的下行PRB利用率比较，取值范围1～100％；

RRCLowThreshold：RRC连接用户数门限，与资源状态测量中的number of activeues比较，在迟滞检测时间内持续低于该门限才能发起下一步流程，否则重新计时并比较。

S2、OM系统接收到参数配置后保存到本地，然后OM系统根据当前基站的是否处于深度休眠状态，与新配置的开始与结束时间做出不同的处理，当深度休眠参数没有发生变更时按最后一次配置数据自动执行深度休眠流程。基站系统时间为currentTime：

1)若当前处于节能状态：

currentTime＜startTime或者currentTime＞＝endTime时，OM控制gNB退出深度休眠状态，唤醒gNB中的Cell提供正常的业务服务，同时开启下一次节能开始时间的定时器，当到达节能时间则开始节能流程；

startTime＜＝currentTime＜endTime时，继续保持节能状态，使用新的退出节能时间修改此前的退出定时器；

2)若当前处于非节能状态：

currentTime＜startTime或者currentTime＞＝endTime时，启动达到startTime的定时器，定时器达到后启动gNB深度休眠的测量流程；

startTime＜＝currentTime＜endTime时，立即启动gNB的深度休眠测量流程，如果进入到深度休眠状态后，启动退出深度休眠的定时器；

3)如配置未变更，OM则按此前配置的startTime与endTime自主执行，非节能状态则开启启动节能定时器，进入节能状态开启退出节能定时器。

S3、OM进入深度休眠有如下前序流程：

1)OM请求DU开启指定Cell的资源使用情况测量，DU周期性采集Cell中的PRB利用率与连接UE数并上报给OM；

2)OM启动迟滞时间定时器，持续比较测量的″PRB利用率＜PrbLowThreshold″同时″连接UE数＜RRCLowThreshold″，当迟滞时间内两项测量值同时都小于配置门限时开启下一步流程，否则重启迟滞时间定时器继续检测，直到满足该条件；

3)满足深度休眠条件，停止Cell的资源测量；

4)开始迁移Cell中的在线UE到相邻的gNB中，该过程为5G UE测量与切换流程，UE迁移的结果(成功/失败)上报给OM。

S4、OM判断UE迁移的结果，如果迁移成功则向CU/DU发起关闭Cell请求开启深度休眠，否则不能关闭Cell，关闭Cell的结果(成功/失败)上报给OM。

S5、OM根据关闭Cell的结果，关闭成功则给EU发送深度休眠的命令，否则不会下发命令。EU返回执行深度休眠命令的结果给OM。

RU深度休眠有两种模式：

1)EU关断模式，OM下发关断RU供电的模式参数命令给EU，EU关断RU的电源，整个掉电实现零功耗深度休眠，优点是最省电；

2)RU关闭耗能器件模式，OM下发关闭耗能器件模式给EU，EU转发该命令给RU，RU顺序关闭相应的耗能器件，保留与EU通信的数字电路与主控程序，保持通信连接以便EU命令唤醒自己，优点是恢复正常运行启动时间比较短。

S6、OM上报深度休眠的结果给OMC系统。

如图4所示，当需要退出深度休眠模式时，由OM控制退出深度休眠，OM下发退出深度休眠的命令给CU，CU通知DU启动Cell小区，同时OM根据RU的深度休眠模式配置，下发相应的退出节能模式给EU，EU执行恢复RU运行操作，至此各系统执行恢复流程，整个gNB系统进入正常工作状态恢复正常业务。

退出深度休眠的场景包括：

1)当达到endTime时，OM自动唤醒基站退出深度休眠状态；

2)当配置节能类型EnergySavingType为″NOT_SAVING″，或节能时间段在当前时间外，退出节能状态；

3)被邻站唤醒，相邻gNB因业务量大时可以唤醒深度休眠模式的基站。

容易理解地，本申请实施例还提供了一种5G基站及5G基站系统，以实现上述深度休眠的节能控制方法。相较于现有基站系统，本方法无需改变硬件，主要通过参数设置和流程控制算法实现。

综上所述，本申请所提供了一种5G NR扩展型小基站深度休眠的节能控制方法，运营商配置该流程算法的相关参数后不需要人工参与，基站可自主运行定时启动节能降耗功能，检测达到节能条件后全部关闭或部分关闭基站服务小区实体以及与其连接的RU设备，达到结束休眠时间后再自动退出节能状态，开启RU设备与服务小区，恢复基站的正常运行提供网络接入服务，从而实现降低电能使用的目的。由于该方式针对最耗能设备实现最大程度的省电，所以称其为深度休眠的节能方式。

进一步地，为使运营商有更灵活选择，深度休眠设计实现了两种模式供选择，一种是采用EU关断RU的供电的方式达到最大的节能效果，另一种是关闭RU主要耗电器件仅保留数字电路保持控制接口的方式，这两种模式都是深度休眠的节能策略。第一种断电模式最省电，第二种关闭耗电模块方式恢复工作状态较快，具体采用哪种深度休眠模式由运营商通过OM(维管)配置决定。启动深度休眠会停止网络服务不再接纳新UE接入但当前已经接入的UE业务亦不会中断，关闭RU前需要将正在使用的UE迁移到相邻的基站，保证UE业务的连续性且UE用户不感知，将所有UE迁移完成后才能停止RU与服务小区。深度休眠的时间段等多项参数可由运营商运维人员在OMC(网管)或OM(维管)系统中灵活配置。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，包括：

配置深度休眠相关参数；

判断是否满足深度休眠条件；

当满足深度休眠条件时，控制远端单元进入深度休眠模式；

所述深度休眠模式包括扩展单元关断远端单元模式和远端单元关闭耗能器件模式；

所述扩展单元关断远端单元模式为：维管系统下发关断远端单元供电的模式参数命令给扩展单元，扩展单元关断远端单元的电源；

所述远端单元关闭耗能器件模式为：维管系统下发关闭耗能器件模式给扩展单元，扩展单元转发关闭耗能器件模式给远端单元，远端单元顺序关闭相应的耗能器件，保留与扩展单元通信的数字电路与主控程序。

2.根据权利要求1所述的5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，所述深度休眠相关参数包括深度休眠开始时间、退出时间、迟滞时间、PRB利用率门限和RRC连接用户数门限。

3.根据权利要求1所述的5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，所述深度休眠相关参数在网管系统中配置后下发给基站的维管系统，或在维管系统配置后上报给网管系统。

4.根据权利要求2所述的5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，所述判断是否满足深度休眠条件，包括：

判断是否满足深度休眠的时间条件；

判断指定Cell是否满足业务资源使用情况条件。

5.根据权利要求4所述的5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，所述判断是否满足深度休眠的时间条件，包括：

获取基站当前状态和基站系统时间；

如果基站当前处于深度休眠状态，且基站系统时间处于节能时段内，则继续保持深度休眠状态，并使用新的退出时间修改此前的退出定时器；

如果基站当前处于深度休眠状态，且基站系统时间不处于节能时段内，则控制基站退出深度休眠状态，唤醒基站中的Cell提供正常的业务服务，同时开启下一次深度休眠开始时间的定时器；

如果基站当前不处于深度休眠状态，且基站系统时间处于节能时段内，则立即启动指定Cell的使用情况测量流程；

如果基站当前不处于深度休眠状态，且基站系统时间不处于节能时段内，则启动深度休眠开始时间定时器。

6.根据权利要求5所述的5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，所述判断指定Cell是否满足业务资源使用情况条件，包括：

维管系统请求分布单元开启对指定Cell的资源使用情况测量，分布单元周期性采集Cell中的PRB利用率与连接UE数并上报给维管系统；

维管系统启动迟滞时间定时器，当迟滞时间内PRB利用率与连接UE数同时都小于配置门限时开启下一步流程，否则重启迟滞时间定时器继续检测，直到满足该条件；

满足深度休眠条件后，停止对Cell的资源使用情况测量。

7.根据权利要求6所述的5G基站深度休眠的节能控制方法，其特征在于，所述判断指定Cell是否满足业务资源使用情况条件，还包括：

迁移指定Cell中的在线用户设备到相邻的基站中，基站将迁移的结果上报给维管系统；

维管系统判断用户设备迁移的结果，如果迁移成功则向集中单元/分布单元发起关闭Cell请求开启深度休眠，否则不能关闭Cell；

集中单元/分布单元将关闭Cell的结果上报给维管系统。

8.一种5G基站，其特征在于，包括维管系统、集中单元、分布单元、扩展单元和远端单元，所述维管系统、集中单元、分布单元、扩展单元和远端单元配合执行如权利要求1~7任一所述的5G基站深度休眠的节能控制方法。

9.一种5G基站系统，其特征在于，包括：网管系统和多个如权利要求8所述的5G基站，所述网管系统与各个5G基站通信连接。