AI智慧云節(jié)能策略管理平臺的研究與應(yīng)用

吳鑫 吳文靖 廖騰

中國鐵塔股份有限公司江西省分公司 南昌市 330038

0 前言

節(jié)能策略平臺是智能節(jié)電系統(tǒng)的大腦，通過獲取網(wǎng)絡(luò)、能耗、用戶等數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法（RNN），預(yù)測小區(qū)話務(wù)，建立小區(qū)級場景模型，停止不必要的5G小區(qū)，以達到節(jié)能效果。同時，對周邊站點進行調(diào)整，保障用戶感知，實現(xiàn)無感知節(jié)電。為提高基站節(jié)電應(yīng)用效果，必須做到系統(tǒng)智能化、高可靠、低時延及快速響應(yīng)，并可滿足云化部署的要求。

1 節(jié)能策略管理平臺綜合能力

1.1 綜合能力

節(jié)能策略平臺主要由策略數(shù)據(jù)中心、基站硬件資源管理、數(shù)據(jù)執(zhí)行中心組成。

（1）可全量分析在網(wǎng)運行各基站性能數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需求定義統(tǒng)計指標(biāo)參與AI節(jié)能策略分析，包括但不限于話務(wù)、流量、PRB利用率、用戶接入次數(shù)、5G終端數(shù)量、連接次數(shù)等性能數(shù)據(jù)。

（2）通過各站性能數(shù)據(jù)自主學(xué)習(xí)各站業(yè)務(wù)的忙閑分布規(guī)律。

（3）自動管理和分析識別相同站址的不同層次基站的重疊覆蓋特征，能對同址LTE及5G的不同小區(qū)或基站進行關(guān)聯(lián)識別管理。

（4）具備向基站綜合能源管理平臺批量或單點輸出基站節(jié)能控制指令。

（5）需滿足單服務(wù)器2萬個站點同時接入的容量需求。

（6）系統(tǒng)可通過升級支持4G/NB網(wǎng)管系統(tǒng)接入、數(shù)據(jù)分析及節(jié)電方案輸出等功能擴展。

1.2 任務(wù)目標(biāo)

◎節(jié)能目標(biāo)：5G設(shè)備能耗降低30%～40%；

◎壽命目標(biāo)：開關(guān)頻次降低50%，人工上站率減低30%；

◎感知目標(biāo)：指標(biāo)、投訴、業(yè)務(wù)保持穩(wěn)定；

◎成本目標(biāo)：單站部署成本減低40%；

◎科技成果：輸出專利、著作權(quán)等知識產(chǎn)權(quán)目標(biāo)。

2 節(jié)能策略管理平臺創(chuàng)新點

平臺采用了模型訓(xùn)練學(xué)習(xí)方法進行智能建模并進行AI計算分析。

2.1 智能覆蓋模型分析

系統(tǒng)可通過自動分析基站配置參數(shù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等網(wǎng)管輸出數(shù)據(jù)，結(jié)合工參數(shù)據(jù)，自動分析出4G/5G基站RRU/AAU多層覆蓋模型。

（a）3D立體覆蓋模型：自動識別出多設(shè)備共覆蓋度，多層網(wǎng)絡(luò)智能聚合，形成3D覆蓋扇區(qū)。

（b）單層覆蓋模型：自動識別出單層覆蓋區(qū)域，避免因節(jié)能造成覆蓋空洞。

2.2 智能業(yè)務(wù)分析

系統(tǒng)可同時處理4G、5G基站配置及話務(wù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并根據(jù)工參自動識別出共覆蓋的基站RRU/AAU硬件及相應(yīng)的小區(qū)，自動計算出對應(yīng)覆蓋邏輯扇區(qū)的業(yè)務(wù)負荷情況，以最小15分鐘為時間周期進行全網(wǎng)節(jié)能方案分析，并輸出具體節(jié)電方案推送給基站綜合能源管理平臺。

2.3 智能預(yù)測

系統(tǒng)根據(jù)歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，自動為全網(wǎng)所有扇區(qū)建立業(yè)務(wù)變化模型，并可根據(jù)模型進行未來N個15分鐘粒度數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)預(yù)測。

2.4 智能評估需求

通過AI算法學(xué)習(xí)全網(wǎng)業(yè)務(wù)量與硬件配置關(guān)系模型，并根據(jù)業(yè)務(wù)量預(yù)測結(jié)果自動輸出扇區(qū)硬件需求方案，指導(dǎo)節(jié)電設(shè)備進行RRU/AAU關(guān)斷及激活。

（a）應(yīng)用智能學(xué)習(xí)算法實現(xiàn)節(jié)能策略控制，系統(tǒng)可隨著上線時間及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)增加而趨于完善。

（b）支持以目標(biāo)性能（容量類）指標(biāo)為導(dǎo)向輸出節(jié)電方案，根據(jù)用戶配置的目標(biāo)性能指標(biāo)，系統(tǒng)通過智能算法控制節(jié)能方案，保障節(jié)能后網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)達到期望值。

圖1 智能建模的流程圖

3 平臺運行試驗情況

選取25個宏站共計60個AAU進行測試。測試中，綜合節(jié)能效果為32%，日均節(jié)電12.15度。期間，網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)正常，用戶感知穩(wěn)定，無批量投訴發(fā)生。在6000次AAU關(guān)斷重啟中，未發(fā)生一次無法啟動。

4 經(jīng)濟和社會效益

（1）節(jié)約電費支出

單站每天節(jié)能12.15kWh，按現(xiàn)有一個城市5G站點1.5萬個計，每年可節(jié)約6561萬kWh，按0.7元/kWh，每年可節(jié)約電費4592.7萬元。

（2）設(shè)備維護成本延長

按AAU全壽命周期10000關(guān)斷計算，本算法每日將少關(guān)斷0.7次，年減少255.5次，相當(dāng)于延壽2.5%，按AAU維修單站成本5萬計算，折合年減少損耗0.125萬元。

（3）后續(xù)效益

◎擴大使用面積：方案也可以用在2G和4G等網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)節(jié)能普惠化。

◎?qū)崿F(xiàn)多層網(wǎng)節(jié)能：配合未來700M的建設(shè)，實現(xiàn)未來的多層網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。

◎推進大數(shù)據(jù)分析：該系統(tǒng)具有精確能耗采集，可以進行能源大數(shù)據(jù)挖掘與分析，全面推進智能優(yōu)化和運營。

（4）社會效益

◎推動5G大規(guī)模應(yīng)用產(chǎn)生：降低運營成本，解決5G網(wǎng)絡(luò)“建得起，用不起”的問題，讓5G融入社會生活，推動應(yīng)用全面鋪開。

◎節(jié)能減排，保護環(huán)境：現(xiàn)規(guī)模，每年可節(jié)電1.7億度，煤68萬噸，少排放二氧化碳211萬噸，二氧化硫8萬噸。

◎推動工業(yè)4.0，加速智能制造：本項目對工廠等間歇性場景尤為適用，對行業(yè)產(chǎn)生助推作用。

5 節(jié)能策略管理平臺設(shè)計方案

5.1 系統(tǒng)功能

節(jié)能策略管理平臺由系統(tǒng)首頁菜單、能耗監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、AI決策子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析子系統(tǒng)幾大部分構(gòu)成，系統(tǒng)功能如下：

圖3 平臺的系統(tǒng)功能說明圖

5.2 接口安全性

接口使用Mqtt_ssl+動態(tài)AES加密方案。Mqtt_ssl：在云服務(wù)器mqtt使用ras進行接入數(shù)據(jù)加密，保證設(shè)備接入安全。動態(tài)AES加密：設(shè)備接入服務(wù)器后，使用動態(tài)AES密鑰對控制類指令進行加密，保證設(shè)備控制安全。

圖4 接口加密的流程圖

5.3 平臺的實施步驟

分為判決、執(zhí)行、調(diào)整、監(jiān)控、恢復(fù)五個步驟，關(guān)閉策略采用“先軟關(guān)，后硬關(guān)”，啟動策略采用“先硬起，再軟起”，減少對設(shè)備沖擊。

圖5 平臺實施的步驟

（1）判決：根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行多維度定位準(zhǔn)確得到現(xiàn)網(wǎng)的用戶及話務(wù)分布，通過用戶/話務(wù)均衡，結(jié)合不同時間段的基站用電量，進行整體AI建模分析，生成節(jié)能策略。

（2）執(zhí)行：連接廠家OMC平臺，對待關(guān)閉基站才去去激活操作。將節(jié)能策略下發(fā)至遠端空開，執(zhí)行下電操作。

（3）調(diào)整：根據(jù)閉站以后的指標(biāo)、MR分析和預(yù)設(shè)智能腳本，對周邊站點進行參數(shù)調(diào)整，擴大發(fā)射功率，調(diào)整發(fā)射模式，保障用戶感知。

（4）監(jiān)控：對接OMC、網(wǎng)優(yōu)平臺、投訴平臺、SEQ平臺等系統(tǒng)，提取數(shù)據(jù)，實時對節(jié)能區(qū)域進行指標(biāo)、話務(wù)、投訴、業(yè)務(wù)監(jiān)控。

（5）恢復(fù)：監(jiān)控小區(qū)業(yè)務(wù)和用戶，發(fā)現(xiàn)需求以后，動態(tài)啟動已經(jīng)下電的5G基站，并執(zhí)行激活智能和參數(shù)恢復(fù)。

6 結(jié)束語

AI智慧云節(jié)能策略管理平臺可以有效降低5G小區(qū)能耗，節(jié)能效果顯著。在試用期間，沒有損害用戶感知和網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的情況發(fā)生，設(shè)備運行穩(wěn)定，適合大規(guī)模推廣部署。