AI智慧云节能策略管理平台的研究与应用

吴鑫 吴文靖 廖腾

中国铁塔股份有限公司江西省分公司 南昌市 330038

0 前言

节能策略平台是智能节电系统的大脑，通过获取网络、能耗、用户等数据，学习神经网络算法（RNN），预测小区话务，建立小区级场景模型，停止不必要的5G小区，以达到节能效果。同时，对周边站点进行调整，保障用户感知，实现无感知节电。为提高基站节电应用效果，必须做到系统智能化、高可靠、低时延及快速响应，并可满足云化部署的要求。

1 节能策略管理平台综合能力

1.1 综合能力

节能策略平台主要由策略数据中心、基站硬件资源管理、数据执行中心组成。

（1）可全量分析在网运行各基站性能数据，并可根据需求定义统计指标参与AI节能策略分析，包括但不限于话务、流量、PRB利用率、用户接入次数、5G终端数量、连接次数等性能数据。

（2）通过各站性能数据自主学习各站业务的忙闲分布规律。

（3）自动管理和分析识别相同站址的不同层次基站的重叠覆盖特征，能对同址LTE及5G的不同小区或基站进行关联识别管理。

（4）具备向基站综合能源管理平台批量或单点输出基站节能控制指令。

（5）需满足单服务器2万个站点同时接入的容量需求。

（6）系统可通过升级支持4G/NB网管系统接入、数据分析及节电方案输出等功能扩展。

1.2 任务目标

◎节能目标：5G设备能耗降低30%～40%；

◎寿命目标：开关频次降低50%，人工上站率减低30%；

◎感知目标：指标、投诉、业务保持稳定；

◎成本目标：单站部署成本减低40%；

◎科技成果：输出专利、著作权等知识产权目标。

2 节能策略管理平台创新点

平台采用了模型训练学习方法进行智能建模并进行AI计算分析。

2.1 智能覆盖模型分析

系统可通过自动分析基站配置参数、统计数据等网管输出数据，结合工参数据，自动分析出4G/5G基站RRU/AAU多层覆盖模型。

（a）3D立体覆盖模型：自动识别出多设备共覆盖度，多层网络智能聚合，形成3D覆盖扇区。

（b）单层覆盖模型：自动识别出单层覆盖区域，避免因节能造成覆盖空洞。

2.2 智能业务分析

系统可同时处理4G、5G基站配置及话务统计数据，并根据工参自动识别出共覆盖的基站RRU/AAU硬件及相应的小区，自动计算出对应覆盖逻辑扇区的业务负荷情况，以最小15分钟为时间周期进行全网节能方案分析，并输出具体节电方案推送给基站综合能源管理平台。

2.3 智能预测

系统根据历史统计数据，自动为全网所有扇区建立业务变化模型，并可根据模型进行未来N个15分钟粒度数据的业务预测。

2.4 智能评估需求

通过AI算法学习全网业务量与硬件配置关系模型，并根据业务量预测结果自动输出扇区硬件需求方案，指导节电设备进行RRU/AAU关断及激活。

（a）应用智能学习算法实现节能策略控制，系统可随着上线时间及网络规模的持续增加而趋于完善。

（b）支持以目标性能（容量类）指标为导向输出节电方案，根据用户配置的目标性能指标，系统通过智能算法控制节能方案，保障节能后网络指标达到期望值。

图1 智能建模的流程图

3 平台运行试验情况

选取25个宏站共计60个AAU进行测试。测试中，综合节能效果为32%，日均节电12.15度。期间，网络指标正常，用户感知稳定，无批量投诉发生。在6000次AAU关断重启中，未发生一次无法启动。

4 经济和社会效益

（1）节约电费支出

单站每天节能12.15kWh，按现有一个城市5G站点1.5万个计，每年可节约6561万kWh，按0.7元/kWh，每年可节约电费4592.7万元。

（2）设备维护成本延长

按AAU全寿命周期10000关断计算，本算法每日将少关断0.7次，年减少255.5次，相当于延寿2.5%，按AAU维修单站成本5万计算，折合年减少损耗0.125万元。

（3）后续效益

◎扩大使用面积：方案也可以用在2G和4G等网络，实现节能普惠化。

◎实现多层网节能：配合未来700M的建设，实现未来的多层网络节能。

◎推进大数据分析：该系统具有精确能耗采集，可以进行能源大数据挖掘与分析，全面推进智能优化和运营。

（4）社会效益

◎推动5G大规模应用产生：降低运营成本，解决5G网络“建得起，用不起”的问题，让5G融入社会生活，推动应用全面铺开。

◎节能减排，保护环境：现规模，每年可节电1.7亿度，煤68万吨，少排放二氧化碳211万吨，二氧化硫8万吨。

◎推动工业4.0，加速智能制造：本项目对工厂等间歇性场景尤为适用，对行业产生助推作用。

5 节能策略管理平台设计方案

5.1 系统功能

节能策略管理平台由系统首页菜单、能耗监控子系统、数据采集子系统、AI决策子系统、数据统计与分析子系统几大部分构成，系统功能如下：

图3 平台的系统功能说明图

5.2 接口安全性

接口使用Mqtt_ssl+动态AES加密方案。Mqtt_ssl：在云服务器mqtt使用ras进行接入数据加密，保证设备接入安全。动态AES加密：设备接入服务器后，使用动态AES密钥对控制类指令进行加密，保证设备控制安全。

图4 接口加密的流程图

5.3 平台的实施步骤

分为判决、执行、调整、监控、恢复五个步骤，关闭策略采用“先软关，后硬关”，启动策略采用“先硬起，再软起”，减少对设备冲击。

图5 平台实施的步骤

（1）判决：根据现网数据进行多维度定位准确得到现网的用户及话务分布，通过用户/话务均衡，结合不同时间段的基站用电量，进行整体AI建模分析，生成节能策略。

（2）执行：连接厂家OMC平台，对待关闭基站才去去激活操作。将节能策略下发至远端空开，执行下电操作。

（3）调整：根据闭站以后的指标、MR分析和预设智能脚本，对周边站点进行参数调整，扩大发射功率，调整发射模式，保障用户感知。

（4）监控：对接OMC、网优平台、投诉平台、SEQ平台等系统，提取数据，实时对节能区域进行指标、话务、投诉、业务监控。

（5）恢复：监控小区业务和用户，发现需求以后，动态启动已经下电的5G基站，并执行激活智能和参数恢复。

6 结束语

AI智慧云节能策略管理平台可以有效降低5G小区能耗，节能效果显著。在试用期间，没有损害用户感知和网络指标的情况发生，设备运行稳定，适合大规模推广部署。