物联网使能平台在通信基站BMS中的应用研究

刘晏然

（安百拓（南京）建筑矿山设备有限公司,江苏 南京 210000）

1 引言

移动通信基站运转消耗大量电能，基站的节能降耗问题长期困扰通信运营商，随着5G 时代的到来，该问题日益突出。据测算，5G 基站密度更大，且能耗是4G 基站的3 倍左右[1]，5G 网络的基站经营成本将大幅提高，通信运营商均在寻求多种途径推动基站节能降耗。

其中，电池管理系统（BMS）是一种能够有效辅助基站节能降耗的物联网技术手段，也逐渐成为基站建设的主要配套设施。基站BMS 监控机房内的空调及多种设备的工作状态、温湿度及电池的电压＼电流等数据，结合峰谷平周期及电费等参量，通过人工智能算法生成最优化的电池调度策略，可有效降低基站的电费支出[2]。

5G 基站密度更大，挂载的设备种类和数量更多，同时，近年来基于云计算技术的分布式基站BMS 发展迅速，通过大范围的基站规模化智能协同工作可进一步降耗[3]，这就需要基站BMS 的承载能力及与不同类型终端快速适配能力更强。而目前多数BMS 系统为封闭或半封闭状态，不同厂家之间的终端类型、通信协议和数据存储格式难以统一标准，单个系统的承载和可扩容能力有限，当终端数量和类型出现爆发式增长时，系统扩容升级成本急剧增加，该问题随着5G 基站的规模建设日益突出。

物联网使能平台可承载海量物联网终端接入，并向开发者提供IaaS、PaaS 等多个层面的服务，还支持多种开发方式和开发工具，可助力物联网应用快速构建和高效运营，能够有效解决上述问题，逐渐成为市场上新兴的信息基础设施，各大通信运营商及互联网头部企业、创新型企业均推出了此类平台。国内市场影响力较大的有亚马逊IoT、阿里Link、中国电信的CTWing 和中国移动的OneNet等；国际市场中，AT&T 和爱立信推出了SEP 平台，德国电信发布了Cumulocity 服务物联网和智慧城市，SK Telecom 与DaliWorks 联合推出了ThingPlug，提供物联公共服务。Verizon 自主研发了ThingSpace 平台来简化物联网应用的开发部署。

2 研究

采用运营商的物联网使能平台，并研究基于该平台构建通信基站BMS 的技术路径和系统结构，开发了一套适用于基站蓄电池管理的BMS 系统用于实际项目，并对比了采用物联网使能平台开发BMS与传统开发模式之间的差异。

2.1 物联网使能平台关键技术

物联网使能平台可提供以数据存储和应用开发为基础的PaaS 服务能力，能够有效降低物联网应用开发难度，缩短应用开发时间，降低应用开发、测试和运行整体成本[4]，并可增加系统整合敏捷度。同时能够基于云基础设施实现物联网应用占用资源的弹性伸缩、动态调度、优化资源利用率[5]。

物联网使能平台具备的关键能力，见表1。

2.2 基于物联网使能平台的基站BMS

物联网使能平台发挥了终端与应用系统之间的中间件作用，实现了终端与应用的解耦，文中通过平台提供的SDK 进行终端与平台的对接，并采用平台标准化接口开发应用系统，实现了基站BMS 系统，系统整体结构如图1 所示。

图1 基于物联网使能平台的基站BMS 结构图

2.2.1 终端对接

物联网使能平台针对常见的通信协议，提供了相应的终端开发SDK，文中的物联网终端主要采用LWM2M、ModBus 两种协议进行对接，其中空调、温湿度监控以及消防监控、门禁等终端产生的数据量较小，数据上报频率低且时延不敏感，可通过窄带NB-IoT 网络上报数据。供电监控、天线监控等终端数据实时性要求较高，采用串口通信并通过以太网与平台进行对接，见表2。

表2 基站BMS 常见终端通信方式及协议

2.2.2 应用开发

采用物联网使能平台开放的标准API 进行终端数据的获取，工作指令的下发等操作，并基于平台提供的地图、AI、数据分析等API 实现应用的功能。应用系统使用Java 语言开发，包括后端Web 服务，前端Web 用户界面以及手机App 应用等。

2.2.3 系统部署

应用系统采用物联网使能平台提供的托管服务进行部署，运行在平台提供的云容器内，通过平台提供的工具，能够较快速实现应用程序包上传、部署、运行并实时监控应用的工作状态。

2.2.4 模式比较

基于物联网使能平台进行基站BMS 的搭建，由于平台提供了标准化的接口进行终端适配，并提供终端模拟工具辅助应用系统开发，因此终端的适配和应用系统的开发可以同步进行。在终端与平台适配后，即在平台中自动进行数字化建模，形成终端物模型，复合物模型的同类型终端接入平台不需要重复联调即可正常工作，开发效率得到提升。当升级系统功能时，仅需将相关的接口以及物模型的参数进行调整，即可快速迭代功能。

在应用系统的部署方面，使用了物联网使能平台提供的云化容器，可实时监控应用的工作状态，并可根据应用系统的负载需要，动态化调整占用的云资源，平台可进行全天候的应用系统智能化托管，系统的整体运维时间和人工成本大幅降低。

在开发人工智能等技术门槛较高的功能方面，物联网使能平台提供了标准化能力接口，经过样本训练，可辅助BMS 应用系统在较短时间内形成智能化工作机制，根据基站工作的时空分布差异和网络负荷变化，采用智能化的调度策略，尽可能降低能耗成本[6]，（见表3）。

表3 两种BMS 开发模式对比

3 案例

某大型电池商采用基于物联网使能平台开发的BMS 用于基站合同能源管理，如图2 所示。第一步根据商用模型，选择小批量基站试点运行，通过样本训练系统，逐步优化用电峰段、谷段的充放电切换阈值、蓄电池组的放电深度等方案，基于峰谷电价智能化调节降低电费；并可通过智能化调节基站空调的运转模式，进一步降低基站的能耗。预计该基站BMS 系统需接入全国范围内约11.54 万座基站的数据，考虑冗余量，模拟了20 万个基站接入BMS 的压力测试，系统可依托物联网使能平台动态扩容，运行良好。

图2 基站机房电池监控效果

4 结论

物联网使能平台将物联网开发过程中常见的比较烦琐、机械重复但又非常耗费开发成本的一些操作（如设备管理和数据处理）等进行了提炼和封装，形成了通用性的服务能力，开发者可以使用这些能力高效地实现设备的适配、管理以及数据的清洗、流转、存储等动作，可有效降低开发难度。

基于物联网使能平台进行通信基站BMS 开发，经实测，开发周期从平均约90d 缩短到了约60d，时间成本降低了约30%。同时，基于物联网使能平台的通信基站BMS 在运行时，系统开销可根据终端数量动态伸缩，接入的基站数量大规模增加时仅需应用层进行数据的配置，无需额外的开发工作，系统的运行成本大幅降低，基于物联网使能平台进行通信基站BMS 的开发，是一种较为经济的物联网系统开发模式。