基站节能范文
时间：2023-12-03 12:59:18
基站节能篇1
移动通信 发展 迅猛，运营商对能耗需求不断加大，单一从运维角度节能已不能满足需求。降低基站设备能耗，提高稳定性已成为关注重点。
另外，新能源的 应用 对于基站的稳定性提出了更高的要求，风能和太阳能等不稳定电力源，要求基站设备能够有更强壮的生命力。具周建国介绍， 目前
基站节能篇2
关键词：移动通信；基站；节能；系统
1.项目概述
1.1项目背景
中国目前有超过40万个移动通信基站。按照中国移动的统计，基站耗电占70%以上。开展基站节能降耗成为一个迫切需要解决的问题。运营商对基站节能提出了很多解决方案，设备厂家也在节能方面加大研发力度，纷纷提出了绿色基站的概念。为了很好地节省能源，应该从基站这个产品入手。
目前的移动通信基站的旧设备中，并没有关于节能方面的考虑，同时更换这些设备也要耗费非常大的力度和时间，所以我们提出能在指定时间段对基站空闲模块进行控制，进行关闭和开启，从而节约大量的资源。
创新点：
针对900/1800小区共站的基站，通过判断其所属小区载波的总体空闲程度，可选择性的关闭一个频段的小区，以此来减少耗电。
1.2系统概述
总体说明：
系统核心是节能终端通过OSS系统查询基站状态，得到基站即时的话务使用情况，根据可设定的空闲比例和条件进行判断，再通过节能流程控制服务器发出命令给OSS系统进行对基站控制关闭或者开启，从而达到节能的目的；
原有载波设备不管通话量大小，都满负荷工作。如果载波设备可根据通话量的减少而关闭部分设备，这样可以使通信设备减少耗电。同时能大大减少逆变器设备使用功率和电池充电时间，延长了设备使用寿命。这样一来减少了设备发热量，减低空调故障率和减少空调耗电。
1.3系统总体描述
软件模块
1.3.1基站状态查询
基站状态查询，通过软件中嵌入的远程终端对基站OSS系统发送查询命令，从而达到查询各载波即时使用数据的目的。并实时记录基站的日志，方便以后的信息分析，便于节能模型的建立；
1.3.2基站状态统计
基站状态统计，通过数据库处理程序对即时数据进行分析。根据状态查询模块所获得数据，进行计算统计，以此来判断每个小区/基站的空闲情况。并记录计算日志，便于各基站空闲状态的统算。
1.3.3基站状态控制
基站状态控制，通过软件中嵌入的远程终端对基站OSS系统发送控制命令。根据状态统计模块所计算出的结果，按照定制的比例和条件，发送命令到OSS系统对小区进行关闭或开启。并实时记录基站的控制日志；
1.3.4基站流程控制
基站流程控制，按照预先定义的基站节能模型算法，应该在什么时间进行启动查询，启动关闭，什么时间控制启动；并记录过程中出现的异常情况；
1.3.5基站流程定义
基站流程定义，可设置基站节能流程和定义，达到最大限度的节能和最大限度的安全性
1.3.6节能定义监控终端
按照图像化的界面，灵活的配置基站节能算法和监控基站的节能过程，和节能日志；
1.4软件开发工具
软件环境：
从软件体系结构和采用的技术上，就已经充分考虑到软件的可扩展性和可伸缩性，可以自如地应对用户增长、业务量增长和业务种类的增长，且处理能力较强。
安全性
采用了数据加密技术和消息队列恢复机制，使得软件具有故障自愈功能；同时安全数据备份上进行了充分的设计考虑和完备的实现。
信息安全性措施
为了确保系统稳定性和信息数据安全性，系统建立了重要模块：信息安全和数据安全模块。
信息安全模块
采用完善严谨的关键字过滤的技术手段，及时准确的对非法、敏感性词汇以及谐音、变音字进行监控过过滤，确保从该系统发出的消息不含违法信息或其他不恰当信息。
数据安全模块
系统内部网络采用专网的方式，在一个独立的机房内，组建一套专用网络，系统的各部分组成一个独立局域网，局域网通过硬件防火墙连接到移动网，有效提供了系统抵御黑客攻击的能力。
可靠性
采用完善的操作日志和事件机制，提供丰富的管理工具，保障故障的及时处理和消除。
3.系统安全
3.1网络系统安全
为保障系统的安全，应进行如下安全控制管理：
授权访问、拒绝非法访问；
防火墙功能；
入侵检测、漏洞检测；
审计和日志管理；
病毒防范。
3.2主机系统安全
用户认证；
访问控制；
安全审计。
3.3应用系统安全
应用级的工号口令认证；
工号通过岗位和级别的划分进行访问权限的控制；
通过提供的服务操作数据，避免对数据库的直接访问和数据库用户、口令的泄露。
4.技术承诺书
在系统规划、实施及维护阶段，我们将遵守以下的承诺：
5.效益分析（以现网107站点计算）
5.1实例900和1800共站（龙湖基站）
基站节能篇3
关键词：移动通信；基站空调；节能；能耗现状；技术方案；措施
中图分类号：TE08文献标识码： A
一、基站能耗现状分析与发展趋势
（一） 基站能耗现状
移动通信网能量消耗主要由中央机房、一体化基站及室内分布系统、室内基站等部分引起消耗。2013 年，室内基站能耗超过全网能耗总量的 70%。移动通信基站一般采用全封闭式，机房内部发热源头体主要为通信电源设备、传输设备、无线主设备等。而封闭式的通信机房空气循环较差，热量散发较慢。常规下，依赖基站空调降温，从而保障工作状态下的基站设备的环境温度。但是，长时间运行基站空调，既增加了耗电，又降低了使用寿命，明显地增加了通信运维量。当前，三大通信基础运营商的基站数量多、面积广，偏远乡镇站点、高山站点约超过 75%，增大了维护难度，提高了运营成本，仅仅依赖当前的人力、资金和资源进行网络服务质量保障，是缺乏创新及竞争力的。
通信基站能耗情况如下图 1 所示。超过总用电量的 40%用于空调系统的用电量。设备数量及其功耗程度组成了无线通信设备用电量。除此以外，伴随而来的基站系统耗电显著的波动主要来源于业务信道载频变化的负荷。工作环境下的电磁转好及电源滤波产生了大量的损耗，造成了基站能耗的大幅增加。因而，除了基站主设备以外，空调系统是的移动通信基站主要的耗能设备。
图 1 通信基站基站中设备能耗示意图
（二） 移动通信基站通风系统降本增效的可行性分析
目前移动基站为保证防尘防潮的要求，全部采用密闭设计，并未实现与室外热循环。当夏季温度升高，空调长时间超负荷工作，这些都造成基站能耗剧增。从上述分析可知，最大的能耗占比的是空调系统，具有非常大的运维护成本和管理难度。如果不使用空调，同时符合机房设备运行的环境温度需求，是非常行之有效的节能减排举措。按照通信基站国标规范的要求，通信机房温度应保持在 10～35C，湿度 10% ～90%。根据地区气候不同，全年气温保持在 0～38C 内。据此，可充分利用自然对流空气的原理，从而实现对设备的散热降温。经实践证明，除不能完全符合蓄电池温度外，可利用自然对流空气实现对其他机房设备的降温散热。因此，近期提出了效果显著的通风节能减排系统方案应用。
二、 通风系统及节能技术方案分析
（一） 空调通风系统
空调通风系统超过移动通信机房总耗能的 40%，是运维通信设备的的重要基础。在机房降本增效的措施中，降低空调能耗是移动通信基站主要的节能措施。下面就基站空调的关键技术进行介绍。
1、 变频空调节能技术
由于普通机房空调的压缩机不因机房内设备的热负荷改变而改变，而利用变频空调节能技术改变工作频率，调整压缩机功率，既有效降低了开关损耗，同时由于不因频繁开启压缩机，使压缩机维持稳定的工作状态。总体而言，这既能实现节能的空调系统效果，同时减少噪声干扰，并很大程度上增强了空调的使用期限。除此以外，在低于额定电流工作状态下，软启动功能的变频器使得工作流从零开始，充分使用滤波电容的作用，降低了对电网的要求以及对较大的供电容量，增强了功率因素，减低了无用的损耗。
2、新风系统节能技术
基本的新风系统节能原理是，利用机房室外的自然环境作为冷冻源，当室外空气温度低于室内一定限值时，通过通风对流降低机房内部的热量，有效降低室内温度，同时通过气压将部分空气排出通风口，减少运行空调时间，有效增加了空调的使用期限。新风系统在通信机房内空气温度低于室外温度情况下，非处于运行状态。这主要由室内外温度的差值状态决定。比如在室内温度与室外温度差别不大情况下，如频繁开启关闭空调，将容易损坏空调。所以，需要注意有效地对室内外温度等范围进行判断，可以有效地利用新风空调节能技术进行移动通信机房的降本增效。
三、传统通信机房通风措施
常规上，排风扇系统、进风口、蓄电池槽等几个部分组成了基站通风系统。位置布局的通风系统如图 2 所示。
图 2 常规的通信基站通风系统分布图
如按照以下要求的采用通风系统各组成部件尺寸及进行施工，将可以达到通风节能显著效果:
（一） 进风口大小采用 70CM×70CM基于 G11/G13 工程基站标准设计规范，安装两个 70CM×70CM 的进风口在机房门左右两侧，对齐进风口与原机房设计的空调外机散热窗的安装位置，以便引入室外的冷空气。
（二） 排风扇系统
1、利用交流接触器安装再电力排风扇供电回路，加装温度感应器在控制环路的接触器的线圈，当机房温度大于 30度时，将吸合交流接触器，从而排风扇进入工作状态。当温度小于 30 度时，接触器将被温度探头利用电压比较器进行切断，从而终止了运作电力排风扇。如此，既能自动控制排风扇电路，又能自动调控温度，降低空调时延。
2、安装 300W 的排风扇。增加安装防盗、防雨和防虫网在排风扇的开孔地方，根据进风窗的防盗和防虫网指标实施。
（三） 蓄电池组槽技术
1、乡镇基站蓄电池槽升级举措增加地下蓄电池槽，大小为 2500mm×600mm×500mm。
2、城区移动基站电池槽升级举措由于城区移动基站电池槽，缺乏开挖条件，需要采取镀锌材料制作的电池槽，隔离蓄电池与其他设备，减少热传递。
在高温时段，可以加注电池槽冷却水，保障正常工作的蓄电池的环境所需温度。
3、通风节能产品选用及安装策略
沿海城市的机房通风节能产品数量大于内地城市，而大多取代采用热交换式，利用直排式。主要是因为：首先，沿海城市容易接受新事物，开放程度高；其次，节电效率而言，直排式效果较好，投入市场较早，对高电价的沿海城市有显著的节电效果；最后，沿海空气质量交良好。利用产品性能分析及工程实践，节能产品适应性较好。我国不同地区的环境、温差、空气质量区别较大。参考不同节能产品功能，根据奇恩及空气质量差异，有助于节能产品的选取及施工。按照运营商总部机房标准，基站机房环境温度必须在10℃～32℃范围之间，机房湿度必须保持在 5%～80%范围内。据此，我们可以得到节能产品营销的重要策略就是：温差大，空气质量好的地方适合采用直排式，而在温差小的地方不用安装通风节能产品；在温差大，空气质量差的地方适合采用安装热交换式。
四、通风系统节能测试与效益分析
按照以上的措施进行测试，采用了通风节能系统之后，外界温度高于室内机房温度 1～2℃，基站温度高于电池槽温度 4～5℃。同时，利用隔离蓄电池会产生更佳的效果；而从基站运维的角度而言，升级改造不会带来掉站率和故障率，不产生网络瘫痪等问题。
（一） 降低电费措施
以 2013 年和 2014 年的四个基站的用电量进行比较，可以发现，在采用通风节能减排系统后，2014 年 5 月消耗电能2998 度，同比 2013 年节约了 2098 度用电量，站均节约 500度。同时，结合站型，负荷，地理条件，房屋构造，设备密度，空调大小的不同，对实验数据进行收集并且综合分析，测算出每个基站每个月可以节约用电量 45～50 度，如果参照最低标准计算每月节约电量，以 1 元/度计算单价，那么对每个基站而言可节约成本 345 元/月。按照目前的空调运作状态来看，每年工作 5 个月，那么一年可以降低运维费用约 1750元/站。3.2 抑制空调运维费用单台基站空调运维成本约为 520 元/年。通过安装通风节能减排系统，大大降低了基站电费成本，不仅可以实现节能
减排的目标，同时确保了公司财产安全。该项改造在建站建设中推广意义深远。
结束语：
为了进一步实现降低网络能耗，建立绿色环保的网络目标，不仅仅是基站通风系统要综合考虑每个节点的环境节能，还需要制定统一的，可以执行的标准。而在节能产品的推广过程中，必须要考虑经济性与适用性，为了把投资风险控制在一定范围之内，优先考虑低风险的合作经营，并采用电费分成营销方案。只有在保证机房和设备安全的条件下，才能更好实现节能增效目标。
本文首先对当前的基站通风系统的能耗和发展趋势进行了分析，接着对基站通风节能系统关键技术进行了探讨，从而提出了降本增效措施，并对效果进行了测试和分析。案例和实践证明，利用大量移动基站的通风系统，进行降本增效，可以实现显著的效果。
参考文献：
[1]周宇. 基于3G通信基站节能减排解决方案研究[J]. 大众科技,2013,01:26-28+31.
[2]张斌. 通信基站节能规划建设方案探讨[J]. 科技创新与应用,2013,21:75.
基站节能篇4
【关键词】通信基站通风冷却技术节能
通信基站是通信网络的基础，属于公共建筑的一种。但与其他的普通公共建筑相较而言，通信基站的空调系统全年全天运行，涵盖全年所有季节，因此发热量最大。
一、通信机房环境条件要求
根据2008年11月1日开始实施的《通信中心机房环境条件要求》（YD/T1821.2008）其中对通信机房的温度、相对湿度、洁净度、新风量做出了以下几个规定：通信机房的温度、相对湿度及温度变化率。
1.1通信机房的回风控制精度
在2011年1月1日实施的《通信机房用恒温恒湿空调系统》（YD/T2061―2009）对回风控制精度做出如下几个规定：（1）当回风温度大于等于十八摄氏度并且小于等于二十八摄氏温度时，温度上下幅度在一摄氏温度之内。（2）当回风湿度大于等于百分之三十并且小于等于百分之七十时，湿度上下幅度在百分之四到百分之五范围之内。
1.2通信机房的环境特点
送风量大，送风焓差小。一般来说，温度对于通信设备的影响不容忽视，因此通信设备的电子器件绝大多数都具有温度这一特性，因此通信机房要求温湿度相对稳定一些，不能剧烈变化，因为温度变化太快时很容易导致电子器件发生问题。一般来说，送风量比较大的时候，机房的温湿度指标都处于一个比较平稳的状态，换言之，送风量是影响机房的温湿度的一个重要指标。
散热量大，散湿量小。据统计显示，通信机房的散热量大，散湿量小。散热量大的原因主要是，设备散出的显热和围护结构传热。散湿量小的原因主要是，通信机房内一般来说不存在固定的湿源，湿量主要来自工作人员以及进入机房内部的室外空气，因此散湿量一般很小。
1.3送风方式的特殊性
一般来说，机房空调的送风形式只有两种，即分为上送下回方式以及下送上回方式。对于小型通信机房和通信基站来说，房空调的送风形式采用上送下回气流组织形式比较合适。但是，对于大型的通信机房来说，房空调的送风形式采用下送上回方式更加普遍。
1.4防尘要求
尘埃对通讯设备具有很强的伤害。停留在电子器件上的灰尘容易导致绝缘不良，金属接点和金属插接件积有灰尘也导致接触不良。当通信机房相对湿度偏低时，电子器件上的积尘可导致静电吸附现象。
当前建设的通信基站中，部分采用了智能新风系统，见图1。
二、风机状态影响系统耗电量
当风机处于间歇状态的时候，风机有两种不同的状态，即开启和关闭状态。开启条件是，室内温度达到室内气温的最高温度。关闭条件是，室温在室内温度最低温度之下。随着室内温度的循环变化，风机也随着变化，即从开启和关闭两种状态循环变化。系统处于风机和空调间歇运行状态时，在某些状况下系统的节电量会忽略不计，这种状况就是通过风机引入的冷量少，造成空调系统必须不断工作，已达到降低温度的效果，由于空调的不断工作，此时节电量会很小，计算时因此可以被忽略掉。
三、各个影响因素和节电量之间的关系
3.1风机风量
实际观测可得到，在一定范围内，节电量与通风换气的次数成正比例，即在这一范围内，通风换气的次数增加，节电量就增加；通风换气的次数减少，节电量就减少。但是过了这一特定范围，电量与通风换气的次数就不成正比例关系了，表现为即使通风次数增加，节电量也不一定会随之增加，反而有时候会呈下降趋势。造成这种现象的原因是，风机电耗能量会随着风机通风风量的增大而增大，因此造成了节电量与通风换气的次数不一定成正比例的关系。由此可得，设置一个合理的通风换气次数是非常必要的。
3.2空调系统设定的温度
实际观测可得到，全年节电量与空调系统设定的温度呈现出正比例的关系，即要想全年节电量大，空调系统设定的温度就要大；要想全年节电量小，空调系统设定的温度就要低。
3.3室内发热量
据统计可得，全年节电量一般和室内设备发热量呈现出正比例关系，室内设备发热量大，全年耗电量就会变大；反之，室内设备发热量变小的话，全年耗电量也会随之变小一些。室内设备发热量之，也会随着室内设备发热量减少而变小。但是实际情况是，室内发热量太小时，通风冷却技术并不适用，因为此时不符合经济性的原则。室内发热量小导致全年耗电量小，此时不值得使用通风冷却技术，因为使用此技术会有很长的投资期。
3.4空调系统能效比
节电量与空调系统能效比呈现反比例关系，即当空调系统能效比增加时，节电量会相应地变小，并且减少趋势会随着室内发热量的增大而表现更加明显；反之，当空调系统能效比减少时，节电量反而会相应地变大。
3.5风机功率
节电量与风机功率呈现出反比例关系，即风机功率增加时，节电量反而相应地减少，并且减少量会随着室内发热量的增加而更加明显；反之，风机功率减少的时候，节电量反而会相应地增大。
总的来说，在一定程度内，节电量与通风换气数成正比，但是超过这种程度之后，节电量不会再增加，反而会下降，因此需要根据室内发热量的不同，而设置不同的合适各自的通风换气数。节电量与空调系统设定温度成正比，就是设置温度越大，节电量越大，反之节电量越小。节电量与室内发热量也成正比，然而与空调系统能效比却成反比。
四、结论
本文章中提出的评价方法具有明显的局限性，因为是在针对的情况比较特殊，不具有一般性。换言之，是在针对特定基站情况下，提出的评价基站通风冷却技术的节能效果。通风冷却技术适合于发热量高的基站，而不适合于发热量过低的基站。
参考文献
[1]中国电信集团公司电源技术支撑中心.连载8：机房新风直接引入节能技术[J].广东通信技术，2009，（5）：28-33
[2]饶中浩，张国庆，陈远景，等.通信基站空调的智能型综合节能系统研究[J].电信工程技术与标准化，2008，21（12）：26-29
基站节能篇5
【关键词】扇区切换 智能节电 载频功耗 节电效益
1背景
能源问题已成为制约经济发展的主要问题。在国家“十一五”发展纲要别强调指出了能源问题的紧迫性,提出要把节约资源作为基本国策,并将能源消耗指标作为“十一五”规划目标中最重要的约束性指标之一。中国移动集团与国家工信部签署中国通信发展史上第一份节能自愿协议并承诺:“以2008年能源消耗为基准,到2012年12月底实现单位业务量耗电下降20%的目标,实现节约用电118亿度。”
在移动通信网中,基站耗电约占移动总耗电的70%,基站主设备耗电约占基站耗电的45%,所以基站主设备的节能减排至关重要。湖南移动公司长沙分公司针对网络潮汐特点及基站能耗分布情况,自主创新研发出基站扇区切换智能节电系统,在夜间网络话务量低时可最大程度地降低基站主设备的功耗,实现有效节能减排的目标。此系统已获得移动集团内部科技进步二等奖、三项国家发明专利及一项网管软件著作权。
2系统概述
基站扇区切换智能节电系统的设计主要是根据移动网络话务量潮汐特性,合理有效地控制和调配基站投入使用的资源,从而达到有效节能减排的目标。
2.1 话务量潮汐特点
移动网络话务量与移动用户的生活习惯、作息时间息息相关,绝大部分移动用户习惯白天工作、夜间休息,因此形成了很明显的网络话务量潮汐特点,如图1所示:
网络一般在10:00和19:00左右会出现话务量峰值忙时,而在其他时间(比如:23:00～7:00)话务量则比较低。无线网络的载频配置要满足忙时话务量的需求,所以在夜间低话务时载频的利用率比较低。
2.2 载频能耗分析
以常规基站3个小区覆盖模式为例,每个小区的BCCH始终在满功率发射,功耗在忙闲时都固定在400w左右,闲时TCH功耗在300w左右。
夜间低话务时基站的载频功耗主要是BCCH功耗和部分TCH功耗,时隙关断技术、载频关断技术在一定程度上能够降低主设备的TCH载频部分功耗,但是无法降低BCCH功耗。基站设备载频在满话务、60%话务、无话务时的功耗如图2所示。
从图2可知,在话务量极低或无话务量时,最大功耗是BCCH载频功耗。
2.3 节能系统框架图(图3)
系统的软硬件组成及功能如下:
硬件部分:智能节电设备,主要完成扇区切换及告警上报等功能,具有复杂且完善的节能流程。
软件部分:节能网管,包括:应用服务器软件、通信服务器软件、客户端软件。主要实现对基站小区功率升降的智能控制、智能节电设备控制及管理等功能。
3 系统节能原理
3.1 系统节能流程
(1)智能选站:通过话务分析软件对基站的历史话务量进行分析,统计出适合此节能系统的基站及对应的节能时段;
(2)数据同步:运行节能流程前,节能网管中心与基站OMC-R进行基站数据同步,同步相关的数据信息;
(3)节能流程:夜间话务量低时,如23:00,节能网管中心通过基站OMC-R自动软关闭两个从小区,剩余的小区通过智能节电设备变成全向站覆盖,可大幅度降低两个小区夜间的功耗;如果是GSM900和DCS1800共站的点,可大幅降低五个小区夜间的功耗;
(4)恢复流程:清晨话务量将逐渐升起,如7:00,节能网管中心通过基站OMC-R自动开启从小区,智能节电设备恢复成三小区的不节能模式。
3.2 系统硬件工作原理
系统硬件实现原理如图4所示,A、B、C分别表示基站对应的三个扇区。
在非节能状态下,三个小区的信号通过独立的三套天馈发射出去进行覆盖,此时基站为三扇区定向覆盖。
在节能状态下,射频开关切换后,A小区的信号会通过功率分配器分配到A、B、C三路天馈中去,此时基站三个扇区的覆盖区域均为同一个小区的信号。射频开关切换完成后,系统OMC软件通过对基站OMC-R发命令,将基站其他两个扇区B、C的功率降到最低,达到降低基站能耗的目的。
扇区切换智能节电系统可与时隙关断技术进行技术互补。节能时软关闭两个从小区后,两个小区的BCCH载频及TCCH载频处于软关闭状态,时隙关断技术对主小区进一步节能,互补使用节能效果更佳。开启时隙关断技术后再启用扇区切换智能节电系统,载频功耗图如图5所示。
4 实施效果评估
4.1 关键问题分析
(1)覆盖场强
白天未节能时只有0.3dB的衰减,对网络基本没影响;夜间启动节能功能时通过了一个三功分器,理论上有5dB的衰减,但对网络不会造成大的影响,原因如下:
移动基站相当密集,边缘场强高,很多城区室外边缘场强-75dBm左右;
环境噪声降低,C/I变高,有用覆盖范围大于话务量高的时段;
白天信号场强-95dBm时打电话不清楚,夜间打电话相对较清晰;
在实际的网络使用中,城区信号折射多,根据测试覆盖区只有1dB～3dB的衰减;
基站覆盖基本都有预留功率,可适当地提高基站1dB～3dB的输出功率;
可间隔式使用节能系统,对边缘场强要求高的区域可以不使用。
(2)网络干扰分析
节能时,软关闭了两个小区,减少了2/3频点,相邻小区干扰降低;
在实际应用中,节能前后都在夜间路测,C/I同频干扰比变换很小,甚至有所提升;
大规模使用时尽量所有的基站都使用某个小区为主小区,长沙移动基本都使用第一小区为主小区。
(3)切换问题
基站小区可设置32条邻小区的切换关系,相邻基站可考虑的邻区关系基本都已设置;
小区重叠覆盖范围冗余很大,夜间通话活动范围小,切换可以保障;
极个别基站背向邻区未列入BA表,通过加入重选列表和切换列表即可解决,或通过选取合适的小区为主小区进行规避;
在实际应用中,我们很少做修改,切换次数有所降低,切换成功率变化不明显。
4.2 实际网络测试
长沙市望城县乌山镇使用了六十余套扇区切换节能系统,我们对选取的站点进行了相关测试(见图6),包括:节电效果、路测、网管KPI指标。
(1)节能效果
基站安装节能设备后,节电效率在25%～50%之间,全天节电效率9%～15%。乌山镇基站的载波配置相对偏低,每晚可节电6～20度,站点载波配置越高节能效果越明显。
(2)路测
对覆盖区域进行了四次路测,取其平均值统计情况如表1所示:
从以上数据来看,基站在节能状态下覆盖区域边缘接收电平会有轻微下降。但因在晚上话务量不高,基站周围整体底噪降低,因此对网络的覆盖影响很小。
(3)基站网管统计数据对比分析
我们在OSS系统中调取安装了节能设备的基站网管统计的KPI数据,对节能系统开通前后同一时段内(22:00～7:00)的基站KPI指标取均值进行对比,如表2所示。
在节能状态下,虽然基站原三个扇区的话务量被一个扇区吸纳,但由于晚间话务量很少,因此单个扇区完全能满足原先三扇区覆盖的业务信道要求,实现良好的覆盖。且系统开通前后,切换成功率和掉话率也没有大的变化。
5 系统应用效益
扇区切换智能节电系统节能流程设计合理、性能稳定,节电效果良好。长沙移动遵循“循序渐进”的原则,已在内部大范围推广使用。该系统使夜间基站主设备节电效率高达25%～50%,节电效果明显且覆盖区域各项业务指标良好,KPI指标正常。
湖南移动计划将使用规模扩展至1000个基站,预计一年能产生的经济效益及社会效益如下:
经济效益:使用基站节能设备后,根据载频的配置数量不同节电数量有所不同,节电范围5～28度。根据长沙移动的基站配置,每个基站平均节电约18度,每年节支总额=18度*1000*365*1.2元/度=788.4万元,可有效降低企业运营成本。
减排效果:按国家标准来看,每度电消耗360g标准煤,排放0.997kg二氧化碳。那么,1000个基站全年将节煤2370吨,减少二氧化碳排放6550吨,减排效果非常突出。
社会效益:本系统启用后,能够有效延长停电期间基站蓄电池的供电时间,大幅度降低基站退服率,提高移动客户满意度;同时本系统能够自动对每根馈线的功率进行测量,可节约大量的人工维护成本。
6 结束语
我国经济快速增长,在各项建设取得巨大成就的同时也付出了巨大的资源和环境代价,经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐,环境污染问题日益突出。同样在国际上,节能减排的呼声也日益响亮,特别是温室气体排放引起的全球气候变暖问题已成为整个国际社会的关注焦点。我们只有一个地球,只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展,才能实现经济持续健康发展。
进一步加强节能减排工作,既是应对全球气候变化的迫切需要,也是企业应该承担的社会责任。长沙移动自主创新基站扇区切换智能节电系统的规模使用,将为电信运营商实现节能减排目标提供有益的帮助。
参考文献
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[4]杨志军. 中国移动集团公司“绿色行动计划”[N]. 通信产业报,2009-4-8.
基站节能篇6
关键词：基站机房；能耗数据采集系统；节能
截至2014年底，中国移动通信用户已达13亿，基站数量已达200万以上。用户数量及业务量爆炸式的增长造成电信网络的能耗居高不下。国家“十二五”规划中首次将电信业节能降耗作为课题列出:通信行业节能降耗的整体战略与若干关键能耗控制策略研究。而在通信网络耗电中，基站机房的耗电量占总耗电量的60%以上，因此解决好基站机房的节能问题是通信行业的节能减排进程中的重中之重。而要达到基站机房的节能减排目标，首先必须全面而准确地获取基站机房的能耗组成、变化规律、作用机制等，进而科学地规划节能方案、发掘节能潜力。开展针对基站机房的能耗统计与分析，是合理的出发点和有效的落脚点。基站机房的能耗组成来源复杂，是话务量、温度、地理环境等多重因素共同作用的结果，而且随着时间的推移会有较大的起伏，因此在开展基站机房的能耗统计活动中，通常建立起针对试点机房的能耗采集系统，获取实时数据，进而能完整地展现出基站机房的能耗状况，是对科学研究和节能方案设计的有力支持。中国移动广西公司与工信部通信计量中心合作开展了“移动通信基站能耗数据采集和节能量分析”项目。该项目通过在试点基站建立能耗数据采集系统，实现对基站机房的能耗实时监测，根据获取得到的一年的基站能耗信息，科学、合理地分析机房能耗量的组成、数值、变化趋势，得到话务量、温度、地理环境等多重因素的作用机理和规律。项目首先建立基站能耗数据采集系统，并选取合适的试点基站机房，并进行基础能耗数据采集工作，同时采集试点基站的话务量、数据流量、机房配置信息等基础参数；最终在获取长达一年的能耗统计数据的基础上，进行基站机房的能耗组成、变化规律及作用机制的研究分析。
1基站能耗数据采集系统的组成和工作机制
1.1基站能耗数据采集系统的组成
项目定制的基站能耗数据采集系统主要由3部分组成。(1）多参数数据采集仪：集中了三相四线电参数、单相电参数、直流电参数、温度参数等能耗参数，其中交流电参数包括电压、频率、电流、有功功率、功率因数、有功电能等电参数，直流电参数包括电压、电流、功率、电能等。输出为RS-485接口的数字信号，支持MODBUS-RTU协议。可以有效地监控机房内的电流、电压以及温度等信息。(2）DTU（GPRS数据传输终端）：一种无线数据终端，利用公用运营商网络为用户提供无线长距离数据传输功能。(3）终端传感器：包含直流互感器、交流互感器和温度传感器。
1.2基站能耗数据采集系统的工作机制
终端传感器接收基站机房内的电流电压温度等信息，馈送至多参数数据采集仪；多参数数据采集仪将接收到的传感信息处理并经由数据传输终端，通过GPRS网络发送出去；中心服务器接收Internet上的信息，并通过应用软件进行数据处理、汇总和分析。
2试点基站机房的选取
项目中选取的试点基站机房一般按照以下原则以涵盖南宁市大多数的基站机房类型。（1）主设备、传输设备运转正常,蓄电池、空调等配套设备完好。（2）地理位置均匀分布在评估区域内，并涵盖各种地形（平原、高原、山地等）、降水量、植被覆盖等因素。（3）机房内的主设备型号应涵盖有类型。（4）机房的围护结构材质涵盖所有类型（砖混结构、彩钢结构等）。（5）根据话务量和数据流量等级均匀采样，不应有所遗漏。（6）对某些环境因素或者业务量变化较大的基站机房集中区域可以考虑增加试点数量，以提高采集数据的可信度。（7）所采集基站设备种类必须涵盖目前存在的所有设备种类（比如室外设备、监控系统等并非所有基站机房都有的耗电设备）。（8）所有基站类型应涵盖居民小区、商业中心区、办公楼宇区、工业园区、室外独立基站等各类基站。（9）所采集基站应包括不具有节能措施、包含单一节能措施、包含两种及其以上节能措施等各种节能情况。
3基站机房能耗组成与分析
3.1基站机房的能耗组成
在进行基站机房的能耗组成分析时，通常将总能耗按照设备种类进行分类讨论，一般来说，基站机房内的设备主要分为两大类：交流供电设备和直流供电设备。交流供电设备包括交流配电箱、直流开关电源柜、三相空调、照明设备、插座、新风设备、电池恒温柜等，该类设备的供电端起于交流配电箱。而直流供电设备包括主设备（如RBS2206﹑RBS6201），传输设备（综合柜），基带处理单元（BBU），蓄电池组等，该类设备的供电端起于直流电源柜的输出端。因此基站能耗数据采集系统也针对三相四线电参数、单相电参数、直流电参数进行分类采集。根据机房内各部分能耗的来源及影响因素不同，一般将机房的总能耗分为交流配电箱能耗、直流电源柜能耗、基站主设备能耗、传输设备能耗、蓄电池组能耗、空调能耗及其它设备能耗等。
3.2能耗分类讨论与分析
3.2.1交流配电箱交流配电箱是基站机房的市电输入起点，基站数据采集系统首先在配电箱的三相市电输入口处设置交流互感器以监测输入市电用量，站点的总耗电量是基站数据采集系统获取的首要信息。据统计，由于2月机房内温度较低，空调系统的启动时间较短，耗电量较少，可以明显看出2月的基站耗电量均小于其它各月，而随着气温回升，空调利用率逐渐提高，运行时间也较之更长，以后各月耗电量也随之上升。3.2.2直流电源柜直流电源柜的主要作用是从交流配电箱引入交流电，将交流电通过整流模块整流为直流电后，为负载供电，给蓄电池组充电，是机房内直流供电设备的起点。直流电源柜因使用年限、环境的不同亦存在效率问题，基站能耗数据采集系统可以通过监测获知直流电源柜的直流电源柜的输出直流累积电量和输入交流累积电量，二者的比率即为直流电源柜的直流转换效率。目前，各基站的直流电源柜的效率一般保持在0.86～0.90之间。3.2.3基站主设备基站主设备是基站机房的核心设备，接收来自RNC的数字基带信号，进行射频调制、功放、合路、经双工器由天线发射信号；收信部分将从天线接收信号，经相反过程处理后送至RNC，习惯上也将主设备能耗称为基站能耗。南宁市的基站主设备主要为室内宏基站和分布式基站，一体化基站较为稀少，故主要参照GB/T29239-2012《移动通信设备节能参数和测试方法》中的基站功耗模型进行主设备能耗的分析。同时主设备类型涵盖GSM/TD-SCDMA/TD-LTE，分别对3种网络制式进行能耗对比和分析。（1）GSM设备。以C1基站为例，如图1所示，为机房内3台GSM设备24h内的功耗对比。3台GSM设备的型号均为RBS2206Ericsson，物理载频数分别为10、12、8；由于3台设备处于同一机房内，可认为三者所处的地区环境一致、业务负荷情况类似，对比其功耗情况，GSM设备1平均值2.4kWh、GSM设备2平均值2.709kWh、GSM设备3平均值2.057kWh，可以看出其平均功耗比率为1:1.13:0.86，与物理载频数1:1.2:0.8接近，这是由于GSM设备存在基础能耗的因素，使得载频数相差较大的GSM设备功耗比率达到一定的削弱。（2）TD-SCDMA/TD-LTE设备。以C2基站为例，如图2所示，为两台TD-SCDMA/TD-LTE设备24h内的功耗对比。两台GSM设备的型号均为BBU3900，由于两台设备处于同一机房内，可认为三者所处的地区环境一致、业务负荷情况类似，对比其功耗情况，设备1平均值2.37kWh，设备2平均值2.34kWh，可以看出二者功耗基本一致。（3）GSM设备/TD-SCDMA/TD-LTE设备。如图3所示，为C3基站24h内各类主设备的功率对比，可见，各类设备功耗在16～17时达到峰值，4G设备的功耗基本保持稳定，起伏较小；而GSM设备和TD-SCDMA/TD-LTE设备从5时开始逐渐攀升，直到16时达到峰值，然后缓慢下降。主设备的能耗与业务负荷直接相关。3.2.4传输设备基站机房中，传输设备是RNC与NodeB间远距离传输信号的关键。传输设备一般安置在配线架上，配线架有数字配线架和光纤配线架，在移动基站中所有信号线缆均要通过配线架进行连接。包含传输设备在内的整体配线架习惯上成为综合柜，在基站机房的能耗分析中作为一个整体来考虑，其能耗一般比较稳定。截取多个基站24h内综合柜的能耗状况，如图4所示，虽然各基站的综合柜单位能耗相差较大，但在24h内保持稳定（其中C6-1，C6-2指C6基站内部的两个综合柜）。C6基站因地处商业区，业务负荷较高，单位功耗量在1.6kW以上；其它对比基站的单位功耗量均在0.25kW以下。3.2.5蓄电池组蓄电池是直流供电系统的重要组成部分，在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行，用来改善整流器的供电质量，起平滑滤波作用；当市电异常时，向负载提供直流电，是直流系统不间断供电的基础条件。在不出现突然断电的情形时，基站蓄电池处于满电待机状态，消耗功率极小；当出现基站突然停电状况时，蓄电池自动放电，并在基站恢复通电后自动充电。如图5所示，为C10基站的蓄电池组工作时的状态变化，对C10基站的电源柜输出、蓄电池组累计电能分别作出曲线，清楚地体现出C10基站的蓄电池充电又放电的情况，市电正常工作时，蓄电池组经过充电，电能不断累积，达到最高值1230.628kWh，市电掉电，然后电能逐渐减小直至市电恢复，继续充电过程。如表1所示，可以看出，直流电源柜的耗电量曲线的变化情况：当蓄电池组处于放电状态下，直流电源柜的耗电量曲线斜率变陡，负载电流变大；当市电恢复，蓄电池进入充电状态，直流电源柜的耗电量曲线斜率变小，负载电流变小。3.2.6空调系统为保证局站通信设备的安全运行，通信局站内的温度和湿度控制都是通过安装空调来实现，而空调设备的能耗在局站总能耗中占有相当大的比重，由于局站设备配置不同，空调能耗一般占局站总能耗的50％～75％。随着局站内的设备越来越多，设备的功耗和发热量将越来越大，空调的能耗也将随之迅速增加。日益膨胀的空调系统能耗是实现节能减排预定目标的最大阻碍。通信机房的空调能耗主要受两部分影响：外部环境，热源的增加必然导致空调运行时间的加大，从而加大了空调的能耗；空调本身的使用年限、能效比。在空调的类型、使用年限、能效比确定及预设制冷温度一定的情况下，空调系统能耗主要由外部环境温度决定。因此有必要建立起对于机房的环境温度信息的采集机制，来进一步研究空调系统的能耗影响因素。通信机房来说，环境温度参数包括机房内部空气温度、内外部的墙面温度（东墙、西墙、南墙、北墙、外东墙、外西墙、外南墙、外北墙、内顶墙、内底墙、外顶墙），总共可达12个温度参数，根据不同类型的通信机房需要监测的环境温度参数会略有调整，视具体情况而定。如图6所示，为C11基站5月1～2日内空气温度与空调耗电量在48h内的变化情况，箭头所示为时间流向，蓝线所示为每小时空调耗电量，红线所示为室内空气温度，可见空调的温度补偿作用为滞后性补偿，随着温度的上升，耗电量也会在延后一段时间持续上升，二者的波峰与波谷并不在同一时刻。如图7所示，为C11基站内部各墙面温度与室内空气温度的对比，可见空气温度变化起伏较大，且与空调功耗保持一致，而其它墙面温度变化不大，一般情况下，以空气温度作为评估系统能耗的主要指标，同时也作为安全示警的重要参数。需要注意的是，因为C11基站处于楼房顶层，大部分墙面处于遮蔽处，温度变化并不敏感。而当处于冬季时，空调耗电量的关系又表现出不同的特点：如图8（2015年1月1日）所示，为24h内C11基站内部各墙面温度、室内空气温度与空调耗电量的对比，可见空调耗电量与东墙面的温度保持变化趋势一致，存在滞后性补偿的关系，基站内部空气温度一般高于墙面温度，且除去东墙外其它各面墙壁的温度变化趋势一致。与夏秋季节空调耗电量主要与基站内部空气温度变化趋势一致完全不同。以C12基站为例，图9为C12基站5月15日的各墙面及室内空气温度变化情况，其中黄色三角型标记指示了空调耗电量的变化趋势。可见空调耗电量与室内空气温度变化趋势一致，而东墙、南墙墙面温度的变化趋势与空调系统耗电量曲线也比较接近，空调系统耗电量曲线是各墙面温度及室内空气温度共同作用的结果。
4总结
基站机房的能耗居高不下是通信行业长期存在的难题，也是实施节能减排战略的重要目标。而在不了解机房内部的能耗组成、来源的情况下，单一地安装节能设备、启用节能策略并不能完全达到节能降耗的目的，还可能造成资金的浪费。基站机房的节能降耗也需要做到“因症制宜”，因此需要准确地获取基站机房的能耗组成、变化规律、作用机制等，进而科学地规划节能方案、发掘节能潜力。开展针对基站机房的能耗统计与分析，是优化节能管理的基础和必要手段。
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基站节能篇7
一、成立运维电费管理效能监察组织机构
1、4月初成立了运维电费管理效能监察领导小组，由公司郭文华副总经理担任领导小组组长，成员包括运维部相关负责人及各县分公司领导。
2、电费管理效能监察组下设办公室，由王海军经理任主任，成员包括运维部各班组相关人员和各县分公司建维组长。
运维电费管理效能监察办公室按照运维电费管理效能监察工作总体部署，层层落实，使每项工作能够按计划执行，保障了节能减排各项工作有序进行。
二、分解下发电费管理节能减排工作目标任务
电费管理节能减排基准目标为节约电量77万度，节约电费56.21万元；力争目标为节约电量90万度，节约电费65.70万元；根据中心局及各县公司用电量及电费所占比例分解下发。
三、电费管理效能监察节能减排主要工作
1、完善统一电费台账管理：
设立专人，建立了统一、详细的电费台账，记录详细的缴费起止码、电表抄表度数及抄表日期、缴费时限、未缴电费基站原因说明、电费缴纳截止日期、电费月度分析汇总等信息。
2、完善细化电费标杆管理：
根据基站机房房屋结构（彩刚、砖混）及负载电流，制定了科学合理的电费标杆值，确保了基站用电偏离值小于1.08。
3、认真落实基站用电抄表工作：
基站用电量按照作业计划执行周期进行抄表确认，高度关注供电部门虚抄电表，业主偷电现象，一经发现及时协调解决处理。
4、完成省公司电费管理节能减排项目的实施改造：
（1）、靖边峁界基站直流远供
（2）、基站智能新风系统文化路、榆阳国际、靖边河东、靖边宾馆、神木开发区、神木孟家村、啤酒厂、凌霄宾馆、圣景名苑9个基站安装。
（3）、定边学庄、神木响水河基站电池地埋改造。
（4）、邮政机房空调添加剂改造。
（5）、中心局机房4台空调室外机水雾喷淋系统安装。
（6）、323套开关电源休眠技术升级改造。
5、低成本电费管理节能措施改造：
（1）、封堵基站玻璃窗户90个。
（2）、基站空调室外机阴面调整安装50套。
（3）、阳面空调室外机加装防晒网145个。
（4）、农村单网、低负荷基站空调开启定时开关机功能65站。
（5）、室外型基站加装防晒网。
（6）、基站彩钢房涂刷陶瓷智能隔热涂料。
（7）、基站机房馈线窗孔洞封堵280多处。
6、强化管理节能手段：
（1）、统一电费报账模板、合理设置电费标杆、加强电费审核管理。
（2）、加强空调维护管理，空调设置温度统一上调2度（彩钢房26度、砖混房28度），全区新配发空调清洗机12台，及时清洗空调室外机滤网。
（3）、开关电源柜带载率调整，调整蓄电池充电系数及整流模块的配置标准，全网整流模块下电减容500多块。
（4）、闲置设备及时下电退网、冗余设备整合下电。
（5）、强化作业计划的执行力度，根据基站重要程度（a、b、c类）合理设置作业计划执行周期。
四、电费管理效能监察工作进展情况：
节能减排基准目标为节约电量77万度、节约成本56.21万元，其中管理节能24万度、技术节能53万度。1-9月份运维累计节电60万度、节约成本43.8万元、完成目标的77.92%。
通过运维部和各县建维组的共同努力，联通节能减排工作有序进行，全面完成了省公司下达的管理手段节电24万度的目标；技术改造手段节电存在的差距也将在下半年的工作中迎头赶上确保完成省公司下发的节能减排任务。
五、电费管理效能监察工作存在的问题及解决措施：
（一）管理节能
供电部门虚抄电表预收电费情况突出，截止9月份累计发现供电部门虚抄电表预收电费28.97万度、避免损失21.15万元。
解决措施：
1.完善电费台账，做好用电审核管理。建立详细的电费台账，记录详细的缴费起止码、电表抄表度数及抄表日期、缴费时限、未缴电费基站原因说明、电费缴纳截止日期、电费月度分析汇总等信息。
2.优化基站供电方式，完善电费标杆管理。结合基站实际用电情况，逐步将单位（业主）供电、农村农网供电方式改造成公网、专变供电方式以降低基站电费电价达到节能目的。根据基站机房房屋结构（彩刚、砖混）及负载电流，制定科学合理的电费标杆值，确保基站用电偏离值小于1.08。
3.将基站用电抄表工作落到实处。基站用电量按照作业计划执行周期进行抄表确认，高度关注供电部门虚抄电表，业主偷电现象，一经发现及时协调解决处理。
（二）技术节能
技术节能目标任务53万度，1-9月份技术节能完成45%，未能按时间进度推进技术节能，目标任务完成进度较慢。
解决措施：
1、加大技术节能改造投入，科学评估智能新风系统的节能情况，新安装基站智能通风系统24套以降低基站能耗。
2、合理设置电源参数，开关电源休眠技术升级改造。
4、尽快落实中心局高耗能bsc设备割接替换。
5、开通gsm网载频智能关断功能
基站节能篇8
摘 要：介绍了一种低能耗节点位置未知的网络控制方案，根据不同的网络运行轮数设定网络节点的通信半径，使网络具有良好的能量有效性。网络中基站经过构建阶段的启动过程、节点信息收集过程和节点信息上报过程，获得了整个网络节点的相对位置分布，然后整合节点节点信息支路，得到具有回路链接的簇首节点集，其他节点根据自己邻居信息选择簇首节点，实现网络近似最小能耗拓扑的构建。通过仿真与同类典型算法LEACHC、MCLB进行比较，结果显示该方案应用于网络运行时具有更长的网络生命周期、更少的信息总数和更低的网络构建代价。
关键词：无线传感器网络； 低能耗； 节点位置未知； 能量有效性
0 引 言
无线传感器网络是由一个基站和大量的传感节点构成。传感节点通常被随机放置在监测区域内，基站负责指导传感节点工作并且收集传感节点检测到的信息，并将环境信息报送至监控中心。通常，传感节点体积很小且具有感知周围环境信息、数据处理与存储和无线数据收发三个基本功能[1]。无线传感节点在应用时受到很多限制如处理速度慢、存储容量小、电能有限等，而基站具有外部电源支持，处理能力比传感节点强大很多，它负责收集传感节点的监测信息并转发给用户。由于无线传感节点的能量有限性，降低能量消耗、延长网络生命周期，成为无线传感器网络通信协议设计的首要目标。
分簇算法应用于无线传感器网络通信协议设计，被认为是一种减少网络能量消耗的有效办法[23]。它通过选择一部分传感节点作为簇首节点形成一个暂时固定的网络构架，各簇首节点接收邻居簇首节点、簇内节点感知的环境信息，进行数据融合，剔除冗余信息，并转发至基站[46]。这一类的经典算法有：文献[7]LEACHC是一种集中的聚类算法。在启动阶段，基站接收网络中所有节点发送来的包含他们位置以及能量状态的信息。基站运行本地算法获得簇首以及分簇表，然后广播包含簇首ID信息给每一个节点。簇头确定后，普通节点选择离其最近的簇头加入该簇头所管辖的区域，进而形成簇区域。协议维护阶段与LEACH是一致的。簇的建立过程在每一轮里都需要进行一次，从而产生了很多的能量消耗和传输延迟。文献[4]MCLB算法首先找出网络中的冗余节点作为临时簇头，并随机选择一定数量的具有高的剩余能量的节点为簇头，临时簇头和簇头构成了一个数据转发层，而其他节点构成了一个数据收集为主要功能的底层，簇头广播hello消息并找到属于本簇的节点从而完成对网络的分簇。在数据转发上，存在节点节点、节点簇头和簇头簇头多跳转发至基站的混合模式，该算法中由于簇头的位置具有随机性，为了保证数据转发的可靠连通，因此每个节点必须以较大的发射功率进行数据转发而产生了不必要的能量浪费。文献[8]提出的算法CDC将网络进行分簇，每一簇自行选择一个簇头。簇头承担起收集簇内成员信息并进行数据融合，然后再将数据转发给基站，并且依据信息选择下一轮的簇头。一旦簇内有节点死亡，簇首将发送信息给基站，对整个网络进行重新分簇，否则簇首选择能量最多的节点作为下一轮的簇首。
本文提出一种新的网络控制方案由网络构建阶段和网络维护阶段组成。在网络构建阶段本文借鉴了文献[9]的思想，设计了一种节约能耗的构建方法，首先由基站发出拓扑构建信息，每个节点完成对父节点和邻居节点信息的收集并将信息在特定的时刻传输给自己的父节点，基站通过获得的全网节点信息选择一部分具有冗余连接的簇头节点集，完成了一种期望的网络拓扑特性并保证了网络的连通性。一旦网络构建完成，就进入网络维护阶段，在该阶段每个节点根据网络的需要转换到特定的角色，当簇头节点集中的一节点能量下降到一定值时，由它提出网络重构，网络运行的两个阶段状态交替进行直到网络不能正常运行。本文设计的网络控制方案与文献[7]LEACHC算法和文献[4]的MCLB算法进行仿真比较网络的生命期、网络构建信息交替情况和网络的构建代价。结果显示本文提出的方案应用于网络运行时具更长的生命周期、更少的构建阶段信息总数和更低的网络构建代价。
1 系统模型
在本算法中，传感节点周期性的充当簇头节点或者普通节点，进行环境监测及数据转发。无线传感器网络监测区域内随机均匀放置N个传感节点，其中有一个节点为基站，在本文所提出的控制方案中，进行了以下几点假设：
（1） 每个传感节点被赋于一个惟一的标号，传感节点的能量有限，而基站有专门的供电系统。
（2） 每个传感节点可根据需要调整自己的发射功率，最大发射功率满足它们连接网络中离它最远的传感节点。
（3） 所有传感节点的位置不会发生移动，位置未知，具备通过接收信号的衰减程度来计算与信号发送方的距离。
2 LEPN网络控制方案
LEPN控制方案下的网络运行是基于轮的，每轮包含网络构建和网络维持两大阶段。在每一轮里，由基站定义各节点以一个特定的相同发射功率进行数据转发，构建一个基于UDG（Unit Disk Graph）模型的分簇网络来感知周围环境信息并将信息可靠的由簇头簇头多跳转发至基站的过程，本方案主要针对应用在任务艰巨、节点随机布置的一些场合，因此设计时需满足两个基本的约束条件：形成的簇头节点集可提供一个可靠的数据包多跳转发能力；本方案具备的能量有效性应该和现有的基于分簇的网络控制方案相当或者更好。为了满足这些约束，LEPN网络控制方案所确定的簇头最终形成一条连通的闭合回路保证信息成功多跳转发至基站，具有可靠性和能量有效性，因为基站节点获得信息转发路径是闭合回路，具备的冗余性以防止信号在传输过程由于链接失败而造成信息传输失败；而该方案的另一个优点是不需要节点的位置和方向信息，从而节约了节点的硬件成本投入。
2.1 LEPN网络构建阶段
每一轮的LEPN网络构建阶段分为四个子过程，首先由基站设定本轮节点通信的发射功率，发起网络构建，接下来各个节点根据接收信号的衰减程度判断与信号发送者的距离以完成信息的收集，当每个节点都完成信息的收集，就进入了信息上报过程，直至基站，基站根据接收到的信息情况选择簇头节点集，再将包含簇头节点的消息逐层传递给网络中的每一个节点，节点通过接收到的信息来判断自己在接下来的几轮里是否成为回路中的簇头节点以承担环境信息监测和数据转发的任务还是普通簇头节点融合本簇内的监测数据再转发，或者普通节点。用（如图1）一个13节点的网络构建过程来简单描述（粗实线表示可以构成父子关系的簇首链接，细实线表示构成邻居关系的簇首链接，虚线表示构成簇首与簇内成员的链接）。
2.1.1 基站启动过程
当无线传感器网络刚刚布置完毕或者基站接收到某节点请求网络重构的消息，并且基站中保存的簇头节点集已经使用完毕（若基站中尚有未使用的簇头节点集，那么网络构建阶段直接进入网络拓扑构建过程，这样有效的减少了网络构建代价），基站进入了启动过程，首先它根据网络已运行的轮数设定下一轮各节点通信所采用的发射功率，基站节点以该发射功率广播hello消息（HM）并启动一个定时器1以等待它的子节点发来的HM，一帧完整的HM包含父节点标号、本节点标号、发射功率值、本节点的剩余能量以及充当簇头的最低剩余能量值，基站发出的HM里父节点的内容为基站本身的标号。见图1（a），节点B，C，E，I，J，K，L，M接收到了基站A发来的HM。
2.1.2 节点信息收集过程
一旦节点接收到HM，就表明网络构建阶段到了节点信息收集过程，如图1（a）中，节点B，C，E，I，J，K，L，M接收到一个HM，就开始判断本节点与HM发送者之间的相对距离，如果该距离小于本轮通信距离的一半（R/2），则认定该HM发送者为自己的簇首节点，如节点I，K，L认定A为它们的簇首，于是它们向A发送一帧簇首确认消息，就进入了睡眠状态，关闭发射模块，等待网络的维持阶段到来再转换到数据监测状态。离A较远（相对距离大于R/2）的节点M，B，J，E，C，如果节点的剩余能量足够充当簇首节点的，则广播一帧包含本节点剩余能量信息的竞争簇首消息（CM）并启动一个定时器2（定时时间小于定时器1），定时器2到达后，各节点对R/2范围内的节点信息进行判断，如果得知本节点能量最大，则设定自己为簇首节点并成为A的子节点，然后广播发送HM，如M，J，E，D，A将接收到B节点的HM，M，J认定B为簇首，见图1（b），而A接收到B节点得知B为自己的子节点；节点C在定时器2结束后，发现R/2范围内无其他节点与之竞争，也设自己为簇首节点并认A为父节点发送HM；假使J也在E的R/2范围内，且能量高于E节点，E接收不到J的HM，却接收到其他父节点为A节点的HM（如B，C）时，E节点认定自己为簇首节点，并发送HM消息，此时BE，EC之间接收到HM消息，即认定相互之间为簇首间的邻居成员并计算存储他们之间的相对距离与邻居节点的剩余能量，见图1（c）；如果某节点的能量太小，不足以充当簇首节点，那么，它会选择离自己较近的一个簇首节点，加入该簇。某节点一旦有了父节点，就认定该节点处于被覆盖状态。而且当一个节点有了子节点，那么它就进入了活跃状态，开始等待信息上报过程的到来。按照这种方式，所有的节点都接收到HM消息，但是如图1（d）所示，节点G，F，H，C广播HM后，在设定的定时器1时间到达内未接收到任何认定它们为父节点的HM，因此它们认为信息收集过程结束，并由它们发起进入信息上报过程。
2.1.3 节点信息上报过程
在节点信息上报过程中，只有充当父子关系的节点，同时，也是扮演簇首角色的节点，发送它的邻居序列给自己的父节点。在本例中，完成信息收集过程后，A，B，C，D，E，F，G，H成为簇首成员。簇首F是G的邻居。因此，簇首G发送{FG}以及FG的相对距离的消息给它的父节点D。这些节点的组合方式为构成一定性质的簇头簇头链接的提供了可靠的信息，每个父节点都在等待着它的所有子节点发来的上报消息，再添加自己的信息，发送给自己的父节点。如簇首节点D接收到它的子簇头节点G发送来的消息后，它就发送有{FGD}，{FD}，{ED}路径信息给节点B，依次进行信息传递，最终的信息将汇聚至基站。当基站节点接收到所有子节点发来的上报信息，则网络构建进入了下一过程。在信息上报过程中，节点发送完上报消息后就进入睡眠状态，关闭发射模块以保存能量。
2.1.4 网络拓扑构建过程
网络拓扑构建过程在基站节点上进行，当基站A接收到所有子簇头节点（BCE）发送来的上报信息，就开始对支路进行整合，如果两条数据通路有共同的节点，如{ABDF}和{AEFD}两条支路有两个共同的节点A，F，那么可以组合出一个具有闭合回路的数据通道ABDFEA，对于不同的回路也根据判断是否有共同节点而对它们进行整合成更大的闭合回路。一旦基站完成选择多个构成回路的簇头集，它开始为其他簇头节点以尽少的步数连接到某一回路簇头节点，在基站A处，将形成多个具有回路性质的簇头簇头节点集，基站将选择其中一个簇头集信息广播给网络中的每一个节点。网络中的节点通过判断基站的广播信息（簇头簇头之间数据转发的路由信息），决定自己是充当回路簇头或支路簇头节点进行数据收集、融合、转发，或者充当普通簇内节点实现对周围环境的监测。至此进入了网络维持阶段。
2.2 LEPN网络维持阶段
网络维持阶段，簇头将根据簇内的节点数目为每个簇内节点分配TDMA时间表。簇内节点持续采集周围环境信息，并在自己的通信时隙内以单跳通信的方式将数据传送给相应的簇头。为了有效节约节点能耗，普通节点的发送器在不属于自己通信的时隙进入睡眠状态；而簇头必须使自己的接收器时刻处于开启状态，以便接收簇内节点发送过来的所有数据。簇头节点接收到簇内所有的数据后，将对数据进行必要的数据融合处理，然后根据路由信息将数据经簇头簇头多跳传输至基站。
3 仿真实验