SPN动态节能方案助力广东移动实现绿色承载

        当前全球面临气候变暖的挑战，中国政府在《2021年国务院政府工作报告》中提出力争2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。中国移动通信集团认真贯彻落实政府决策，于2021年将“绿色行动计划”升级为“C²三能——碳达峰碳中和行动计划”，并明确节能降碳工作目标，到“十四五”期末，单位电信业务总量综合能耗、碳排放较“十三五”末下降均超过20%。

        中国移动传输网络能耗占比约5%~10%，现网业务流量存在明显的潮汐效应以及周期变化，而网络设备功耗不随业务负载变化，无效功耗大。

        基于上述挑战，中国移动通信集团广东公司联合中兴通讯于2021年4月启动SPN网络的AI节能研发，2022年5月在韶关现网成功试点应用。

SPN AI动态节能技术方案

        SPN现网流量随时间变化呈明显的潮汐效应和周期变化，AI动态节能创新方案实时收集网络数据，分析和预测业务负载变化，在保证严格的传输性能的基础上，制定芯片、模块、单板、网络级等多层次的节能方案，实现智能节电（见图1）。

        AI动态节能通过大数据技术和AI算法对SPN网络业务流量进行分析和趋势预测，制定和执行合理精准的节能策略，同时根据网络设备和业务运行状态，制定了各种安全保护机制，以及节能退出机制，保障网络和业务安全。

流量数据分析：确定主流场景

        通过为期半年的流量数据采集确定场景类型。根据业务类型分为基站业务流量模型和专线流量模型；根据业务流量大小区分高流量地区和低流量地区、流量特征规则地区和流量不规则地区；根据业务流量变化区分短周期和长周期场景。

流量趋势预测及节能策略选择

        长期趋势预测采用Prophet算法和LSTM算法，以多模型融合加权，并结合每个定时周期运行情况，预测下一周期流量走势，以此产生周期预测基线，明确流量最大预测区间和最小预测区间。

        短期预警算法采用ARIMA和指数回归算法，对实时流量进行预测及趋势判断，基于实时流量趋势做出节能决策，包括芯片休眠、模块休眠和单板休眠；并对长期趋势模型进行评估，根据实时流量实时追踪并修正。

节能安全机制

        通过沙盘模式，节能算法模拟运行，仿真节能效果，评估节能算法对设备和业务的影响，并模拟计算节能效果。

多层次保护机制

        鉴于SPN网络在整个通信网络中的基础地位，网络安全至关重要，节能方案充分考虑安全保护，实现从网元到网络的多层次安全保护机制。

        网元侧，运用多项回归类算法实现网络流量的加权分析和预测，生成趋势预判模型，构建能耗预测基线，计算基于流量模型安全可靠的节能空间。同时，根据设备结构热力学模型，控制设备内能耗分布；结合中兴自通讯研核心芯片的设计，完成设备内芯片、风扇、模块和单板不同级别器件的调节，在安全可靠的环境里执行节能策略。

        网络侧，为了应对传输网广泛存在的保护倒换流量迁移等场景，控制器从部署的整体视角，对部署网络各网元间流量的关系进行关联分析，实时计算每个网元保护路径及预测可能迁移的流量，规避单网元无法预测的突发性阶跃冲击，从而构建网络层面的节能策略，保证严格网络性能条件下的节能。

节能模式退出机制

        为确保业务正常运行，系统设计了3个节能模式退出机制：当实时流量大于设定的阈值、设备当前存在特定告警和手动关停节能模式。

广东移动现网验证

        AI节能方案经过广东移动和中兴通讯多次方案研讨，并在实验室经过多轮验证，于2022年5月在韶关移动规模部署和验证。

节能效果

        广东移动现网955台6700设备，预计未开启动态节能耗电1651.77万度，开启节能后预计节能15.28%，年节约252.39万度，折合电费201.91万元。

安全性验证

        设备进入节能模式，对突发流量、插拔板件、隧道倒换、强制关停节能模式等四个场景测试，查询系统均无告警及丢包等异常情况，达到预期目标。系统运行半年多，经受住端午节、购物节、高考、国庆节、春节等重大节日和活动场景考验，系统运行安全稳定。

成果推广    

        在广东移动成功试点的基础上，中国移动集团积极向其他省份推广SPN动态节能方案，已经开始在黑龙江移动应用，并陆续在甘肃移动、贵州移动、浙江移动、云南移动、福建移动开展应用，预计今年将在中国移动国内所有省份完成试点和应用。