【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于功耗優(yōu)化，具體涉及一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著5g通信技術(shù)的迅速發(fā)展，5g通信設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，覆蓋了從智能手機、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到工業(yè)自動化等多個領(lǐng)域。然而，5g通信設(shè)備的高能耗問題成為了制約其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。與前幾代通信技術(shù)相比，5g網(wǎng)絡(luò)不僅需要支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲，還需要處理更復(fù)雜的信號處理任務(wù)，這導(dǎo)致了設(shè)備功耗的顯著增加。
2、現(xiàn)有的能耗管理方法大多依賴于靜態(tài)配置和預(yù)設(shè)規(guī)則，缺乏自適應(yīng)性和靈活性。例如，一些設(shè)備通過預(yù)設(shè)的功率檔位來調(diào)節(jié)功耗，但這種方法無法實時響應(yīng)負載變化，導(dǎo)致能量浪費。另一種方法是通過定時關(guān)閉某些功能模塊來節(jié)省能量，但這會影響設(shè)備的可用性和用戶體驗。
3、因此，亟須一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)以解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，解決相關(guān)技術(shù)中無法實時響應(yīng)負載變化，導(dǎo)致能效低下和能量浪費的技術(shù)問題。
2、本專利技術(shù)提供了一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、負載預(yù)測模塊、負載分類模塊和功耗優(yōu)化模塊：
3、數(shù)據(jù)采集模塊，用于按照預(yù)設(shè)時間間隔t在第一預(yù)設(shè)時間段t內(nèi)采集通信設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)、用戶行為數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和負載水平數(shù)據(jù)，并通過第一特征序列表示，其中t、t為自定義參數(shù)；
4、第一特征序列包括n個序列單元，第n個序列單元表示第n個時間點的通信設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)、用戶行為數(shù)
5、其中設(shè)備數(shù)據(jù)包括：發(fā)射功率、帶寬使用率和調(diào)制方式，用戶行為數(shù)據(jù)包括：用戶數(shù)量、用戶活躍頻率和數(shù)據(jù)流量，環(huán)境數(shù)據(jù)包括：環(huán)境濕度和環(huán)境溫度；
6、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對第一特征序列進行預(yù)處理，得到第二特征序列；
7、負載預(yù)測模塊，用于根據(jù)第二特征序列構(gòu)建負載預(yù)測模型，負載預(yù)測模型的輸出為第二預(yù)設(shè)時間段g內(nèi)設(shè)備的負載水平數(shù)據(jù)，其中g(shù)為自定義參數(shù)；
8、負載分類模塊，用于通過聚類算法對第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的負載水平數(shù)據(jù)進行聚類，得到負載等級的范圍，負載等級包括：低負載、中等負載和高負載；
9、功耗優(yōu)化模塊，用于根據(jù)改進的間歇泉算法生成三個負載等級各自對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)組合，每個最優(yōu)參數(shù)組合包括在當前負載等級下使功耗最小化的發(fā)射功率、帶寬使用率和調(diào)制方式。
10、進一步地，帶寬使用率通過實數(shù)編碼表示，表示當前帶寬占設(shè)備總帶寬的比例；調(diào)制方式包括：qpsk、16-qam和64-qam，調(diào)制方式通過獨熱編碼表示；用戶活躍頻率通過實數(shù)編碼表示，表示用戶的操作頻率。
11、進一步地，對第一特征序列進行預(yù)處理的步驟包括：
12、步驟s201，使用3σ原則識別第一特征序列中的異常值，并將異常值替換為中位數(shù)；
13、步驟s202，計算相鄰時間點之間的發(fā)射功率變化率，并將發(fā)射功率變化率拼接到第一特征序列的序列單元之后，計算公式為：
14、步驟s203，計算相鄰時間點之間的用戶活躍頻率變化率，并將用戶活躍頻率變化率拼接到第一特征序列的序列單元之后，計算公式為：
15、步驟s204，使用z分數(shù)歸一化方法對第一特征序列進行歸一化處理，得到第二特征序列。
16、進一步地，負載預(yù)測模型包括：第一隱藏層、提取層和分類器；
17、第一隱藏層包括n個第一單元，第n個第一單元輸入第二特征序列的第n個序列單元，輸出第一特征向量；
18、提取層用于提取第n個第一單元輸出的第n個第一特征向量，通過第二特征向量表示；
19、將第二特征向量輸入到分類器中，分類器的分類空間表示第二預(yù)設(shè)時間段g內(nèi)設(shè)備的負載。
20、進一步地，第一隱藏層基于改進后的門控循環(huán)單元構(gòu)建，改進內(nèi)容包括：在更新門中增加調(diào)整系數(shù)，在重置門中加入縮放因子，嵌入殘差連接，并引入趨勢門。
21、進一步地，使用k-means算法對第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的負載水平數(shù)據(jù)進行聚類，k-means算法的使用步驟包括：
22、步驟s301，隨機初始化三個聚類中心；
23、步驟s302，計算每個負載水平數(shù)據(jù)與每個聚類中心的歐幾里得距離；
24、步驟s303，將每個負載水平數(shù)據(jù)分配給最近的聚類中心，形成三個簇；
25、步驟s304，重新計算每個簇中所有負載水平數(shù)據(jù)的均值，并將均值作為新的聚類中心；
26、步驟s305，重復(fù)s302到s304步驟，直到聚類中心的變化小于預(yù)設(shè)閾值；
27、步驟s306，經(jīng)過上述步驟得到的三個聚類中心表示三個負載等級，并根據(jù)聚類中心的中間值得到負載等級的范圍。
28、進一步地，功耗優(yōu)化模塊中根據(jù)改進的間歇泉算法生成三個負載等級各自對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)組合的步驟包括：
29、步驟s401，為每個負載等級隨機生成一個符合約束條件的個體數(shù)量為q的初始化種群，其中q為自定義參數(shù)；
30、初始化種群的個體位置通過向量編碼x＝{p，b，m}表示，其中p、b和m分別表示發(fā)射功率、帶寬使用率和調(diào)制方式；
31、步驟s402，構(gòu)建目標函數(shù)；
32、步驟s403，通過目標函數(shù)計算獲得初始化種群中每個個體的適應(yīng)度值；
33、步驟s404，使用輪盤賭選擇法選擇種群中適應(yīng)度值較高的一半個體作為通道，選擇概率與個體的適應(yīng)度值成正比；
34、步驟s405，計算每個個體與其他個體之間的歐幾里得距離，并選擇歐幾里得距離最近的j個個體作為當前個體的鄰居；
35、步驟s406，根據(jù)當前適應(yīng)度值最大的個體和個體的鄰居，更新個體的位置，個體位置更新的計算公式為：其中表示個體更新后的位置，xn，i表示個體的鄰居位置，rand表示0到1之間的隨機數(shù)，xc，i表示當前適應(yīng)度值最大的個體位置，xi表示當前個體的位置；
36、步驟s407，計算個體受到的壓力與選擇新通道的概率，并更新個體選擇新通道時的位置；所述個體受到的壓力的計算公式為：其中pi表示個體xi的壓力，k表示當前迭代次數(shù)，fmin和fmax表示當前種群中最小和最大的適應(yīng)度值，f(xi)表示個體xi的適應(yīng)度值；個體選擇新通道的概率的公式為：其中表示個體選擇新通道的概率；選擇新通道時個體位置更新的公式為：其中表示選擇新通道時個體更新后的位置，表示當前適應(yīng)度值最大的個體，cauchy(0，1)表示從位置參數(shù)為0，尺度參數(shù)為1的柯西分布中抽取的隨機數(shù)；
37、步驟s408，當前迭代次數(shù)加1，判斷當前迭代次數(shù)達到最大迭代次數(shù)，則輸出當前個體位置編碼作為對應(yīng)負載等級的最優(yōu)參數(shù)組合，否則返回步驟s403，其中最大迭代次數(shù)為自定義參數(shù)。
38、進一步地，所述步驟s402中目標函數(shù)為：
39、
40、其中f表示個體的適應(yīng)度值，bf表示自定義參數(shù)。
41本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、負載預(yù)測模塊、負載分類模塊和功耗優(yōu)化模塊：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，帶寬使用率通過實數(shù)編碼表示，表示當前帶寬占設(shè)備總帶寬的比例；調(diào)制方式包括：QPSK、16-QAM和64-QAM，調(diào)制方式通過獨熱編碼表示；用戶活躍頻率通過實數(shù)編碼表示，表示用戶的操作頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，對第一特征序列進行預(yù)處理的步驟包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，負載預(yù)測模型包括：第一隱藏層、提取層和分類器；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，第一隱藏層基于改進后的門控循環(huán)單元構(gòu)建，改進內(nèi)容包括：在更新門中增加調(diào)整系數(shù)，在重置門中加入縮放因子，嵌入殘差連接，并引入趨勢門。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，使用k-means算法對第二預(yù)設(shè)時間段內(nèi)的負載水
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，功耗優(yōu)化模塊中根據(jù)改進的間歇泉算法生成三個負載等級各自對應(yīng)的最優(yōu)參數(shù)組合的步驟包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種5G通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟S402中目標函數(shù)為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、負載預(yù)測模塊、負載分類模塊和功耗優(yōu)化模塊：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，帶寬使用率通過實數(shù)編碼表示，表示當前帶寬占設(shè)備總帶寬的比例；調(diào)制方式包括：qpsk、16-qam和64-qam，調(diào)制方式通過獨熱編碼表示；用戶活躍頻率通過實數(shù)編碼表示，表示用戶的操作頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，對第一特征序列進行預(yù)處理的步驟包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種5g通信設(shè)備能源消耗管控系統(tǒng)，其特征在于，負載預(yù)測模型包括：第一隱藏層、提取層和分類器；
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳詠詩，趙福勝，文豪，
申請(專利權(quán))人：航天中電重慶微電子有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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