园区为什么需要绿色节能
国家“十四五”规划明确指出,要组织实施节能减排重点工程,进一步健全节能减排政策机制,推动能源利用效率大幅提高,确保完成“十四五”节能减排目标,为实现碳达峰、碳中和目标奠定坚实基础。此外,政府还提出了“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,争取在2060年前实现碳中和”的重大决策,把碳达峰、碳中和的“双碳”目标作为经济社会发展和生态文明建设的核心基调,共同构建人与自然生命共同体。企业应当以智慧化转型积极响应宏观政策,打造可持续发展的核心竞争力。
随着园区规模的飞速增加,园区内设备数量也在极速增加,网络能耗也在成指数型增长,单纯利用可再生资源降能耗的处理能力有限,已经不足以缓解高额能耗的增加。因此园区网络节能迫在眉睫。
园区绿色节能方案
传统园区网络节能方案面临着效率低、成本高的挑战。例如:空调、照明和网络设备是园区中的主要耗电源头,通过对典型园区的能耗分布分析,暖通空调、照明和网络设备占园区整体能耗的75%左右,其中空调、照明和网络设备(PC)的及时断电,主要是通过人工巡逻,易疏漏,及时性差,人力成本高。
园区绿色节能方案基于AI能力,以网络设备的能耗可视为基础,根据实际网络的潮汐特征,提供灵活智能的节能解决方案。对于智慧楼宇节能,利用WLAN无线局域网的CSI感知能力来监测和识别环境变化,与楼宇管理系统协同大幅优化空调和照明的能耗,减少园区能源浪费,实现智慧楼宇的节能。园区绿色节能方案主要包括:低负载时的设备休眠节能、基于网络潮汐特性的网络能耗可视和AI节能、基于CSI感知的园区节能。
设备级节能
设备级节能是指通过定义单设备不同负载下的节能模式的一种方法。例如空载时可以定义休眠模式/待机模式,低负载时可以定义低功耗模式等。
例如园区网络中AP节点数量最多,AP的工作状态是节能方案的重点。当AP空闲时,仅用极低的功耗维持对CPU等关键硬件进行用电保护,其他器件关停,使AP处于休眠模式,休眠模式下单AP可实现约80%~90%的节能,恢复工作在一分钟以内。另外,AP部署通常通过PoE交换机供电,所以除了AP自身实现休眠、低功耗等方式,还可以通过PoE交换机关闭端口方式停止对AP供电,使AP完全不消耗电力,启动AP时端口重新供电,进一步实现AP的节能。
基于网络潮汐特性的网络能耗可视和AI节能
园区环境中,网络使用呈现出明显的潮汐特性。如下图所示,某学校教学楼5天的网络流量统计表明,网络使用量在早晨7点开始显著增加,并在上午和下午达到高峰,而凌晨0点后几乎不使用。从整体网络的角度来看,基于潮汐流量的特性,在流量使用低谷期对AP进行节能操作能够最大化地节约电力,从而实现网络整体的节能方案。
某大学教学楼天网络流量统计图
目前,常见的管理方式是在特定时间段内停止提供Wi-Fi网络,这种方式主要存在两个缺点:
首先,无法准确评估节能时间窗口的合理性。由于无法确切了解在关闭Wi-Fi网络期间是否有用户需要接入,这可能会导致部分用户的网络体验不佳;
其次,无法评估所选节能AP的合理性。随着园区网络中越来越多的IOT设备通过Wi-Fi接入,或通过融合了AP的物联基站接入,直接关闭AP可能会直接影响IoT业务的正常运行。
鉴于人工设定AP节能策略的局限性,可以采用AI技术充分挖掘网络数据的价值,让AI智能推荐节能策略,从而在确保用户和IoT业务不受影响的同时,将整体网络能耗降至最低,实现节能与用户体验的双重优化。
基于CSI感知的园区节能
除了网络设备的节能,物联网设备的节能也是企业园区节能的一个重要方面。如果能够根据人员流动情况实时调节设备,例如灯光的自动开关、智慧屏的自动关闭与开启以及空调的自动温度调节等,将能够带来显著的节能效果。
CSI(Channel State Information,信道状态信息)感知技术作为WLAN通感一体技术的一种先驱创新,能够在确保信息安全的同时,对物理空间内的人体活动进行统计分析。特别是在Wi-Fi通信已实现大多数园区全覆盖的情况下,这一技术成为智慧园区节能降碳的有效切入点。
电力设备和网络设备的使用类似,也具有潮汐特性。因此,根据人员流动情况实时调节设备,如自动调节灯光亮度和空调温度,可以实现显著的节能效果,提高能效。然而,与会议室不同,室内开放区没有明确的边界和区域划分,单个AP的CSI感知结果难以直接应用于设备控制。为了实现节能,应通过第三方应用系统综合多个AP的检测结果,当连续10分钟(建议15分钟)以上检测到无人时,再进行节能控制。如下图所示,园区基于CSI感知技术提供了联动楼宇节能方案。
CSI感知联动楼宇节能
园区绿色节能关键技术
为实现园区节能方案,园区网络提供了各种技术,包括用于AP节能的节能窗口预测技术、物联AP智能识别技术以及CSI感知技术。
节能窗口预测技术
一个合理的网络节能窗口首先网络需具备规律的潮汐效应,且潮汐低谷时间段满足以下条件:
轻载时段满足以下条件:
- 时间窗口内终端数量明显少于潮汐高峰期终端数量
- 时间窗口内终端数量波动较小(大部分场景在节能时段还是会存在少量终端设备,如办公用便携机,非随身携带的移动终端,以及24小时在网的IOT设备等)
减载时段满足如下条件:
- 时间窗口内终端数量开始从潮汐高峰数量下降到轻载时段数量,不能出现大量终端回流
- 减载时段应不少于2个小时
如何推荐出合理的节能时间窗口,NCE-CampusInsight基于各AP上报的历史终端数据,生成时间相关的网络潮汐序列,并通过校验潮汐序列平稳性,判断当前网络潮汐是否规律。若不规律,则不推荐节能时间窗口;若规律,则进一步通过异常检测算法去除序列扰动,通过时序预测算法预测未来潮汐序列,根据潮汐低谷可作为节能窗口的条件筛选出推荐的节能时间窗口。
用户接入数潮汐特征
物联AP智能识别技术
由于物联AP通常需要24小时不间断地为IoT终端提供Wi-Fi数据传输服务,因此不适合进行下电节能处理。分析器通过AP上报的数据智能识别出物联AP,一旦分析器识别出该AP为物联AP,则该AP则不会被推荐为节能AP。
- AP通过内置物联射频基站(如:RFID,BLE,Zigbee,UWB等)为物联终端提供射频连接。
- 通过Wi-Fi连接AP的物联终端,AP可通过终端指纹、行为特征等因素智能识别物联终端。
物联AP智能识别示意图
CSI感知技术
CSI感知的检测与算法识别均由AP独立完成,通过自发自收实现,不依赖于周边AP的协同。具体技术,请参考“CSI感知百科”。
园区绿色节能典型应用
学校是一个大型的能源消耗场所。众多的教室、实验室等空间,每天都在消耗大量的电能。尤其是网络设备、空调和灯光,往往在无人使用的情况下仍然持续运行,造成了极大的能源浪费,也给学校带来了高额的运营成本。传统的能源管理方式需要人工巡查各个教室,不仅耗时耗力,而且容易出现疏漏。为了建设绿色校园,降低运营成本,学校迫切需要一套智能节能系统。园区绿色节能方案通过潮汐特性,CSI感知技术,实现校园的AI智能节能。如下图,基于CSI感知基于与第三方供电系统联动,实现教室人走灯灭智慧节能方案。
教室人走灯灭智慧节能
- 作者: 谷素琴
- 最近更新: 2025-12-30
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