基于人工智能的移动通信基站流量预测 1 时间序列问题建模及分析

无线通信中的人工智能移动通信基站流量预测

时间序列问题建模及分析人工智能知识及能力流量预测时间序列预测时空序列预测资源优化无线资源管理计算资源管理物理层无线通信设计新范式NewPHYAI赋能移动通信的优化与设计课程回顾课程流量预测AI赋能移动通信案例阶梯移动通信知识及能力25G+AI：智慧科技彰显“绿色”冬奥理念创新科技赋能移动通信系统实现双碳目标3能够基于对数据规律的认知，设计朴素的预测算法工程情境理解：基于基站流量预测的AI调度节能

系统化理解和分析智能化工程情境01预测问题建模：基站流量的时间序列预测问题

工程情境中关键问题的抽象化建模02数据特征探索：基站流量数据的时序特征分析

基于真实数据的探索性实践和分析03本节教学内容工程情境理解：移动通信基站节能的重要性“假设到2030年，全球建有5G基站1353万个，如采用恰当的节能方案，理论上一年能减少碳排放8600万吨CO2，节省1100亿度电，相当于多种植了7.6亿棵树。”OCO8600万吨1100亿度7.6亿棵部分数据来源：五矿证券发布研报，华为时空流量预测技术报告5工程情境理解：智能调度节能是重要手段基站节能技术设备节能智能调度节能站点节能规划节能网络架构及演进行业共担引入AI和大数据，对基站流量负荷准确预测，“一站一策、一时一策”智能节能策略，在保证用户体验的前提下充分挖掘节能潜力。资料来源：华为时空流量预测技术报告6工程情境理解：基站运行的能耗基站什么时候运行？流量忙闲时分布图365天×24小时忙时闲时忙时潮汐效应话务流量负荷：忙时和闲时7工程情境理解：基站运行的能耗基站计算功耗控制单元传输单元基带单元供电单元供电单元RFRFRFPAPAPA传输功耗核心网…基站能耗组成BBUAAU数据来源：中国移动设计院、西部证券研发中心8工程情境理解：基站运行的能耗基站主设备的AAU不同负载时的功耗占比？(64T64RAAU)部分数据来源：五矿证券发布研报，华为时空流量预测技术报告9工程情境理解：基站运行能耗和能效基站运行能耗和能效能耗流量能效忙闲时分布图忙时闲时忙时潮汐效应话务流量负荷：忙时和闲时闲时能效低10工程情境理解：调度节能设计理念用的人多，所有设备全开(人来开“灯”)用的人少，关闭部分设备(人走关“灯”)如果基站变得灵活一些能耗流量忙闲时分布图忙时闲时忙时11工程情境理解：调度节能设计理念在话务流量低，用户数少的闲时，不需要所有基站都工作，关断部分闲置资源，以节能降耗。网络级节能站点级节能调度节能12工程情境理解：调度节能关断机制（符号/时隙关断）站点级节能符号关断资料来源：中兴PowerPilot4G/5G网络节能降耗技术白皮书2020.1113工程情境理解：调度节能关断机制（通道关断）话务高负荷话务低负荷站点级节能通道关断资料来源：中兴PowerPilot4G/5G网络节能降耗技术白皮书2020.1114话务高负荷话务低负荷工程情境理解：调度节能关断机制（载波关断）

站点级节能载频关断资料来源：中国移动5G基站节能技术白皮书，中兴PowerPilot4G/5G网络节能降耗技术白皮书2020.11频点F2频点F115工程情境理解：调度节能关断机制（载频关断）

站点级节能共模基站协作关断资料来源：中国移动5G基站节能技术白皮书基站基站业务量低时关断NR小区基站业务量高时开启NR小区基站NR小区LTE小区16工程情境理解：调度节能关断机制（AAU深度休眠）站点级节能AAU深度休眠/5G特有功率放大器休眠区域休眠区域休眠区域休眠区域BBU电源eCPRI—处理单元基带处理模块数字中频模块收发信机模块小信号处理模块滤波器天线阵列电源模块资料来源：中兴PowerPilot4G/5G网络节能降耗技术白皮书2020.1117工程情境理解：网络协同关断资料来源：中国移动5G基站节能技术白皮书网络级节能站点级节能网络级小区协同关断节能小区节能小区18工程情境理解：基于基站流量预测的AI节能预测流量时间22:0006:0000:0002:0004:0008:0010:00小区流量“一站一策、一时一策”：关键技术-1：基站未来时刻的流量变化的AI预测技术19工程情境理解：一站一策、一时一策一站一策一时一策策略A策略B策略C策略A策略B策略C策略D时间资源20工程情境理解：基于基站流量预测的AI节能XX关断预测流量门限时间22:0006:0000:0002:0004:0008:0010:00小区流量“一站一策、一时一策”：关键技术-2：运行节能优化决策技术什么门限？什么粒度的资源？何时关断？关断多久？覆盖范围不变，基站能耗降低21工程情境理解：调度节能的智能化进程基础节能功能基于流量预测的AI节能基于业务导航的AI节能200820192020要求基站支持

深度休眠

载波关断

通道关断

符号关断关断调度策略固定时段统一门限AI大数据基于流量预测关断调度策略时间灵活门限弹性一站一策、一时一策AI大数据基于流量预测异构网接入资源协同业务导航和统一迁移关断调度策略时间灵活门限弹性异构协同、全局优化资料来源：中兴PowerPilot4G/5G网络节能降耗技术白皮书2020.1122国内外运营商对调度节能技术的要求功能类别子功能中国移动中国电信中国联通VodafaneDeutschTelekomOrangeSoftbank能耗监控BBU/RRU/AAU能耗上报√√√√√√√站点级符号关断√√√√√√√通道关断√√√√×√×载波关断√√√√√√×网络级AI节能√√√××××资料来源：中兴PowerPilot4G/5G网络节能降耗技术白皮书2020.1123工程情境理解：来自行业实际需求的竞赛题赛道A移动通信基站流量预测2020年Mathorcup高校数学建模挑战赛——大数据竞赛在2020年12月21日18:00至2021年1月20日20:00进行……资料来源：赛氪网2020年MathorCup高校数学建模挑战赛/weixin_43292788/article/details/12860991424工程情境理解：来自行业实际需求的竞赛题问题1：基于若干小区从2018年3月1日至4月19日的小时级流量数据，构建各个小区流量的预测模型，预测这些小区4月20日1时至4月20日24时的小时级流量值。竞赛题目资料来源：赛氪网2020年MathorCup高校数学建模挑战赛25E蜂窝网络的简化架构DiaNaboulsi,Diala,etal."Large-scalemobiletrafficanalysis:asurvey."

IEEECommunicationsSurveys&Tutorials

18.1(2015):124-161.26

预测问题建模：数据来源初览

预测问题建模：从数据（收集）开始只考虑上行业务量27预测问题建模：从数据（收集）开始小区3小区103小区333fff已有（观测）时间序列预测后一天流量值（序列）28预测问题建模：基站流量的时间序列预测问题当前流量预测流量根据已经给出的时间序列的历史数据预测该时间序列未来可能的行为。时间序列预测

29预测问题建模：时序预测下游的决策问题决策问题当前流量预测流量

最优决策（如何时关断及关断多久）：基站能效最优的关断策略:在预测流量态势下，能耗最低的关断动作组合30

打开教学实例里“1、数据探索性分析&基于HA的预测算法.ipynb”，请同学根据不同ID进行探索性数据分析

日规律（周末/节假日规律）周规律月规律作答数据特征探索：探索性数据分析（EDA）截图（拍照）上传结果

主观题10分3131数据特征探索：基站流量数据的时序特征分析已有（观测）预测临近相关性周期相关性?趋势相关性不确定性有一定规律能被识别出

可预测性（Predictability）周末、工作日、地点：忙闲时模式不一32朴素预测算法：基于规律认知的算法设计Naïve算法：未来的预测值等于最后观察到的值

33朴素预测算法：基于规律认知的算法设计

Naïve平均算法：未来的预测等于所有观测值的平均值

34朴素预测算法：基于规律认知的算法设计

Naïve周期算法：未来的预测值等于上一周期（Seaso