基于Python的移動網(wǎng)設備自動節(jié)電軟件的設計與實現(xiàn)

侯闊 趙鑫 石建利

摘要：隨著能源危機的來臨，節(jié)約各類資源已成為社會的熱點話題之一。各行各業(yè)，尤其是通信行業(yè)，節(jié)省電量已是迫在眉睫。文章主要研究了移動網(wǎng)設備的節(jié)電問題，運用Python編寫計算機軟件，能夠實現(xiàn)在網(wǎng)管上遠程自動關斷移動網(wǎng)設備的功放功能。經(jīng)過現(xiàn)實網(wǎng)絡實驗測算，此軟件在設備節(jié)能期間，設備節(jié)省電量高達65%。

關鍵詞：Python；移動網(wǎng)；節(jié)電

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）27-0042-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

隨著移動通信的快速發(fā)展，設備的耗電量也快速增加。節(jié)能降耗和降本增效成了通信行業(yè)面臨的重要問題。通過研究表明，4G/5G基站耗能的主要部件是饋線、射頻、基帶、電源，其中耗能最大的就是射頻，將射頻單元的功放功能關閉即可達到節(jié)電效果[1]。移動網(wǎng)絡話務量存在明顯的潮汐效應，時間上不連續(xù)、不均衡，夜間業(yè)務流量幾乎為零。但是所有的基站設備始終保持著7×24小時持續(xù)運行的狀態(tài)，造成了嚴重的能耗浪費。本文基于Python設計并實現(xiàn)了一款計算機軟件，核心功能是通過使用Python提供的自動化工具模塊來操作鼠標和鍵盤，從而可以定時控制網(wǎng)絡管理員遠程自動關斷設備的功放功能，既能節(jié)省大量成本，又能解放勞動力。

近年來，隨著網(wǎng)絡系統(tǒng)自動化、智能化、信息化水平的不斷發(fā)展及進步，硬件設備等信息技術基礎設施越來越依賴于網(wǎng)絡。同時隨著軟件技術的發(fā)展，企業(yè)內的各種復雜設備隨之增多，應用的場景也是參差不齊，運維人員無法依靠人工去排查軟件系統(tǒng)運行狀態(tài)是否正常，進一步增加了其復雜度，所以企業(yè)運維人員迫切地需要一種新型的網(wǎng)絡管理方式。從技術上來說，新型的網(wǎng)管系統(tǒng)，具備的特性已經(jīng)和以前無法比較，有著很強的兼容性，可移植性。從應用趨勢上來說，隨著網(wǎng)上用戶的普遍增加和大量企業(yè)應用的網(wǎng)絡設備的增多，舊時的網(wǎng)絡設備性能已經(jīng)遠遠滿足不了現(xiàn)在的需求，用戶越來越不關注具體的網(wǎng)絡管理內容，而是希望他們的應用能否正常地運行，由此網(wǎng)管軟件開始了改變，將更多的功能放入到系統(tǒng)內部，將性能放在了第一位。從運維角度講，用戶們需要的是性能卓越的、安全可靠的設備來構建網(wǎng)絡，另一方面，人們需要的不僅僅這些，更看重的是網(wǎng)絡給他們帶來的便利。如同現(xiàn)在的寬帶小區(qū)，需要對每家用戶的帶寬、流量、服務器、根據(jù)不同時間來選擇的服務內容等，大量的要求使得網(wǎng)絡需要具備的功能多種多樣，這對于新一代的網(wǎng)管軟件來說，無疑是一場巨大的壓力。通過將現(xiàn)有的網(wǎng)管系統(tǒng)與編程相結合的方式，可以解決目前網(wǎng)管系統(tǒng)智能程度不足的問題。

2 問題描述

目前針對4G基站主設備節(jié)能方法主要是設備廠家對出廠前的設備采取相應措施，一般是根據(jù)LTE網(wǎng)絡特性原理，主設備廠家基于設備OMC管理系統(tǒng)，研究制定的符號關斷法、射頻通道關斷法和載波關斷法三種節(jié)能方法[2]，此類節(jié)能方法均需要廠家的LICENSE授權才可以使用?，F(xiàn)階段各大運營商就是使用此方式實現(xiàn)的降低能耗。此類方式雖然較為完善，具備自適應能力，但節(jié)能效果較差，尤其是對于夜間無人區(qū)域效果不夠明顯。并且需要支付廠家部分費用，增大了成本。

另有地區(qū)采用現(xiàn)場安裝節(jié)電開關來定時關閉設備電源，停止設備供電以此達到省電的效果。此種方法主要應用在室內商場、辦公寫字樓等夜間人員流失較大的區(qū)域，基本無用戶停留。此方法相對來說不夠靈活，不能實現(xiàn)遠程控制，也有一部分采購成本。

針對當前存在的問題，本文研究方法是在設備的實際運行下，以維護優(yōu)化網(wǎng)絡管理員自主操作為前提，在特定時間段（如0點至6點）內對低業(yè)務負荷的站點通過手動或自動發(fā)送腳本命令，實現(xiàn)對特定區(qū)域的軟關斷或去激活，使基站的所有硬件設備都置于待機狀態(tài)，從而減少基站功率發(fā)射，解決設備耗電量高的問題。此種方法在設備實際運行期間，耗電量大幅度降低，設備節(jié)電情況相比未采用此方法之前節(jié)省量達到65%，是一種科學可靠的降低能耗的方法。并基于Python語言設計并實現(xiàn)了一款計算機軟件，核心功能是通過Python提供的自動化工具PyAutoGUI控制鼠標和鍵盤的操作，以實現(xiàn)定時自動遠程關斷設備的功放功能。這款計算機軟件的應用既減少了人力成本，又能夠提高節(jié)電效能。

3 軟件設計與實現(xiàn)

3.1 理論基礎

基站耗能最主要部件是射頻部分，此功能主要由室外設備RRU（射頻單元）來完成，射頻單元需要將數(shù)字信號轉換為射頻信號并放大傳播至幾公里外，所以此類設備功率較大，較為耗電。

網(wǎng)絡管理員的主要工作內容是關斷射頻功放，要完成此工作，需要首先通過整理關斷小區(qū)的明細，并制作批處理的命令，然后登錄網(wǎng)絡管理員系統(tǒng)，將整理好的批處理指令導入系統(tǒng)中，最后執(zhí)行指令，關斷射頻設備的功放。

3.2 Python模塊介紹

現(xiàn)如今，人們生活在一個數(shù)字化信息化發(fā)達的時代，所面臨的大部分工作能用計算機軟件來完成的，不用人們親力親為，這樣既提高了工作效率，又能避免人為干預出現(xiàn)的錯誤。編寫計算機程序軟件的語言有多種，Python是現(xiàn)如今最受歡迎的編程語言，它相比于其他語言，簡潔明了，更容易上手。并且它包含多種庫，很多方法都是在庫中封裝好的，開發(fā)者編程時免去很多復雜代碼。通過Python語言編程，能夠讓人們工作中的很多任務實現(xiàn)自動運行，把人們從繁重枯燥的工作中解放出來[3]。

3.2.1 PyAutoGUI模塊介紹

在計算機上自動化任務的終極工具，就是通過編寫程序直接控制鍵盤和鼠標。這些程序可以控制其他應用，向它們發(fā)送虛擬的擊鍵和鼠標點擊，就像人坐在計算機前與應用交互一樣[4]。這種技術被稱為“圖形用戶界面自動化”，或簡稱為“GUI自動化”。

PyAutoGUI是一個全部由Python語言開發(fā)的自動化運維工具，該工具的核心思想就是模擬鼠標和鍵盤操作，人們無需在電腦面前操作，實現(xiàn)完全的自動化處理?！盁o線網(wǎng)設備自動節(jié)電應用”的關鍵之處就是運用了PyAutoGUI自動化工具，使用PyAutoGUI中的相關函數(shù)，處理一些需要網(wǎng)絡管理員手動操作的任務。“無線網(wǎng)設備自動節(jié)電應用”程序的開發(fā)過程中，主要用到的PyAutoGUI具體函數(shù)如下：

1）pyautogui.position（）

以電腦屏幕的左上角為原點，屏幕的長為x軸，寬為y軸，向右x坐標增加，向下y坐標增加，屏幕分辨率即為x、y的最大值。通過調用pyautogui.position（）函數(shù)，可以確定鼠標的當前具體位置。它將返回函數(shù)調用時，鼠標x、y坐標的元組。例如：屏幕大小Screen size： （1920 1080），鼠標位置Position ： （204， 745）。

2）pyautogui.click（）

向計算機發(fā)送虛擬的鼠標點擊時，就使用pyautogui.click（）函數(shù)。默認情況下，點擊鼠標左鍵，點擊發(fā)生在鼠標當前所在位置。如果希望點擊在鼠標當前位置以外的地方發(fā)生，可以傳入x、y坐標作為可選的第一和第二參數(shù)。如果想指定鼠標按鍵，就加入button關鍵字參數(shù)，值分別為left、middle、或right。例如：pyautogui.click（100，200，buttton=right）。

3）pyautogui.doubleclick（）

在當前位置，實現(xiàn)雙擊鼠標左鍵操作，參數(shù)主要是鼠標當前的所在位置，坐標軸上x、y的坐標。例如：pyautogui.doubleclick（100，200）。

4）pyautogui.typewrite（）

使用pyautogui.typewrite（）函數(shù)可以向計算機發(fā)送虛擬按鍵，在光標處輸入鍵盤上的所有字符，例如pyautogui.typewrite（‘hello world）。

5）pyautogui.press（）

模擬點擊鍵盤上的按鍵釋放。在鍵盤上按下一個鍵然后釋放。例如使用pyautogui.press（‘enter）命令可以模擬按下回車鍵然后釋放。

3.2.2 time.sleep模塊介紹

time.sleep（num）：推遲進程的進行，先讓進程掛起，使程序延遲指定秒數(shù)后，然后再執(zhí)行?？梢韵蛟摵瘮?shù)中傳入一個整數(shù)值（代表秒數(shù)），可以控制程序的執(zhí)行[5]。

3.2.3 ImageGrab模塊介紹

ImageGrab模塊用于將當前屏幕的內容或者剪貼板上的內容拷貝到PIL圖像的內存中。

3.2.4 Image模塊介紹

Image模塊是在Python PIL圖像處理中使用頻率極高的模塊，該模塊包含一系列工廠函數(shù)和方法，如new（）、open（）、convert（）、copy（）等，主要實現(xiàn)從文件中上傳圖像、創(chuàng)建新圖像和復制圖像等基礎功能[6]。

3.2.5 Pytesseract模塊介紹

Pytesseract是一款用于光學字符識別（OCR）的Python工具，即從圖片中識別出和“讀取”其中嵌入的文字，在無線網(wǎng)設備自動節(jié)電軟件的設計過程中主要用來識別圖片的驗證碼并保存成字符串。

3.2.6 Pyinstaller模塊介紹

生成不依賴Python環(huán)境的、面向用戶的可以直接執(zhí)行的程序，將寫好的Python程序代碼打包成Windows系統(tǒng)可執(zhí)行的exe軟件。

3.3 軟件制作

無線網(wǎng)設備自動節(jié)電軟件的設計與實現(xiàn)主要包括編寫Python程序代碼、將代碼打包成exe可執(zhí)行軟件和設置本地計算機任務三個環(huán)節(jié)，具體詳細步驟如下。

1） 首先，用Python編寫代碼實現(xiàn)自動控制設備網(wǎng)管批量關閉/打開功放功能，代碼核心內容是導入相應的模塊和包，調用相應的函數(shù)和方法，實現(xiàn)導入文件、打開導入的腳本、創(chuàng)建并保存圖像、打開圖像、圖像文字識別、將識別的文字以字符串的形式導入、鼠標運行代碼等功能，具體代碼如圖2所示。

本代碼可以代替人對網(wǎng)管進行操作，實現(xiàn)點擊導入文件按鈕、打開腳本文件、運行代碼操作，并加入驗證機制，將導入的代碼截圖并識別內容，如果代碼導入正確將繼續(xù)執(zhí)行，如果代碼導入錯誤則終止執(zhí)行。

2） 然后，在Python環(huán)境中安裝Pyinstaller模塊，執(zhí)行pyinstaller -F -w guanbi.py回車即可將代碼打包成Windows系統(tǒng)可執(zhí)行的exe文件圖3和圖4為代碼封裝過程。

3） 最后，在本地計算機中設置計劃任務，打開計算機管理→任務計劃程序→任務計劃程序庫→Microsoft→Windows中創(chuàng)建一個任務并且進行相應的設置，每天定時啟動此exe軟件。具體步驟如下圖所示。

4 運行實例

首先，將整理好的關斷小區(qū)明細，并制作批處理的命令，然后登錄網(wǎng)管系統(tǒng)，將整理好的批處理指令導入網(wǎng)管系統(tǒng)中，危險命令確認，最后執(zhí)行指令，關斷射頻設備的功放。將軟件和定時啟動計劃制作完畢后，軟件自動啟動并開始模擬人對網(wǎng)管進行操作。具體步驟如下。

5 結束語

本文針對移動網(wǎng)設備，基于Python設計并編寫了一個能夠定時遠程自動設備，實現(xiàn)設備節(jié)電的計算機軟件。本文以4G基站的RRU為實驗對象，實驗結果表明，在設備節(jié)能期間，設備可以節(jié)約高達65%的電量，以全網(wǎng)三分之一的設備，每天凌晨0點到6點關斷計算，本文成果可以節(jié)約3%的電費。隨著5G網(wǎng)絡的運營，能耗持續(xù)增加，本文實驗成果可以推廣至5G基站設備。

同時本文在網(wǎng)絡的自動化運維方面提出了新的思路，使用了基于Python程序設計腳本語言實現(xiàn)網(wǎng)絡設備的自動化運維，講述了Python語言在網(wǎng)絡自動化運維中所需的第三方模塊，通過編寫Python腳本，具備很強的兼容性，可移植性，易用性。該方法側重于對設備的集中遠程管理，大大地推動了新型網(wǎng)絡管理軟件的開發(fā)和應用。部分實現(xiàn)了對網(wǎng)絡設備的日常維護，提高了網(wǎng)絡管理人員的工作效率。

參考文獻：

[1] 曾文，賀良貞，王文超. 4G基站節(jié)能省電技術研究與試驗分析[C].廣州：2019廣東通信青年論壇，2019：394-398.

[2] 張維利，張武志.關于4G網(wǎng)絡基站節(jié)能降耗的研究與實踐[J].信息通信，2020，33（4）：254-256.

[3] 楊自興，李志民，李子乾，等.電網(wǎng)信息系統(tǒng)運維管理自動化探索與研究[J].信息通信，2020，33（12）：192-194.

[4] 林亮滾.自動化運維監(jiān)測系統(tǒng)的應用研究[J].工程建設與設計，2020（22）：247-248.

[5] Sweigart A.Automate The Boring Stuff With Python[M].王海鵬，譯.北京：人民郵電出版社，2020：351-366.

[6] 金光濤，豐德偉，馬小亮，等.數(shù)據(jù)中心自動化運維設計與應用[J].信息技術與信息化，2020（11）：68-71.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】