基于Python的移動網設備自動節電軟件的設計與實現

侯闊 趙鑫 石建利

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

關鍵詞：Python；移動網；節電

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展，設備的耗電量也快速增加。節能降耗和降本增效成了通信行業面臨的重要問題。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電效果[1]。移動網絡話務量存在明顯的潮汐效應，時間上不連續、不均衡，夜間業務流量幾乎為零。但是所有的基站設備始終保持著7×24小時持續運行的狀態，造成了嚴重的能耗浪費。本文基于Python設計并實現了一款計算機軟件，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絡管理員遠程自動關斷設備的功放功能，既能節省大量成本，又能解放勞動力。

近年來，隨著網絡系統自動化、智能化、信息化水平的不斷發展及進步，硬件設備等信息技術基礎設施越來越依賴于網絡。同時隨著軟件技術的發展，企業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運行狀態是否正常，進一步增加了其復雜度，所以企業運維人員迫切地需要一種新型的網絡管理方式。從技術上來說，新型的網管系統，具備的特性已經和以前無法比較，有著很強的兼容性，可移植性。從應用趨勢上來說，隨著網上用戶的普遍增加和大量企業應用的網絡設備的增多，舊時的網絡設備性能已經遠遠滿足不了現在的需求，用戶越來越不關注具體的網絡管理內容，而是希望他們的應用能否正常地運行，由此網管軟件開始了改變，將更多的功能放入到系統內部，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絡，另一方面，人們需要的不僅僅這些，更看重的是網絡給他們帶來的便利。如同現在的寬帶小區，需要對每家用戶的帶寬、流量、服務器、根據不同時間來選擇的服務內容等，大量的要求使得網絡需要具備的功能多種多樣，這對于新一代的網管軟件來說，無疑是一場巨大的壓力。通過將現有的網管系統與編程相結合的方式，可以解決目前網管系統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LTE網絡特性原理，主設備廠家基于設備OMC管理系統，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能方法[2]，此類節能方法均需要廠家的LICENSE授權才可以使用。現階段各大運營商就是使用此方式實現的降低能耗。此類方式雖然較為完善，具備自適應能力，但節能效果較差，尤其是對于夜間無人區域效果不夠明顯。并且需要支付廠家部分費用，增大了成本。

另有地區采用現場安裝節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域，基本無用戶停留。此方法相對來說不夠靈活，不能實現遠程控制，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，以維護優化網絡管理員自主操作為前提，在特定時間段（如0點至6點）內對低業務負荷的站點通過手動或自動發送腳本命令，實現對特定區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，從而減少基站功率發射，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，設備節電情況相比未采用此方法之前節省量達到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，又能夠提高節電效能。

3 軟件設計與實現

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的明細，并制作批處理的命令，然后登錄網絡管理員系統，將整理好的批處理指令導入系統中，最后執行指令，關斷射頻設備的功放。

3.2 Python模塊介紹

現如今，人們生活在一個數字化信息化發達的時代，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的錯誤。編寫計算機程序軟件的語言有多種，Python是現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，實現完全的自動化處理。“無線網設備自動節電應用”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，處理一些需要網絡管理員手動操作的任務。“無線網設備自動節電應用”程序的開發過程中，主要用到的PyAutoGUI具體函數如下：

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，可以確定鼠標的當前具體位置。它將返回函數調用時，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（）

向計算機發送虛擬的鼠標點擊時，就使用pyautogui.click（）函數。默認情況下，點擊鼠標左鍵，點擊發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生，可以傳入x、y坐標作為可選的第一和第二參數。如果想指定鼠標按鍵，就加入button關鍵字參數，值分別為left、middle、或right。例如：pyautogui.click（100，200，buttton=right）。

3）pyautogui.doubleclick（）

在當前位置，實現雙擊鼠標左鍵操作，參數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（）函數可以向計算機發送虛擬按鍵，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后，然后再執行。可以向該函數中傳入一個整數值（代表秒數），可以控制程序的執行[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和方法，如new（）、open（）、convert（）、copy（）等，主要實現從文件中上傳圖像、創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，在無線網設備自動節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環境的、面向用戶的可以直接執行的程序，將寫好的Python程序代碼打包成Windows系統可執行的exe軟件。

3.3 軟件制作

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

1） 首先，用Python編寫代碼實現自動控制設備網管批量關閉/打開功放功能，代碼核心內容是導入相應的模塊和包，調用相應的函數和方法，實現導入文件、打開導入的腳本、創建并保存圖像、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管進行操作，實現點擊導入文件按鈕、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執行，如果代碼導入錯誤則終止執行。

2） 然后，在Python環境中安裝Pyinstaller模塊，執行pyinstaller -F -w guanbi.py回車即可將代碼打包成Windows系統可執行的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明細，并制作批處理的命令，然后登錄網管系統，將整理好的批處理指令導入網管系統中，危險命令確認，最后執行指令，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管進行操作。具體步驟如下。

5 結束語

本文針對移動網設備，基于Python設計并編寫了一個能夠定時遠程自動設備，實現設備節電的計算機軟件。本文以4G基站的RRU為實驗對象，實驗結果表明，在設備節能期間，設備可以節約高達65%的電量，以全網三分之一的設備，每天凌晨0點到6點關斷計算，本文成果可以節約3%的電費。隨著5G網絡的運營，能耗持續增加，本文實驗成果可以推廣至5G基站設備。

同時本文在網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網絡設備的自動化運維，講述了Python語言在網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絡管理軟件的開發和應用。部分實現了對網絡設備的日常維護，提高了網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網絡基站節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.電網信息系統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.自動化運維監測系統的應用研究[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.數據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.

【通聯編輯：謝媛媛】