基于Python的移動(dòng)網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)節(jié)電軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

侯闊 趙鑫 石建利

摘要：隨著能源危機(jī)的來臨，節(jié)約各類資源已成為社會(huì)的熱點(diǎn)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(dòng)網(wǎng)設(shè)備的節(jié)電問題，運(yùn)用Python編寫計(jì)算機(jī)軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)在網(wǎng)管上遠(yuǎn)程自動(dòng)關(guān)斷移動(dòng)網(wǎng)設(shè)備的功放功能。經(jīng)過現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)測算，此軟件在設(shè)備節(jié)能期間，設(shè)備節(jié)省電量高達(dá)65%。

關(guān)鍵詞：Python；移動(dòng)網(wǎng)；節(jié)電

中圖分類號(hào)：TP311.52? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）27-0042-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

隨著移動(dòng)通信的快速發(fā)展，設(shè)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(guān)閉即可達(dá)到節(jié)電效果[1]。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量存在明顯的潮汐效應(yīng)，時(shí)間上不連續(xù)、不均衡，夜間業(yè)務(wù)流量幾乎為零。但是所有的基站設(shè)備始終保持著7×24小時(shí)持續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)，造成了嚴(yán)重的能耗浪費(fèi)。本文基于Python設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款計(jì)算機(jī)軟件，核心功能是通過使用Python提供的自動(dòng)化工具模塊來操作鼠標(biāo)和鍵盤，從而可以定時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)管理員遠(yuǎn)程自動(dòng)關(guān)斷設(shè)備的功放功能，既能節(jié)省大量成本，又能解放勞動(dòng)力。

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化、信息化水平的不斷發(fā)展及進(jìn)步，硬件設(shè)備等信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施越來越依賴于網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)內(nèi)的各種復(fù)雜設(shè)備隨之增多，應(yīng)用的場景也是參差不齊，運(yùn)維人員無法依靠人工去排查軟件系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)是否正常，進(jìn)一步增加了其復(fù)雜度，所以企業(yè)運(yùn)維人員迫切地需要一種新型的網(wǎng)絡(luò)管理方式。從技術(shù)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(qiáng)的兼容性，可移植性。從應(yīng)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(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增多，舊時(shí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)在的需求，用戶越來越不關(guān)注具體的網(wǎng)絡(luò)管理內(nèi)容，而是希望他們的應(yīng)用能否正常地運(yùn)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(nèi)部，將性能放在了第一位。從運(yùn)維角度講，用戶們需要的是性能卓越的、安全可靠的設(shè)備來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，另一方面，人們需要的不僅僅這些，更看重的是網(wǎng)絡(luò)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(wù)器、根據(jù)不同時(shí)間來選擇的服務(wù)內(nèi)容等，大量的要求使得網(wǎng)絡(luò)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(jié)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(shè)備節(jié)能方法主要是設(shè)備廠家對出廠前的設(shè)備采取相應(yīng)措施，一般是根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)特性原理，主設(shè)備廠家基于設(shè)備OMC管理系統(tǒng)，研究制定的符號(hào)關(guān)斷法、射頻通道關(guān)斷法和載波關(guān)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(quán)才可以使用。現(xiàn)階段各大運(yùn)營商就是使用此方式實(shí)現(xiàn)的降低能耗。此類方式雖然較為完善，具備自適應(yīng)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(fèi)用，增大了成本。

另有地區(qū)采用現(xiàn)場安裝節(jié)電開關(guān)來定時(shí)關(guān)閉設(shè)備電源，停止設(shè)備供電以此達(dá)到省電的效果。此種方法主要應(yīng)用在室內(nèi)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也有一部分采購成本。

針對當(dāng)前存在的問題，本文研究方法是在設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行下，以維護(hù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理員自主操作為前提，在特定時(shí)間段（如0點(diǎn)至6點(diǎn)）內(nèi)對低業(yè)務(wù)負(fù)荷的站點(diǎn)通過手動(dòng)或自動(dòng)發(fā)送腳本命令，實(shí)現(xiàn)對特定區(qū)域的軟關(guān)斷或去激活，使基站的所有硬件設(shè)備都置于待機(jī)狀態(tài)，從而減少基站功率發(fā)射，解決設(shè)備耗電量高的問題。此種方法在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行期間，耗電量大幅度降低，設(shè)備節(jié)電情況相比未采用此方法之前節(jié)省量達(dá)到65%，是一種科學(xué)可靠的降低能耗的方法。并基于Python語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款計(jì)算機(jī)軟件，核心功能是通過Python提供的自動(dòng)化工具PyAutoGUI控制鼠標(biāo)和鍵盤的操作，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)遠(yuǎn)程關(guān)斷設(shè)備的功放功能。這款計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用既減少了人力成本，又能夠提高節(jié)電效能。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 理論基礎(chǔ)

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

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

3.2 Python模塊介紹

現(xiàn)如今，人們生活在一個(gè)數(shù)字化信息化發(fā)達(dá)的時(shí)代，所面臨的大部分工作能用計(jì)算機(jī)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(yù)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。編寫計(jì)算機(jī)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(shí)免去很多復(fù)雜代碼。通過Python語言編程，能夠讓人們工作中的很多任務(wù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)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(jì)算機(jī)上自動(dòng)化任務(wù)的終極工具，就是通過編寫程序直接控制鍵盤和鼠標(biāo)。這些程序可以控制其他應(yīng)用，向它們發(fā)送虛擬的擊鍵和鼠標(biāo)點(diǎn)擊，就像人坐在計(jì)算機(jī)前與應(yīng)用交互一樣[4]。這種技術(shù)被稱為“圖形用戶界面自動(dòng)化”，或簡稱為“GUI自動(dòng)化”。

PyAutoGUI是一個(gè)全部由Python語言開發(fā)的自動(dòng)化運(yùn)維工具，該工具的核心思想就是模擬鼠標(biāo)和鍵盤操作，人們無需在電腦面前操作，實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化處理。“無線網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)節(jié)電應(yīng)用”的關(guān)鍵之處就是運(yùn)用了PyAutoGUI自動(dòng)化工具，使用PyAutoGUI中的相關(guān)函數(shù)，處理一些需要網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)操作的任務(wù)。“無線網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)節(jié)電應(yīng)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(diǎn)，屏幕的長為x軸，寬為y軸，向右x坐標(biāo)增加，向下y坐標(biāo)增加，屏幕分辨率即為x、y的最大值。通過調(diào)用pyautogui.position（）函數(shù)，可以確定鼠標(biāo)的當(dāng)前具體位置。它將返回函數(shù)調(diào)用時(shí)，鼠標(biāo)x、y坐標(biāo)的元組。例如：屏幕大小Screen size： （1920 1080），鼠標(biāo)位置Position ： （204， 745）。

2）pyautogui.click（）

向計(jì)算機(jī)發(fā)送虛擬的鼠標(biāo)點(diǎn)擊時(shí)，就使用pyautogui.click（）函數(shù)。默認(rèn)情況下，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，點(diǎn)擊發(fā)生在鼠標(biāo)當(dāng)前所在位置。如果希望點(diǎn)擊在鼠標(biāo)當(dāng)前位置以外的地方發(fā)生，可以傳入x、y坐標(biāo)作為可選的第一和第二參數(shù)。如果想指定鼠標(biāo)按鍵，就加入button關(guān)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(dāng)前位置，實(shí)現(xiàn)雙擊鼠標(biāo)左鍵操作，參數(shù)主要是鼠標(biāo)當(dāng)前的所在位置，坐標(biāo)軸上x、y的坐標(biāo)。例如：pyautogui.doubleclick（100，200）。

4）pyautogui.typewrite（）

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

5）pyautogui.press（）

模擬點(diǎn)擊鍵盤上的按鍵釋放。在鍵盤上按下一個(gè)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(jìn)程的進(jìn)行，先讓進(jìn)程掛起，使程序延遲指定秒數(shù)后，然后再執(zhí)行。可以向該函數(shù)中傳入一個(gè)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(dāng)前屏幕的內(nèi)容或者剪貼板上的內(nèi)容拷貝到PIL圖像的內(nèi)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(shí)現(xiàn)從文件中上傳圖像、創(chuàng)建新圖像和復(fù)制圖像等基礎(chǔ)功能[6]。

3.2.5 Pytesseract模塊介紹

Pytesseract是一款用于光學(xué)字符識(shí)別（OCR）的Python工具，即從圖片中識(shí)別出和“讀取”其中嵌入的文字，在無線網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)節(jié)電軟件的設(shè)計(jì)過程中主要用來識(shí)別圖片的驗(yàn)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(shè)備自動(dòng)節(jié)電軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)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(shè)置本地計(jì)算機(jī)任務(wù)三個(gè)環(huán)節(jié)，具體詳細(xì)步驟如下。

1） 首先，用Python編寫代碼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制設(shè)備網(wǎng)管批量關(guān)閉/打開功放功能，代碼核心內(nèi)容是導(dǎo)入相應(yīng)的模塊和包，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)和方法，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入文件、打開導(dǎo)入的腳本、創(chuàng)建并保存圖像、打開圖像、圖像文字識(shí)別、將識(shí)別的文字以字符串的形式導(dǎo)入、鼠標(biāo)運(yùn)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(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊導(dǎo)入文件按鈕、打開腳本文件、運(yùn)行代碼操作，并加入驗(yàn)證機(jī)制，將導(dǎo)入的代碼截圖并識(shí)別內(nèi)容，如果代碼導(dǎo)入正確將繼續(xù)執(zhí)行，如果代碼導(dǎo)入錯(cuò)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(jì)算機(jī)中設(shè)置計(jì)劃任務(wù)，打開計(jì)算機(jī)管理→任務(wù)計(jì)劃程序→任務(wù)計(jì)劃程序庫→Microsoft→Windows中創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)并且進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，每天定時(shí)啟動(dòng)此exe軟件。具體步驟如下圖所示。

4 運(yùn)行實(shí)例

首先，將整理好的關(guān)斷小區(qū)明細(xì)，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(dǎo)入網(wǎng)管系統(tǒng)中，危險(xiǎn)命令確認(rèn)，最后執(zhí)行指令，關(guān)斷射頻設(shè)備的功放。將軟件和定時(shí)啟動(dòng)計(jì)劃制作完畢后，軟件自動(dòng)啟動(dòng)并開始模擬人對網(wǎng)管進(jìn)行操作。具體步驟如下。

5 結(jié)束語

本文針對移動(dòng)網(wǎng)設(shè)備，基于Python設(shè)計(jì)并編寫了一個(gè)能夠定時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)電的計(jì)算機(jī)軟件。本文以4G基站的RRU為實(shí)驗(yàn)對象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在設(shè)備節(jié)能期間，設(shè)備可以節(jié)約高達(dá)65%的電量，以全網(wǎng)三分之一的設(shè)備，每天凌晨0點(diǎn)到6點(diǎn)關(guān)斷計(jì)算，本文成果可以節(jié)約3%的電費(fèi)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營，能耗持續(xù)增加，本文實(shí)驗(yàn)成果可以推廣至5G基站設(shè)備。

同時(shí)本文在網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化運(yùn)維方面提出了新的思路，使用了基于Python程序設(shè)計(jì)腳本語言實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)維，講述了Python語言在網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化運(yùn)維中所需的第三方模塊，通過編寫Python腳本，具備很強(qiáng)的兼容性，可移植性，易用性。該方法側(cè)重于對設(shè)備的集中遠(yuǎn)程管理，大大地推動(dòng)了新型網(wǎng)絡(luò)管理軟件的開發(fā)和應(yīng)用。部分實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的日常維護(hù)，提高了網(wǎng)絡(luò)管理人員的工作效率。

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