AI Summary & Key Takeaways
AI InsightThe study also documents a sparsity-induced instability in linear models and the hardware distribution shift between training and evaluation data.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Background/Aim: Energy consumption of 5G base stations has become a central operational concern, and energy-saving mechanisms such as carrier shutdown and sleep modes require accurate prediction of station-level consumption. This study compares prediction models under conditions reflecting deployment to unseen base stations. Methods: Seven models – from a trivial baseline and linear models to tree ensembles and a multilayer perceptron – were evaluated on the ITU 5G Base Station Energy Consumption Modelling dataset (98,084 hourly observations from 923 base stations with heterogeneous hardware) using station-grouped five-fold cross-validation, station-clustered bootstrap intervals, repeated station partitions and out-of-time tests. An analytical load-dependent power model and four published data-driven approaches were re-implemented under the identical protocol. Results: LightGBM attained the best accuracy among the seven models (R² = 0.910, WMAPE = 10.22%), matched in R² by the multilayer perceptron at roughly twenty times the training cost. LightGBM remained within 0.15 percentage points of the most accurate re-implemented technique, whereas the analytical model was clearly less accurate; lower published errors (WMAPE of about 4–5%) arise only when test stations were seen during training. Consumption was governed predominantly by static hardware attributes and their interaction with traffic load. Accuracy was stable across the observed days, but tree ensembles underestimated consumption when load exceeded the training range. Conclusion: Gradient boosting offers the most favourable accuracy–cost trade-off for unseen base stations, while seasonal use requires periodic recalibration. The study also documents a sparsity-induced instability in linear models and the hardware distribution shift between training and evaluation data.
Özet
5G baz istasyonlarının enerji tüketimi temel bir işletim sorunu hâline gelmiştir ve taşıyıcı kapatma ile uyku modları gibi enerji tasarrufu mekanizmaları, istasyon düzeyinde tüketimin doğru tahmin edilmesini gerektirmektedir. Bu çalışmada, basit bir temel modelden doğrusal modellere, ağaç tabanlı topluluk yöntemlerinden çok katmanlı algılayıcıya kadar yedi model, donanım açısından heterojen 923 baz istasyonundan elde edilen 98.084 saatlik gözlemden oluşan ITU 5G Baz İstasyonu Enerji Tüketimi Modelleme veri kümesi üzerinde karşılaştırılmıştır. Değerlendirmede istasyon gruplandırmalı beş katlı çapraz doğrulama, istasyon kümeli bootstrap güven aralıkları, farklı istasyon bölmeleri ve zaman dışı testler kullanılmış; analitik yük bağımlı bir güç modeli ile literatürdeki dört veri odaklı yaklaşım aynı protokol altında yeniden uygulanmıştır. LightGBM yedi model arasında en iyi doğruluğa ulaşmış (R² = 0.910, WMAPE = %10.22), çok katmanlı algılayıcı ise R² açısından aynı seviyeyi yaklaşık yirmi kat daha yüksek eğitim maliyetiyle yakalamıştır. LightGBM, yeniden uygulanan en doğru tekniğe 0.15 yüzde puan mesafede kalmış, analitik model ise belirgin biçimde daha az doğru bulunmuştur; literatürdeki daha düşük hatalar (WMAPE yaklaşık %4–5) yalnızca test istasyonları eğitimde görüldüğünde ortaya çıkmaktadır. Enerji tüketimi ağırlıklı olarak sabit donanım özellikleri ve bunların trafik yüküyle etkileşimi tarafından belirlenmektedir. Doğruluk gözlenen günler boyunca kararlı kalmış, ancak yük eğitim aralığını aştığında ağaç tabanlı modeller tüketimi düşük tahmin etmiştir. Sonuç olarak gradient boosting, görülmemiş baz istasyonları için en uygun doğruluk–maliyet dengesini sunmakta, mevsimler boyunca kullanım ise periyodik yeniden kalibrasyon gerektirmektedir. Çalışma ayrıca doğrusal modellerde seyreklik kaynaklı kararsızlığı ve eğitim ile değerlendirme verileri arasındaki donanım dağılımı değişimini ortaya koymaktadır.