绿色通信网络的节能路径探究

2020-11-11梁勃

科技与创新 2020年21期

梁勃

（长春工业大学，吉林长春130012）

1 引言

近年来，随着中国通信技术的突飞猛进，中国的通信用户数量和业务量也在不断增加，给人们的通信等带来了极大的便利。但是随着通信网络规模的扩大，也增加了通信网络运行中的能耗，这与目前提倡发展节能环保的低碳经济策略不符。这就需要针对目前蓬勃发展的通信行业，提高对其能耗的重视，通过节能降耗措施的应用来推进绿色通信网络的发展。

2 绿色通信网络概述

由于传统的通信网络发展和运营过程中会表现出较高能耗的特点并产生污染环境的温室气体。为此提出了发展绿色通信网络的策略，通过此种绿色通信网络结构来减少温室气体排放量，同时也尽量减少其运行中的能耗，并产生更多的效益。而从信息通信角度上分析，此种网络则可以有效保证通信用户的通信质量，在满足人们通信要求的同时，也尽量减少对网络资源的消耗。这在目前全球范围内发展低碳经济的过程中成为未来的必然发展趋势之一。

此外，在传统的通信网络中，也通常采取配置更多复杂链路的方式来提升网络运行的可靠性，应对突发故障的出现，但是这也增加了资源消耗和浪费，无法实现对所有链路和设备的高效利用。

3 通信网络的现状及存在的问题

目前的通信网络主要通过无线和有线两种网络方式。对于前者来说，无线网络运行中的能耗较高，而且在目前无线网络规模不断扩大的同时也增加了无线接入点和手持终端的数量，更是增加了其运行中的能耗。为此，可以通过构建相关网络拓扑的方式来提升能量的有效性，或者是通过有效技术来重新分配资源，比如在设备上引入和应用休眠技术，通过上述节能技术的应用来减少能量消耗。而对于后者，表现出有线网络数据中心具有较低网络资源利用率的特点。在运行中也主要分为闲置期和非闲置期两种，在每日凌晨03：00—07：00 的闲置期中仍然表现出网络设备属于满载的状态。因此可以针对闲置期来整合网络资源，实现网络资源的合理配置，降低能源消耗。具体地说，可以关闭闲置期内的空闲设备，在需要时才开启来减少其电能消耗。或者是对各类资源进行优化分配，在保证通信网络可以正常运行的同时尽量减少资源消耗。

4 绿色通信网络的节能路径

4.1 无线网络休眠技术的应用

针对无线网络运行中能耗较高的特点，可以通过在MAC 层次上对无线接入点进行动态休眠。比较常用的SNMP 技术应用中，首先要合理选择休眠机制。为了确保无线网络同步于一种机制，需要针对不同节点存在同时发出一致休眠机制的可能性，以及针对其中存在的多种不同休眠机制的特点，采取优先级和时间戳的机制。或者是在边界节点工作中应用多种机制，提升新节点检测工作的效率和准确性，有利于网络拓扑变化。其次是周期性休眠与监听。通过此技术的应用表现出具有休眠的特征，实现对监听过程的优化，减少其中不必要的监听，实现监听效率的提升以及不必要能耗的产生。也就是可以保证在需要上传和下载数据时可以正常启动，但是在没有数据传输时则进入休眠状态，最大化降低闲置时期的设备功率和运行能耗。最后就是防止串音和碰撞的措施。为了防止此问题，可以通过特定机制的应用，通过对物理层检测信道信号的强弱来判断信道是否空闲，比如通过检测噪声的方式来实现。通过SNMP 协议的应用，可以实时观测网络拓扑信息的变化以及各个网络设备的实时负载情况。可以准确得出网络运行的高峰时段和空闲时段，再通过一定的时间观察和积累后，可以使空闲时段无人使用的无线接入点、管理交换机进入到休眠状态，从而达到节能、降耗、减排的效果。在不影响网络通讯的情况下，通过合理规划、减少无线接入点等手段，不但节能，还可以有效延长设备使用寿命。

4.2 有线网络休眠技术的应用

由于链路利用率不会对能量消耗造成影响，而且链路能量也与实际流量无关，主要是受到链路设计容量的影响，这就可以通过将空闲链路关闭的方式来节省能量消耗。在应用有线网络技术中，针对其中的以太网技术，可以采取动态路由协议和动态带宽分配来提升能源利用的效率。通过动态带宽协议的应用，可以在没有数据包时进入休眠或低能耗模式，同时又能保证有数据包传输时满足其要求，实现设备能耗的减少。此外，由于相邻路由器之间存在链路也会消耗能量，也可以通过将部分链路关闭的方式来降低能耗，也就是在数据传输需求较低的时候采取上述节能措施。与此同时，还需要通过线性优化方法来保证设备的稳定运行。而通过启发式算法则可以在降低大概70%能耗的同时来保证其正常运行，也是目前技术研发和网络操作人员比较常用的方法。

4.3 数据中心节能技术的应用

数据中心是保证通信设备正常运行的关键，但是由于数据中心运行中也存在较为显著的能耗问题，主要表现在其中存在大量的制冷设备、照明设备以及IT 设备在运行中的能耗较高。为此，可以在其中通过云计算、硬件优化设计、网络计算以及虚拟化等节能方式来提升其节能效率。

4.4 分布式基站技术

此种技术就是利用分布式基站结构，也就是基于基带处理单元和射频处理单元通过分布式方式进行设计的结构，在同一个机房中集中布置无线网络控制设备、基带处理单元和核心网等，将上述2 个处理单元通过光纤进行连接来实现网络全面覆盖的目的。通过此种基站结构，实现了基站地理空间利用率的提升，同时也实现基站配套设备运行能耗的降低。

4.5 配套能源系统节能减排技术

通过对设备电源架构的设计优化，可以实现电源切换过程中功率损耗的降低，比如针对直流输入设备，可以将高效率电源设计在板卡内部，或者是针对交流输入设备，通过AC/DC 电源的应用，发挥其高效率的特点，实现电源转换损耗的降低。

5 通信网络节能降耗案例分析

以建设分布式基站为例来分析绿色通信网络的节能降耗效果，以某运营商结合本地情况所建立的分布式基站为例，通过分布式基站技术的应用来开展自然村中移动通信网络的建设。在此基站设计和建设方案中，所用分布式结构设计的基站主要对无线网络规划进行优化，以减少基站数量。而且在此基站的机房中，通过中央控制器和温湿度传感器组成的测温和测湿系统对通风系统和空调的启停进行控制。同时也将原有的高功率空调进行替换，转而使用通风节能技术，通过通风系统的自动启动来将室外温度更低的空气引入室内中，排出室内空气，降低室内温度。此外，也通过电源监控单元芯片的应用来智能处理整流模块，采取休眠的方式来节省电能。在监控系统中还连接着中央控制器和运营商的动力环境，实现对基站电源空调的远端自动控制。此分布式基站建设中所应用的节能控制系统基本结构如图1 所示。