基于5G 通信技术的无线网络节能降耗研究

姜万成

（山东省安丘市青龙湖发展服务中心，山东 安丘 262100）

0 引 言

随着科学技术日新月异的发展和我国国民经济的高速增长，各种新技术产品和服务不断出现，无线网络领域也迎来快速发展时期，无线网络设备的应用为人们的生活带来了便捷。随着人们对无线网络设备的依赖性不断提升，需要相关领域和企业采取一定的节能降耗措施来降低无线网络设备因能耗大而造成的影响，提升人们的生活质量。

1 网络能耗研究现状

网络能耗通常是网络运行过程中产生，其会对无线网络设备的性能产生影响，当前很多研究人员主要通过改变网络运行参数来降低网络能耗[1]。天线是无线网络的能量传输载体，是影响网络性能和能耗的主要因素。天线的性能与天线尺寸和铺设方向等有关，同时这些参数也是网络能耗产生的影响因素[2]。

能量管理在进行通信优化的过程中具有十分重要的作用，它是一种针对特定目标进行优化的策略，能有效减少无线通信过程中的网络空口数和能量消耗量[3]。而调度策略的主要目标就是在满足网络性能的同时，最大限度地降低能耗。目前很多无线通信算法对数据包络分布均有严格的限制，同时网络能耗控制算法的效果也不尽相同，算法并不能融合到一起对网络能耗进行有效的控制和优化[4]。

2 无线网络中的能耗问题

2.1 设备耗能问题

在无线网络中，设备能耗是网络能耗的主要来源。设备需要不断进行数据的接收和发送，尤其是在进行大量数据传输时，耗电量会更大。同时，设备的本身质量也会影响能源的消耗，特别是低质量的设备往往会消耗更多的能源。

2.2 网络拓扑结构问题

网络拓扑结构的复杂程度也会影响无线网络的能耗，如果网络拓扑结构过于复杂，在进行数据传输时，信号需要经过更多的节点，增加了能耗。因此，可以通过优化网络拓扑结构，来减少节点数量，降低网络能耗。

2.3 信号传输距离问题

信号传输距离也是影响能耗的一个重要因素，传输距离越远，信号的衰减就越大，要想保证信号的传输质量就需要增强信号强度，消耗更多的能源。在无线网络传输过程中，需要根据传输距离来选择合适的信号强度，以达到节约能源的效果。

2.4 系统工作模式问题

系统的工作模式也会影响能源的消耗，系统可以分为2 种工作模式，即主动模式和被动模式。主动模式下，设备会不断进行数据的发送和接收；而在被动模式下，设备只有在需要时才会进行数据的收发工作。因此，在系统工作时，根据实际情况选择合适的工作模式，能够有效降低能耗。

3 无线网络节能降耗技术的现状与研究方向

无线网络节能降耗技术是指通过一系列技术手段降低无线网络的能耗和负载，提高网络资源利用率。

3.1 绿色通信技术

绿色通信技术是指通过优化网络结构、减少冗余信息传输以及调整网络拓扑结构等方式，实现对无线网络的节能降耗。绿色通信技术可以有效地减少网络的能耗和负载，提高网络资源的利用率。

3.2 网络自适应技术

网络自适应技术是指通过智能调整网络参数、优化网络配置和资源分配，实现网络的自适应和优化。网络自适应技术可以根据网络状态和负载情况，网络带宽和传输速率等参数的动态调整，实现对无线网络的节能降耗。

3.3 能量收集技术

能量收集技术是指通过收集环境中的能量，如太阳能、风能以及热能等，为无线网络提供新的能源。能量收集技术可以有效降低网络的能耗，为无线网络的长期运行提供可靠的能源保障。

4 无线网络节能降耗技术的发展趋势

4.1 精细化管理

精细化管理是指通过智能化的网络管理和运营，实现对网络的精细化管理。可以根据网络负载和用户需求等因素，动态调整网络资源和服务内容，实现网络的高效运营，并达到节能降耗的目的。

4.2 能源自给自足

能源自给自足是指通过收集环境中的能源，如太阳能、风能以及热能等，为无线网络提供稳定的能源。随着能源技术的不断发展，未来能源自给自足技术将广泛应用于无线网络节能降耗领域。

4.3 人工智能技术

人工智能技术是指通过机器学习和深度学习等技术，实现网络的智能化管理和性能优化。未来，人工智能技术将广泛应用于无线网络节能降耗领域，实现网络的智能化管理。

5 基于5G 通信技术的能耗模型

5G 通信技术作为下一代移动通信标准，具有高速率、低延迟、大容量、高可靠性以及低能耗等显著特点。5G 通信技术能实现更高的频谱效率和更快的数据传输速率，为网络节能降耗提供更多的可能性。5G通信技术进一步促进无线网络节能降耗技术的实现。

由于无线网络在建设初期就存在着各种问题与缺陷，通过建立系统能耗模型来对设备耗能进行评估，并进行优化从而达到节能降耗的效果。在移动通信系统中，无线网络能耗占总体能耗的60%～70%[5]。以5G 移动通信网络为例，深入研究5G 移动通信设备能耗开销问题。本文提出一种基于5G 通信技术的新型移动网络能耗评估方法，并将其应用于5G 建设过程。首先，将能耗对象定义为与实际应用相关的具有复杂性和代表性的网络设备。其次，依据通信过程中不同阶段所需能量对不同能耗对象进行分析。最后，采用最小化模型计算无线网络能耗结果并制定相应的优化方案。

基于5G 通信技术的能耗模型具有较为完善的假设条件，即网络中存在着大量能耗[6]。该模型能够反映无线网络的能耗水平，以此对网络能耗问题进行合理有效的优化。具体来说，该模型主要评估基站设备能耗模块、无线信号发射模块、无线信号接收模块、无线信号传输模块、无线信号调制模块以及网络管理模块等产生的能耗。其中，基站设备能耗模块是产生无线网络能耗较高且存在重要影响的部分[7-9]。

6 促进无线网络节能降耗的相关策略与建议

6.1 采用新型能源技术

目前，无线网络设备依然采用传统的电池供电技术，这种技术在使用过程中存在着能量浪费的情况。因此，可以采用新型能源技术，例如太阳能和风能等，为无线网络设备供电。这些新型能源技术不仅可以有效降低能耗，还可以减少对传统电力的依赖，有利于环保。

6.2 优化无线网络协议

无线网络协议是无线网络的核心，也是无线网络能耗的主要来源之一。可以通过优化无线网络协议，降低无线网络的能耗。例如，采用睡眠机制、动态调整传输速率以及降低信号干扰等方式，可以有效地降低无线网络的能耗。

6.3 管理无线网络设备

无线网络设备的数量和使用量的增加，也是使无线网络能耗增加的原因之一。因此，需要合理管理无线网络设备，减少无用设备的使用，以达到节能降耗的目的。例如，可以通过设备管理软件来控制无用设备的开关，或者采用能够自动关闭设备的智能插座等方式来实现设备的有效管理。

6.4 推广绿色无线网络

绿色无线网络是一种环保的无线网络，其采用一系列的节能降耗技术和环保技术，有效地减少无线网络的能耗，降低对环境的污染。因此，可以通过推广绿色无线网络的概念和技术，促进无线网络的节能降耗。

7 结 论

针对无线能量传输系统实际耗电量较大的问题，提出利用新型供电方式改善其电能质量和系統性能，从而降低电力消耗、提高供电效率以及减少对环境影响，在一定程度上提高用户的生活质量，从而降低能耗和运行成本，达到节能降耗的目的，为无线网络的节能传输提供理论支持。