“双碳”视角下的5G全生命周期网络节能分析

刘亮亮

摘要：文章从“双碳”视角出发，分析了5G网络全生命周期的能耗问题，并探讨了相关的节能技术和策略。首先介绍“双碳”目标的重要性，之后重点分析了网络设备及运营过程中能耗现状，进而提出了多项节能技术，针对基站、核心网及网络调度策略提出优化方案，旨在为实现“双碳”目标提供助力。

关键词：“双碳”视角；5G全生命周期；网络节能；分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.019

中图分类号：TK 018，TN 929.5          文献标志码：A            文章编码：1672-7274（2024）04-00-03

Energy Saving Analysis of 5G Full Lifecycle Network from the Perspective

of "Dual Carbon"

LIU Liangliang

（Shanxi Communication Tongda Microwave Technology Co.， Ltd.， Taiyuan 030006， China）

Abstract： Starting from the perspective of "dual carbon"， this article analyzes the energy consumption problem of the entire lifecycle of 5G networks and explores relevant energy-saving technologies and strategies. Firstly， the importance of the "dual carbon" goal is introduced， followed by a focus on analyzing the current energy consumption status of network equipment and operation processes. Multiple energy-saving technologies are proposed， and optimization plans are proposed for base stations， core networks， and network scheduling strategies， aiming to provide assistance in achieving the "dual carbon" goal.

Keywords： "dual carbon" perspective; 5G full lifecycle; network energy-saving; analysis

1   “双碳”目标的重要性

随着全球气候变化问题的日益严峻，國际社会普遍认识到减缓气候变暖的重要性。在这样的背景下，“双碳”目标应运而生，它指的是碳达峰和碳中和两个关键环保指标。碳达峰是指一个国家或地区的碳排放总量达到峰值然后稳定或逐年下降，而碳中和则是指通过种植森林、碳捕捉和存储技术等方式，抵消掉等量的碳排放，实现相对零排放。

实现“双碳”目标，对社会各界而言，既是具有深远意义的任务，也是一项严峻的挑战。这一过程要求我们改变当前的能源使用模式，减少化石燃料的依赖，转而采用更清洁、可再生的能源。进一步地，这还包括在交通、建筑、工业、农业等众多领域内推行节能减排的技术和实践，以实现经济社会发展和环境保护的和谐共生。

对信息与通讯技术（ICT）行业来说，“双碳”目标尤其关键。这个行业在促进其他领域实现节能减排方面处于核心地位，同时也面临着自我变革的需求，以减少自身的碳排放[1]。

2   5G网络生命周期中的能耗现状

5G网络的能耗现状是一个全球关注的问题，尤其是在其生命周期中的不同阶段。以下将分别讨论材料获取与设备生产阶段、网络部署和运营阶段、维护与网络升级以及回收与废弃处理等方面的能耗现状。

（1）材料获取与设备生产阶段：5G网络的建设需要消耗大量的物质资源。制造网络设备和基础设施所需的材料包括稀土元素、钢铁、铜等。这些材料的获取和加工涉及矿石开采、能源消耗与环境损害。此外，制造这些设备也需要大量的电力和水资源，因此设备生产的环境影响是不可忽视的。

（2）网络部署和运营阶段：5G网络在运营期间持续消耗能源。与4G相比，5G网络需要更多的基站和天线来保证更好的覆盖和连接效果。这意味着更多的设备需要供电，从而增加了能源需求。此外，5G网络需要更多的服务器和数据中心来处理庞大的数据流量，这些设施的运行也需要大量的电力。为了保持网络运行稳定，还需要冷却设备来防止过热，这进一步增加了能源消耗。

（3）维护与网络升级：5G网络需要定期维护和升级以确保其性能稳定。网络设备的更新和升级通常需要运输和安装，这又涉及能源消耗。此外，设备的维护和监控也需要能源支持。在网络升级过程中，旧设备的处理和回收也需要特殊的工艺，以减少对环境的影响。

（4）回收与废弃处理：随着5G网络不断升级和更换设备，废弃的网络设备也会逐渐增加。这些废弃设备中的电子垃圾需要经过特殊处理，以确保其中的有害物质不会对环境造成污染。合理的回收与废弃处理可以减少资源的浪费和环境负担。

综上所述，5G网络在其生命周期中的能耗现状不容忽视。从材料获取与设备生产阶段到网络部署和运营阶段，再到维护与网络升级，以及回收与废弃处理，都需要考虑能源管理与环境影响。未来，应该致力于采取更加可持续的策略和技术，以降低5G网络的能耗，减少对环境的影响，实现网络发展与环境保护的平衡。

3   5G网络全生命周期节能策略

3.1 材料和生产过程的节能措施

（1）对于5G设备的生产而言，选择使用低能耗的材料是实现节能的基本途径。开发和应用轻质、高强度且具有良好热导性能的新材料，能够在设备的运营阶段减少散热需求，进而减少降温所需的能源消耗。例如，利用先进的复合材料或纳米材料替代传统金属部件，可以有效减轻基站的结构重量，简化散热系统，从而有助于减少整体能耗。

（2）在5G网络中采用节能措施，也是降低5G网络整体能源消耗的一个重要步骤。制造业者可采用高效的生产设备，改进生产流程，以及推行精进管理等方法，来降低生产的能源消耗。比如，在生产过程中，采用自动生产线、智能化生产系统等，既可以提高生产效率，又可以降低资源的浪费，降低能耗。同时，通过对原料用量的精确控制，减少废品的产生，也能使原料及生产成本得到更大程度的节约。

（3）制造商还可以通过循环利用来实现节能。这包括在设计阶段就考虑设备的维护、升级和最终的回收利用，采用可拆卸和可再生材料进行生产，以便于设备的修理和材料回收。长远来看，实施这些循环经济的措施能够减轻对原始资源的依赖并且减少生产过程中的总能耗[2]。

3.2 网络设备的能效优化

网络设备的能效优化对于降低5G网络的整体能耗至关重要。随着网络规模的扩大和技术的快速发展，基站、数据中心、路由器等设备的能量效率问题日益突出。采用高效的节能技术与方法，能够大幅提高设备在工作过程中的能量利用率，降低不必要的能量浪费。

（1）对网络硬件结构及性能进行优化可以对能源效率产生直接的影响。因此，采用一种新型低能耗器件，改进基站和数据中心的冷却系统，以及设计更为节能的信号处理算法，都有助于降低设备的功耗。比如，采用先进的RF器件和高效率的功放，可以降低传送资料所需要的能量。

（2）利用智能化的管理系统对联网装置进行监控，对提高能源利用效率具有重要意义。在此基础上，对系统进行动态能量管理，以适应网络流量及客户要求，对设备运行状况进行实时调整。比如，在网络流量较小的情况下，一些基站可以进入睡眠状态，或者降低功耗来节约能量。同时对网络的负荷进行实时分析，从而在负荷峰值之前对设备的状态进行及时的调整，在保证用户体验的前提下，不会产生过多的能耗。

（3）综合运用系统优化、高效能源管理和设备升级等方法是实现网络设备能效优化的有效途径。对于5G运营商来说，除了前期的技术投入，加强实时监测、维护和升级网络设备的操作同样重要。例如，定期的技术维护可确保设备运转效率，而智能升级策略则可以避免由于过时设备导致的能源浪费。

（4）网络设备的能效优化不仅涉及技术层面，还需运营商、设备制造商和相关政策制定者共同协作，通过制定节能标准和激励政策等手段，推动整个行业的能效提升。能效优化既能降低运营成本，又能促进环境的可持续发展，是未来5G网络发展不可或缺的一部分。

（5）采用可再生能源对于网络设备的能效优化同样起到重要作用。例如，基站能够集成太阳能板，利用太阳能维持运行，或是利用风能作为电力来源。这样不仅可以降低对传统能源的依赖，减少温室气体排放，而且可以在偏远地区或缺乏稳定电力供应的情况下保障5G网络的可靠运行。再生能源的集成应用虽然在前期可能需要较高的投资，但从长期看，它将为网络运营带来经济效益和环境效益。

3.3 软件层面的节能优化

在5G网络的发展中，软件层面的节能优化也是至关重要的。随着网络技术的不断进步，软件不仅在功能实现上起到了核心作用，而且在能效管理中也扮演着越来越重要的角色。通过软件层面的创新和策略实施，可以在不改变硬件的前提下，实现系统能耗的大幅降低。

（1）网络通信协议的优化是实现软件能量节约的关键。5G网络具有高速、低时延等特点，需要对其进行高效的数据前传与处理。通过设计更有效的通信协议，比如优化分组的发送模式、降低信号的冗余性等，可以有效地减轻网络设备的负载，进而降低系统的能量消耗。在此基础上，本项目提出一种基于智能算法的能量管理方法，通过对网络能耗进行动态调节，并结合实际业务情况，实现对网络能耗的有效调控。

（2）通过云计算和边缘计算等技术，将数据存储和处理任务从客户端迁移到云端或网络边缘，这样不仅可以减轻客户端设备的能源负担，还可以利用集中管理提升数据处理的能效。利用云端的弹性资源，可以根据实时需求自动伸缩计算资源，从而避免能源的闲置浪费。在边缘计算中，由于数据在网络边缘就近处理，还可以减少长距离传输导致的能耗[3]。

（3）能源管理软件的使用，也可对整个网络系统的能效进行优化。能源管理系统能够监控网络设备的能耗状况，提供实时的能耗数据与分析，引导运营商调整能源消耗策略。通过实现设备间的能源共享和调度，不仅提高了能源的利用效率，也降低了整体的运营成本。

（4）在软件层面的节能优化中，需要工程师不断探索与实践，将节能理念贯彻到软件设计、开发与维护的各个环节。这不仅要求软件开发人员具备高度的节能意识，更要求整个产业链深化对节能技术的研究与应用。通过软件层面的节能，5G网络将能在保障性能和服务质量的前提下，实现更绿色、更可持续的发展道路。

3.4 廢弃设备的回收利用

废弃设备的回收利用是节能技术与策略的重要组成部分，它能有效减少电子垃圾对环境的污染并节约资源。电子设备在被淘汰后，如果没有得到妥善处理，会对环境造成极大的负担。因此，回收利用废弃设备不仅是一项环保行动，而且是实现可持续发展的必要步骤。

（1）回收废弃设备的首要环节是将这些设备收集起来。公众教育和意识提升在这个过程中发挥着关键作用，让消费者了解到设备正确回收的重要性，并鼓励他们参与到回收计划中。此外，政府和企业可以提供便捷的回收服务，如在公众区域设置易于访问的电子废物回收点，或实施回收激励政策，奖励合规回收的个人和单位。

（2）收集到的废弃设备需要进行分类和处理。对于功能依然完好的设备，可以通过翻新、升级后重新投入市场。而对于无法直接重用的设备，可以通过拆解，回收其中的有价值部件和可回收材料，这些部件和材料随后可以用于制造新的设备，减少对原材料的需求。特殊处理和回收诸如稀有金属、塑料等资源，不仅有助于减缓资源耗竭的速度，而且能减少生产过程中的能量消耗和环境污染。

（3）废旧设备的再利用也要求制定一套有效的管理制度，以保证再利用的流程达到环境保护与卫生标准。不合理的循环利用方法会引起有毒物质的泄漏，从而污染土壤、水源和大气，甚至危害人体健康。所以，加强法规，保证合规运作，以及采用先进的再生和处置技术是非常重要的。环保组织与政府部门必须建立明确的标准，并且在循环利用的每个阶段都要有严格的监管[4]。

（4）要深入推行生产者责任扩展制度（EPR），迫使制造商负责终身管理他们生产的产品。这种政策能促进设计更容易回收的产品，降低处置和回收造成的环境影响，并激励制造商和消费者选择更环保的选项。

（5）还需要倡导和推动绿色采购，即优先购买那些设计环保、易于回收或含有再生材料的产品。这不仅会直接减少新采购产品的碳足迹，而且将通过市场机制鼓励制造商增加环保产品的供给，并在生产过程中采用更为环保和可持续的方法。

4   结束语

综上所述，能源的节约与有效利用是当今世界面临的一项重要议题。通过采用各种节能技术和策略，包括改进产业运作方式、推进节能设备使用、实施建筑能效标准、提倡用户端节能措施以及回收利用废弃设备，我们能够显著减少能源消耗和降低环境影响。这些措施的实施不仅对环境负责，也为经济可持续发展提供了可行路径，是实现长遠繁荣的关键所在。

参考文献

[1] 谢利强．基于“双碳”目标的中国铁塔5G建设策略研究[J]．通讯世界，2022（3）：106-108.

[2] 牛晨欣．5G网络绿色通信技术与移动云计算节能分析[J]．电脑乐园，2023（1）：19-21.

[3] 岐洁，程锋，张晓娟．产品生命周期视角下5G 2C市场业务发展趋势分析[J]．电信工程技术与标准化，2023（10）：81-87.

[4] 王振章，刁兆坤．“双碳”战略下的5G全生命周期网络节能研究[J]．通信世界，2022（11）：44-46.