基于5G 通信技術的無線網絡節(jié)能降耗研究

姜萬成

（山東省安丘市青龍湖發(fā)展服務中心，山東 安丘 262100）

0 引 言

隨著科學技術日新月異的發(fā)展和我國國民經濟的高速增長，各種新技術產品和服務不斷出現(xiàn)，無線網絡領域也迎來快速發(fā)展時期，無線網絡設備的應用為人們的生活帶來了便捷。隨著人們對無線網絡設備的依賴性不斷提升，需要相關領域和企業(yè)采取一定的節(jié)能降耗措施來降低無線網絡設備因能耗大而造成的影響，提升人們的生活質量。

1 網絡能耗研究現(xiàn)狀

網絡能耗通常是網絡運行過程中產生，其會對無線網絡設備的性能產生影響，當前很多研究人員主要通過改變網絡運行參數(shù)來降低網絡能耗[1]。天線是無線網絡的能量傳輸載體，是影響網絡性能和能耗的主要因素。天線的性能與天線尺寸和鋪設方向等有關，同時這些參數(shù)也是網絡能耗產生的影響因素[2]。

能量管理在進行通信優(yōu)化的過程中具有十分重要的作用，它是一種針對特定目標進行優(yōu)化的策略，能有效減少無線通信過程中的網絡空口數(shù)和能量消耗量[3]。而調度策略的主要目標就是在滿足網絡性能的同時，最大限度地降低能耗。目前很多無線通信算法對數(shù)據(jù)包絡分布均有嚴格的限制，同時網絡能耗控制算法的效果也不盡相同，算法并不能融合到一起對網絡能耗進行有效的控制和優(yōu)化[4]。

2 無線網絡中的能耗問題

2.1 設備耗能問題

在無線網絡中，設備能耗是網絡能耗的主要來源。設備需要不斷進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，尤其是在進行大量數(shù)據(jù)傳輸時，耗電量會更大。同時，設備的本身質量也會影響能源的消耗，特別是低質量的設備往往會消耗更多的能源。

2.2 網絡拓撲結構問題

網絡拓撲結構的復雜程度也會影響無線網絡的能耗，如果網絡拓撲結構過于復雜，在進行數(shù)據(jù)傳輸時，信號需要經過更多的節(jié)點，增加了能耗。因此，可以通過優(yōu)化網絡拓撲結構，來減少節(jié)點數(shù)量，降低網絡能耗。

2.3 信號傳輸距離問題

信號傳輸距離也是影響能耗的一個重要因素，傳輸距離越遠，信號的衰減就越大，要想保證信號的傳輸質量就需要增強信號強度，消耗更多的能源。在無線網絡傳輸過程中，需要根據(jù)傳輸距離來選擇合適的信號強度，以達到節(jié)約能源的效果。

2.4 系統(tǒng)工作模式問題

系統(tǒng)的工作模式也會影響能源的消耗，系統(tǒng)可以分為2 種工作模式，即主動模式和被動模式。主動模式下，設備會不斷進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；而在被動模式下，設備只有在需要時才會進行數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。因此，在系統(tǒng)工作時，根據(jù)實際情況選擇合適的工作模式，能夠有效降低能耗。

3 無線網絡節(jié)能降耗技術的現(xiàn)狀與研究方向

無線網絡節(jié)能降耗技術是指通過一系列技術手段降低無線網絡的能耗和負載，提高網絡資源利用率。

3.1 綠色通信技術

綠色通信技術是指通過優(yōu)化網絡結構、減少冗余信息傳輸以及調整網絡拓撲結構等方式，實現(xiàn)對無線網絡的節(jié)能降耗。綠色通信技術可以有效地減少網絡的能耗和負載，提高網絡資源的利用率。

3.2 網絡自適應技術

網絡自適應技術是指通過智能調整網絡參數(shù)、優(yōu)化網絡配置和資源分配，實現(xiàn)網絡的自適應和優(yōu)化。網絡自適應技術可以根據(jù)網絡狀態(tài)和負載情況，網絡帶寬和傳輸速率等參數(shù)的動態(tài)調整，實現(xiàn)對無線網絡的節(jié)能降耗。

3.3 能量收集技術

能量收集技術是指通過收集環(huán)境中的能量，如太陽能、風能以及熱能等，為無線網絡提供新的能源。能量收集技術可以有效降低網絡的能耗，為無線網絡的長期運行提供可靠的能源保障。

4 無線網絡節(jié)能降耗技術的發(fā)展趨勢

4.1 精細化管理

精細化管理是指通過智能化的網絡管理和運營，實現(xiàn)對網絡的精細化管理?？梢愿鶕?jù)網絡負載和用戶需求等因素，動態(tài)調整網絡資源和服務內容，實現(xiàn)網絡的高效運營，并達到節(jié)能降耗的目的。

4.2 能源自給自足

能源自給自足是指通過收集環(huán)境中的能源，如太陽能、風能以及熱能等，為無線網絡提供穩(wěn)定的能源。隨著能源技術的不斷發(fā)展，未來能源自給自足技術將廣泛應用于無線網絡節(jié)能降耗領域。

4.3 人工智能技術

人工智能技術是指通過機器學習和深度學習等技術，實現(xiàn)網絡的智能化管理和性能優(yōu)化。未來，人工智能技術將廣泛應用于無線網絡節(jié)能降耗領域，實現(xiàn)網絡的智能化管理。

5 基于5G 通信技術的能耗模型

5G 通信技術作為下一代移動通信標準，具有高速率、低延遲、大容量、高可靠性以及低能耗等顯著特點。5G 通信技術能實現(xiàn)更高的頻譜效率和更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，為網絡節(jié)能降耗提供更多的可能性。5G通信技術進一步促進無線網絡節(jié)能降耗技術的實現(xiàn)。

由于無線網絡在建設初期就存在著各種問題與缺陷，通過建立系統(tǒng)能耗模型來對設備耗能進行評估，并進行優(yōu)化從而達到節(jié)能降耗的效果。在移動通信系統(tǒng)中，無線網絡能耗占總體能耗的60%～70%[5]。以5G 移動通信網絡為例，深入研究5G 移動通信設備能耗開銷問題。本文提出一種基于5G 通信技術的新型移動網絡能耗評估方法，并將其應用于5G 建設過程。首先，將能耗對象定義為與實際應用相關的具有復雜性和代表性的網絡設備。其次，依據(jù)通信過程中不同階段所需能量對不同能耗對象進行分析。最后，采用最小化模型計算無線網絡能耗結果并制定相應的優(yōu)化方案。

基于5G 通信技術的能耗模型具有較為完善的假設條件，即網絡中存在著大量能耗[6]。該模型能夠反映無線網絡的能耗水平，以此對網絡能耗問題進行合理有效的優(yōu)化。具體來說，該模型主要評估基站設備能耗模塊、無線信號發(fā)射模塊、無線信號接收模塊、無線信號傳輸模塊、無線信號調制模塊以及網絡管理模塊等產生的能耗。其中，基站設備能耗模塊是產生無線網絡能耗較高且存在重要影響的部分[7-9]。

6 促進無線網絡節(jié)能降耗的相關策略與建議

6.1 采用新型能源技術

目前，無線網絡設備依然采用傳統(tǒng)的電池供電技術，這種技術在使用過程中存在著能量浪費的情況。因此，可以采用新型能源技術，例如太陽能和風能等，為無線網絡設備供電。這些新型能源技術不僅可以有效降低能耗，還可以減少對傳統(tǒng)電力的依賴，有利于環(huán)保。

6.2 優(yōu)化無線網絡協(xié)議

無線網絡協(xié)議是無線網絡的核心，也是無線網絡能耗的主要來源之一。可以通過優(yōu)化無線網絡協(xié)議，降低無線網絡的能耗。例如，采用睡眠機制、動態(tài)調整傳輸速率以及降低信號干擾等方式，可以有效地降低無線網絡的能耗。

6.3 管理無線網絡設備

無線網絡設備的數(shù)量和使用量的增加，也是使無線網絡能耗增加的原因之一。因此，需要合理管理無線網絡設備，減少無用設備的使用，以達到節(jié)能降耗的目的。例如，可以通過設備管理軟件來控制無用設備的開關，或者采用能夠自動關閉設備的智能插座等方式來實現(xiàn)設備的有效管理。

6.4 推廣綠色無線網絡

綠色無線網絡是一種環(huán)保的無線網絡，其采用一系列的節(jié)能降耗技術和環(huán)保技術，有效地減少無線網絡的能耗，降低對環(huán)境的污染。因此，可以通過推廣綠色無線網絡的概念和技術，促進無線網絡的節(jié)能降耗。

7 結 論

針對無線能量傳輸系統(tǒng)實際耗電量較大的問題，提出利用新型供電方式改善其電能質量和系統(tǒng)性能，從而降低電力消耗、提高供電效率以及減少對環(huán)境影響，在一定程度上提高用戶的生活質量，從而降低能耗和運行成本，達到節(jié)能降耗的目的，為無線網絡的節(jié)能傳輸提供理論支持。