綠色通信網絡的節能路徑探究

梁勃

（長春工業大學，吉林 長春130012）

1 引言

近年來，隨著中國通信技術的突飛猛進，中國的通信用戶數量和業務量也在不斷增加，給人們的通信等帶來了極大的便利。但是隨著通信網絡規模的擴大，也增加了通信網絡運行中的能耗，這與目前提倡發展節能環保的低碳經濟策略不符。這就需要針對目前蓬勃發展的通信行業，提高對其能耗的重視，通過節能降耗措施的應用來推進綠色通信網絡的發展。

2 綠色通信網絡概述

由于傳統的通信網絡發展和運營過程中會表現出較高能耗的特點并產生污染環境的溫室氣體。為此提出了發展綠色通信網絡的策略，通過此種綠色通信網絡結構來減少溫室氣體排放量，同時也盡量減少其運行中的能耗，并產生更多的效益。而從信息通信角度上分析，此種網絡則可以有效保證通信用戶的通信質量，在滿足人們通信要求的同時，也盡量減少對網絡資源的消耗。這在目前全球范圍內發展低碳經濟的過程中成為未來的必然發展趨勢之一。

此外，在傳統的通信網絡中，也通常采取配置更多復雜鏈路的方式來提升網絡運行的可靠性，應對突發故障的出現，但是這也增加了資源消耗和浪費，無法實現對所有鏈路和設備的高效利用。

3 通信網絡的現狀及存在的問題

目前的通信網絡主要通過無線和有線兩種網絡方式。對于前者來說，無線網絡運行中的能耗較高，而且在目前無線網絡規模不斷擴大的同時也增加了無線接入點和手持終端的數量，更是增加了其運行中的能耗。為此，可以通過構建相關網絡拓撲的方式來提升能量的有效性，或者是通過有效技術來重新分配資源，比如在設備上引入和應用休眠技術，通過上述節能技術的應用來減少能量消耗。而對于后者，表現出有線網絡數據中心具有較低網絡資源利用率的特點。在運行中也主要分為閑置期和非閑置期兩種，在每日凌晨03：00—07：00 的閑置期中仍然表現出網絡設備屬于滿載的狀態。因此可以針對閑置期來整合網絡資源，實現網絡資源的合理配置，降低能源消耗。具體地說，可以關閉閑置期內的空閑設備，在需要時才開啟來減少其電能消耗。或者是對各類資源進行優化分配，在保證通信網絡可以正常運行的同時盡量減少資源消耗。

4 綠色通信網絡的節能路徑

4.1 無線網絡休眠技術的應用

針對無線網絡運行中能耗較高的特點，可以通過在MAC 層次上對無線接入點進行動態休眠。比較常用的SNMP 技術應用中，首先要合理選擇休眠機制。為了確保無線網絡同步于一種機制，需要針對不同節點存在同時發出一致休眠機制的可能性，以及針對其中存在的多種不同休眠機制的特點，采取優先級和時間戳的機制。或者是在邊界節點工作中應用多種機制，提升新節點檢測工作的效率和準確性，有利于網絡拓撲變化。其次是周期性休眠與監聽。通過此技術的應用表現出具有休眠的特征，實現對監聽過程的優化，減少其中不必要的監聽，實現監聽效率的提升以及不必要能耗的產生。也就是可以保證在需要上傳和下載數據時可以正常啟動，但是在沒有數據傳輸時則進入休眠狀態，最大化降低閑置時期的設備功率和運行能耗。最后就是防止串音和碰撞的措施。為了防止此問題，可以通過特定機制的應用，通過對物理層檢測信道信號的強弱來判斷信道是否空閑，比如通過檢測噪聲的方式來實現。通過SNMP 協議的應用，可以實時觀測網絡拓撲信息的變化以及各個網絡設備的實時負載情況。可以準確得出網絡運行的高峰時段和空閑時段，再通過一定的時間觀察和積累后，可以使空閑時段無人使用的無線接入點、管理交換機進入到休眠狀態，從而達到節能、降耗、減排的效果。在不影響網絡通訊的情況下，通過合理規劃、減少無線接入點等手段，不但節能，還可以有效延長設備使用壽命。

4.2 有線網絡休眠技術的應用

由于鏈路利用率不會對能量消耗造成影響，而且鏈路能量也與實際流量無關，主要是受到鏈路設計容量的影響，這就可以通過將空閑鏈路關閉的方式來節省能量消耗。在應用有線網絡技術中，針對其中的以太網技術，可以采取動態路由協議和動態帶寬分配來提升能源利用的效率。通過動態帶寬協議的應用，可以在沒有數據包時進入休眠或低能耗模式，同時又能保證有數據包傳輸時滿足其要求，實現設備能耗的減少。此外，由于相鄰路由器之間存在鏈路也會消耗能量，也可以通過將部分鏈路關閉的方式來降低能耗，也就是在數據傳輸需求較低的時候采取上述節能措施。與此同時，還需要通過線性優化方法來保證設備的穩定運行。而通過啟發式算法則可以在降低大概70%能耗的同時來保證其正常運行，也是目前技術研發和網絡操作人員比較常用的方法。

4.3 數據中心節能技術的應用

數據中心是保證通信設備正常運行的關鍵，但是由于數據中心運行中也存在較為顯著的能耗問題，主要表現在其中存在大量的制冷設備、照明設備以及IT 設備在運行中的能耗較高。為此，可以在其中通過云計算、硬件優化設計、網絡計算以及虛擬化等節能方式來提升其節能效率。

4.4 分布式基站技術

此種技術就是利用分布式基站結構，也就是基于基帶處理單元和射頻處理單元通過分布式方式進行設計的結構，在同一個機房中集中布置無線網絡控制設備、基帶處理單元和核心網等，將上述2 個處理單元通過光纖進行連接來實現網絡全面覆蓋的目的。通過此種基站結構，實現了基站地理空間利用率的提升，同時也實現基站配套設備運行能耗的降低。

4.5 配套能源系統節能減排技術

通過對設備電源架構的設計優化，可以實現電源切換過程中功率損耗的降低，比如針對直流輸入設備，可以將高效率電源設計在板卡內部，或者是針對交流輸入設備，通過AC/DC 電源的應用，發揮其高效率的特點，實現電源轉換損耗的降低。

5 通信網絡節能降耗案例分析

以建設分布式基站為例來分析綠色通信網絡的節能降耗效果，以某運營商結合本地情況所建立的分布式基站為例，通過分布式基站技術的應用來開展自然村中移動通信網絡的建設。在此基站設計和建設方案中，所用分布式結構設計的基站主要對無線網絡規劃進行優化，以減少基站數量。而且在此基站的機房中，通過中央控制器和溫濕度傳感器組成的測溫和測濕系統對通風系統和空調的啟停進行控制。同時也將原有的高功率空調進行替換，轉而使用通風節能技術，通過通風系統的自動啟動來將室外溫度更低的空氣引入室內中，排出室內空氣，降低室內溫度。此外，也通過電源監控單元芯片的應用來智能處理整流模塊，采取休眠的方式來節省電能。在監控系統中還連接著中央控制器和運營商的動力環境，實現對基站電源空調的遠端自動控制。此分布式基站建設中所應用的節能控制系統基本結構如圖1 所示。

圖1 基站節能控制系統原理圖

將應用上述結構的分布式基站與同期建設的自然村基站相比，二者之間的節能對比結果如表1 所示。

表1 基站節能對比分析

經過表1 的對比可知，通過分布式技術所建設的基站可以節能40%以上，表現出良好的節能效果。如果按照0.8元/kW·h 進行計算，上述分布式基站的建立每年可以節省4 452 元的電費消耗。除此之外，通過分布式基站的建設還可以減少其運營過程中的維護費用，具有顯著的節能減排效果。

6 結語

網絡通信技術的飛速發展改變了人們的生活方式，實現了生活水平和質量的提升。但是在發展和應用網絡通信技術的同時也表現出能耗較高以及嚴重的環境污染問題。為此，本文提出了發展綠色通信網絡的策略，通過多種節能技術的應用來降低其運行能耗，推動中國通信網絡的良性循環、健康發展。