劉亮亮

摘要：文章從“雙碳”視角出發(fā)，分析了5G網(wǎng)絡(luò)全生命周期的能耗問(wèn)題，并探討了相關(guān)的節(jié)能技術(shù)和策略。首先介紹“雙碳”目標(biāo)的重要性，之后重點(diǎn)分析了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中能耗現(xiàn)狀，進(jìn)而提出了多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，針對(duì)基站、核心網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略提出優(yōu)化方案，旨在為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供助力。

關(guān)鍵詞：“雙碳”視角；5G全生命周期；網(wǎng)絡(luò)節(jié)能；分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.019

中圖分類號(hào)：TK 018，TN 929.5? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編碼：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? ?“雙碳”目標(biāo)的重要性

隨著全球氣候變化問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，國(guó)際社會(huì)普遍認(rèn)識(shí)到減緩氣候變暖的重要性。在這樣的背景下，“雙碳”目標(biāo)應(yīng)運(yùn)而生，它指的是碳達(dá)峰和碳中和兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)保指標(biāo)。碳達(dá)峰是指一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的碳排放總量達(dá)到峰值然后穩(wěn)定或逐年下降，而碳中和則是指通過(guò)種植森林、碳捕捉和存儲(chǔ)技術(shù)等方式，抵消掉等量的碳排放，實(shí)現(xiàn)相對(duì)零排放。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，對(duì)社會(huì)各界而言，既是具有深遠(yuǎn)意義的任務(wù)，也是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這一過(guò)程要求我們改變當(dāng)前的能源使用模式，減少化石燃料的依賴，轉(zhuǎn)而采用更清潔、可再生的能源。進(jìn)一步地，這還包括在交通、建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等眾多領(lǐng)域內(nèi)推行節(jié)能減排的技術(shù)和實(shí)踐，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的和諧共生。

對(duì)信息與通訊技術(shù)（ICT）行業(yè)來(lái)說(shuō)，“雙碳”目標(biāo)尤其關(guān)鍵。這個(gè)行業(yè)在促進(jìn)其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排方面處于核心地位，同時(shí)也面臨著自我變革的需求，以減少自身的碳排放[1]。

2? ?5G網(wǎng)絡(luò)生命周期中的能耗現(xiàn)狀

5G網(wǎng)絡(luò)的能耗現(xiàn)狀是一個(gè)全球關(guān)注的問(wèn)題，尤其是在其生命周期中的不同階段。以下將分別討論材料獲取與設(shè)備生產(chǎn)階段、網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)階段、維護(hù)與網(wǎng)絡(luò)升級(jí)以及回收與廢棄處理等方面的能耗現(xiàn)狀。

（1）材料獲取與設(shè)備生產(chǎn)階段：5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要消耗大量的物質(zhì)資源。制造網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施所需的材料包括稀土元素、鋼鐵、銅等。這些材料的獲取和加工涉及礦石開(kāi)采、能源消耗與環(huán)境損害。此外，制造這些設(shè)備也需要大量的電力和水資源，因此設(shè)備生產(chǎn)的環(huán)境影響是不可忽視的。

（2）網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)階段：5G網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)營(yíng)期間持續(xù)消耗能源。與4G相比，5G網(wǎng)絡(luò)需要更多的基站和天線來(lái)保證更好的覆蓋和連接效果。這意味著更多的設(shè)備需要供電，從而增加了能源需求。此外，5G網(wǎng)絡(luò)需要更多的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心來(lái)處理龐大的數(shù)據(jù)流量，這些設(shè)施的運(yùn)行也需要大量的電力。為了保持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定，還需要冷卻設(shè)備來(lái)防止過(guò)熱，這進(jìn)一步增加了能源消耗。

（3）維護(hù)與網(wǎng)絡(luò)升級(jí)：5G網(wǎng)絡(luò)需要定期維護(hù)和升級(jí)以確保其性能穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的更新和升級(jí)通常需要運(yùn)輸和安裝，這又涉及能源消耗。此外，設(shè)備的維護(hù)和監(jiān)控也需要能源支持。在網(wǎng)絡(luò)升級(jí)過(guò)程中，舊設(shè)備的處理和回收也需要特殊的工藝，以減少對(duì)環(huán)境的影響。

（4）回收與廢棄處理：隨著5G網(wǎng)絡(luò)不斷升級(jí)和更換設(shè)備，廢棄的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也會(huì)逐漸增加。這些廢棄設(shè)備中的電子垃圾需要經(jīng)過(guò)特殊處理，以確保其中的有害物質(zhì)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。合理的回收與廢棄處理可以減少資源的浪費(fèi)和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)在其生命周期中的能耗現(xiàn)狀不容忽視。從材料獲取與設(shè)備生產(chǎn)階段到網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營(yíng)階段，再到維護(hù)與網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，以及回收與廢棄處理，都需要考慮能源管理與環(huán)境影響。未來(lái)，應(yīng)該致力于采取更加可持續(xù)的策略和技術(shù)，以降低5G網(wǎng)絡(luò)的能耗，減少對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的平衡。

3? ?5G網(wǎng)絡(luò)全生命周期節(jié)能策略

3.1 材料和生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能措施

（1）對(duì)于5G設(shè)備的生產(chǎn)而言，選擇使用低能耗的材料是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的基本途徑。開(kāi)發(fā)和應(yīng)用輕質(zhì)、高強(qiáng)度且具有良好熱導(dǎo)性能的新材料，能夠在設(shè)備的運(yùn)營(yíng)階段減少散熱需求，進(jìn)而減少降溫所需的能源消耗。例如，利用先進(jìn)的復(fù)合材料或納米材料替代傳統(tǒng)金屬部件，可以有效減輕基站的結(jié)構(gòu)重量，簡(jiǎn)化散熱系統(tǒng)，從而有助于減少整體能耗。

（2）在5G網(wǎng)絡(luò)中采用節(jié)能措施，也是降低5G網(wǎng)絡(luò)整體能源消耗的一個(gè)重要步驟。制造業(yè)者可采用高效的生產(chǎn)設(shè)備，改進(jìn)生產(chǎn)流程，以及推行精進(jìn)管理等方法，來(lái)降低生產(chǎn)的能源消耗。比如，在生產(chǎn)過(guò)程中，采用自動(dòng)生產(chǎn)線、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)等，既可以提高生產(chǎn)效率，又可以降低資源的浪費(fèi)，降低能耗。同時(shí)，通過(guò)對(duì)原料用量的精確控制，減少?gòu)U品的產(chǎn)生，也能使原料及生產(chǎn)成本得到更大程度的節(jié)約。

（3）制造商還可以通過(guò)循環(huán)利用來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這包括在設(shè)計(jì)階段就考慮設(shè)備的維護(hù)、升級(jí)和最終的回收利用，采用可拆卸和可再生材料進(jìn)行生產(chǎn)，以便于設(shè)備的修理和材料回收。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，實(shí)施這些循環(huán)經(jīng)濟(jì)的措施能夠減輕對(duì)原始資源的依賴并且減少生產(chǎn)過(guò)程中的總能耗[2]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能效優(yōu)化

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能效優(yōu)化對(duì)于降低5G網(wǎng)絡(luò)的整體能耗至關(guān)重要。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的快速發(fā)展，基站、數(shù)據(jù)中心、路由器等設(shè)備的能量效率問(wèn)題日益突出。采用高效的節(jié)能技術(shù)與方法，能夠大幅提高設(shè)備在工作過(guò)程中的能量利用率，降低不必要的能量浪費(fèi)。

（1）對(duì)網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行優(yōu)化可以對(duì)能源效率產(chǎn)生直接的影響。因此，采用一種新型低能耗器件，改進(jìn)基站和數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)，以及設(shè)計(jì)更為節(jié)能的信號(hào)處理算法，都有助于降低設(shè)備的功耗。比如，采用先進(jìn)的RF器件和高效率的功放，可以降低傳送資料所需要的能量。

（2）利用智能化的管理系統(tǒng)對(duì)聯(lián)網(wǎng)裝置進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)提高能源利用效率具有重要意義。在此基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)能量管理，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量及客戶要求，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。比如，在網(wǎng)絡(luò)流量較小的情況下，一些基站可以進(jìn)入睡眠狀態(tài)，或者降低功耗來(lái)節(jié)約能量。同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，從而在負(fù)荷峰值之前對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，在保證用戶體驗(yàn)的前提下，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的能耗。

（3）綜合運(yùn)用系統(tǒng)優(yōu)化、高效能源管理和設(shè)備升級(jí)等方法是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能效優(yōu)化的有效途徑。對(duì)于5G運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，除了前期的技術(shù)投入，加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、維護(hù)和升級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作同樣重要。例如，定期的技術(shù)維護(hù)可確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，而智能升級(jí)策略則可以避免由于過(guò)時(shí)設(shè)備導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。

（4）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能效優(yōu)化不僅涉及技術(shù)層面，還需運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備制造商和相關(guān)政策制定者共同協(xié)作，通過(guò)制定節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和激勵(lì)政策等手段，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的能效提升。能效優(yōu)化既能降低運(yùn)營(yíng)成本，又能促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，是未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不可或缺的一部分。

（5）采用可再生能源對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能效優(yōu)化同樣起到重要作用。例如，基站能夠集成太陽(yáng)能板，利用太陽(yáng)能維持運(yùn)行，或是利用風(fēng)能作為電力來(lái)源。這樣不僅可以降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，減少溫室氣體排放，而且可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)或缺乏穩(wěn)定電力供應(yīng)的情況下保障5G網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。再生能源的集成應(yīng)用雖然在前期可能需要較高的投資，但從長(zhǎng)期看，它將為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3.3 軟件層面的節(jié)能優(yōu)化

在5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展中，軟件層面的節(jié)能優(yōu)化也是至關(guān)重要的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，軟件不僅在功能實(shí)現(xiàn)上起到了核心作用，而且在能效管理中也扮演著越來(lái)越重要的角色。通過(guò)軟件層面的創(chuàng)新和策略實(shí)施，可以在不改變硬件的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能耗的大幅降低。

（1）網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)軟件能量節(jié)約的關(guān)鍵。5G網(wǎng)絡(luò)具有高速、低時(shí)延等特點(diǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)前傳與處理。通過(guò)設(shè)計(jì)更有效的通信協(xié)議，比如優(yōu)化分組的發(fā)送模式、降低信號(hào)的冗余性等，可以有效地減輕網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的負(fù)載，進(jìn)而降低系統(tǒng)的能量消耗。在此基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目提出一種基于智能算法的能量管理方法，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，并結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗的有效調(diào)控。

（2）通過(guò)云計(jì)算和邊緣計(jì)算等技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理任務(wù)從客戶端遷移到云端或網(wǎng)絡(luò)邊緣，這樣不僅可以減輕客戶端設(shè)備的能源負(fù)擔(dān)，還可以利用集中管理提升數(shù)據(jù)處理的能效。利用云端的彈性資源，可以根據(jù)實(shí)時(shí)需求自動(dòng)伸縮計(jì)算資源，從而避免能源的閑置浪費(fèi)。在邊緣計(jì)算中，由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣就近處理，還可以減少長(zhǎng)距離傳輸導(dǎo)致的能耗[3]。

（3）能源管理軟件的使用，也可對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能效進(jìn)行優(yōu)化。能源管理系統(tǒng)能夠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗狀況，提供實(shí)時(shí)的能耗數(shù)據(jù)與分析，引導(dǎo)運(yùn)營(yíng)商調(diào)整能源消耗策略。通過(guò)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的能源共享和調(diào)度，不僅提高了能源的利用效率，也降低了整體的運(yùn)營(yíng)成本。

（4）在軟件層面的節(jié)能優(yōu)化中，需要工程師不斷探索與實(shí)踐，將節(jié)能理念貫徹到軟件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)。這不僅要求軟件開(kāi)發(fā)人員具備高度的節(jié)能意識(shí)，更要求整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈深化對(duì)節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過(guò)軟件層面的節(jié)能，5G網(wǎng)絡(luò)將能在保障性能和服務(wù)質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)更綠色、更可持續(xù)的發(fā)展道路。

3.4 廢棄設(shè)備的回收利用

廢棄設(shè)備的回收利用是節(jié)能技術(shù)與策略的重要組成部分，它能有效減少電子垃圾對(duì)環(huán)境的污染并節(jié)約資源。電子設(shè)備在被淘汰后，如果沒(méi)有得到妥善處理，會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的負(fù)擔(dān)。因此，回收利用廢棄設(shè)備不僅是一項(xiàng)環(huán)保行動(dòng)，而且是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要步驟。

（1）回收廢棄設(shè)備的首要環(huán)節(jié)是將這些設(shè)備收集起來(lái)。公眾教育和意識(shí)提升在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，讓消費(fèi)者了解到設(shè)備正確回收的重要性，并鼓勵(lì)他們參與到回收計(jì)劃中。此外，政府和企業(yè)可以提供便捷的回收服務(wù)，如在公眾區(qū)域設(shè)置易于訪問(wèn)的電子廢物回收點(diǎn)，或?qū)嵤┗厥占?lì)政策，獎(jiǎng)勵(lì)合規(guī)回收的個(gè)人和單位。

（2）收集到的廢棄設(shè)備需要進(jìn)行分類和處理。對(duì)于功能依然完好的設(shè)備，可以通過(guò)翻新、升級(jí)后重新投入市場(chǎng)。而對(duì)于無(wú)法直接重用的設(shè)備，可以通過(guò)拆解，回收其中的有價(jià)值部件和可回收材料，這些部件和材料隨后可以用于制造新的設(shè)備，減少對(duì)原材料的需求。特殊處理和回收諸如稀有金屬、塑料等資源，不僅有助于減緩資源耗竭的速度，而且能減少生產(chǎn)過(guò)程中的能量消耗和環(huán)境污染。

（3）廢舊設(shè)備的再利用也要求制定一套有效的管理制度，以保證再利用的流程達(dá)到環(huán)境保護(hù)與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。不合理的循環(huán)利用方法會(huì)引起有毒物質(zhì)的泄漏，從而污染土壤、水源和大氣，甚至危害人體健康。所以，加強(qiáng)法規(guī)，保證合規(guī)運(yùn)作，以及采用先進(jìn)的再生和處置技術(shù)是非常重要的。環(huán)保組織與政府部門必須建立明確的標(biāo)準(zhǔn)，并且在循環(huán)利用的每個(gè)階段都要有嚴(yán)格的監(jiān)管[4]。

（4）要深入推行生產(chǎn)者責(zé)任擴(kuò)展制度（EPR），迫使制造商負(fù)責(zé)終身管理他們生產(chǎn)的產(chǎn)品。這種政策能促進(jìn)設(shè)計(jì)更容易回收的產(chǎn)品，降低處置和回收造成的環(huán)境影響，并激勵(lì)制造商和消費(fèi)者選擇更環(huán)保的選項(xiàng)。

（5）還需要倡導(dǎo)和推動(dòng)綠色采購(gòu)，即優(yōu)先購(gòu)買那些設(shè)計(jì)環(huán)保、易于回收或含有再生材料的產(chǎn)品。這不僅會(huì)直接減少新采購(gòu)產(chǎn)品的碳足跡，而且將通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制鼓勵(lì)制造商增加環(huán)保產(chǎn)品的供給，并在生產(chǎn)過(guò)程中采用更為環(huán)保和可持續(xù)的方法。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，能源的節(jié)約與有效利用是當(dāng)今世界面臨的一項(xiàng)重要議題。通過(guò)采用各種節(jié)能技術(shù)和策略，包括改進(jìn)產(chǎn)業(yè)運(yùn)作方式、推進(jìn)節(jié)能設(shè)備使用、實(shí)施建筑能效標(biāo)準(zhǔn)、提倡用戶端節(jié)能措施以及回收利用廢棄設(shè)備，我們能夠顯著減少能源消耗和降低環(huán)境影響。這些措施的實(shí)施不僅對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)，也為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了可行路徑，是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)繁榮的關(guān)鍵所在。

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