5G网络绿色通信技术现状研究及发展论文_秦卫良

5G网络绿色通信技术现状研究及发展论文_秦卫良

中国移动通信集团广西有限公司 广西南宁 530000

摘要:伴随着2G、3G网络的升级逐渐演变为4G网络,现如今5G网络开始孕育。5G网络联网设备逐渐增加、能源消耗大,怎样达到绿色通信技术成为了重要研究课题,制定绿色节能政策目标与节能方案,也是今后5G网络绿色发展的必经之路。对此,笔者结合实践研究,就5G网络绿色通信技术现状研究与发展进行简要分析。

关键词:5G网络;绿色通信技术;现状研究;发展

近几年,以TE-Advance为标准的4G网络得到了广泛推广应用,在今后社会发展中,无线数据将进一步增加并呈逐年递增现象,电信联盟展开5G网络的全球标准且预计在2020年实现全范围应用。未来5G网络数据流量增加,峰值吞吐量达到100Gbps/km2;互联网设备项目提高至上百倍;短时延与高稳定性,值得进一步推广应用。

一、5G网络能量消耗现状

伴随着5G网络的快速发展,信息和通信产业的能量消耗较高,计划在2020年我国能量消耗约1500t,占据世界能源消耗的10%,将成为全球第五大耗能产业。根据十二五发展规划指出:通信产业万元电液业务消耗的降低发展5G网络绿色通讯成为当务之急。通信设备的消耗与业务荷载有着密切联系,伴随着加入人群的扩大,通讯消耗也随之增加。现如今,国内三大运营商3g基站基站数量为中国电信30万个、移动通信近60万个、联通近40万个。根据2015年联通下6--12月服务质量报告看,至2015年底联通4G基站总体范围达到40万个,中国移动在120万个,电信约50万个。如果将传统基站消耗主体作为计算目标,每天电能源消耗为100kwh,一年电力消耗为3.5*104kwh;2017年通信运营商电力消耗达到7*1010kwh。据调查显示,无线接入设备占据通信网的90%的耗能,而5G网络的来临,通信业务量将飞速发展,通讯设备消耗量也将增加。信息与通信产业将会是世界第五大耗能产业,首先,移动通信网络占据CT产业整体消耗的44%。其次,5G网络逐渐与物联网、智能楼宇结合进行网络能耗需求较高的条件下部署,缩减能源消耗、命中率更重要的是完善目标。此外,网络骨干链路的宽带使用率将降低到40%,不过因为缺少适合的方案方法,通信网络多数时间处于低荷载消耗中。总而言之,怎样在今后发展推广5G网络绿色通信,有待进一步研究。

二、绿色通信政策导向与战略目标

5G通信消耗较高并得到了通信行业的重视。国外电信委员会在有关项目中提出相对真实有效的网络设计项目TREND、技能认识无线电与协作技术研发项目(C2POWER)。法国典型则提出移动无线网络的绿色优化(OPERA-NET),预计2020年节能达到20%。也有国家提出Green Radio项目,投入分析网络架构与绿色无线技术。而我国较早以前就提出了绿色通信呼吁给予各国应加强重视,同时举行了主题论坛会议,即:绿色通信的核心与路径实现、绿色通信计划和网络节能。随后,论坛以绿色通信创新为核心,致力于绿色通信网络构建和运营,交流分析产业链通信产品创新、技术创新。同年,工业与信息化部门制定了通信业节能降耗需求。2014年大会将绿色4G网络建设和节能创新为主体,对现代发展中节能降耗挑战,共享通信行业节能解决计划。2015年,有关部门开展通信行业降耗会议,以互联网+绿色通信为核心,进行节能创新成果交流与技术论坛。

在绿色通信中,各大运营商开制定了相关战略方案,中国电信经过绿色通信、绿色产品达到节能降耗从而建设光网城市、高消耗设备改造、云网络等方案。中国移动则由C-RAN网络构成、倡导无机房基站建设,通过绿色能源等方案执行绿色行动规划。中国联通扩建基站、智能节能地技术完善实现绿色通信。

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三、5G网络绿色通信核心技术研究

(一)网络部署

5G网络使用基站分层部署,其中包含HeNB(家庭基站)、Pico Cell(微微蜂窝基站)、Relay(中继)等不同低功率节点提高系统容量。宏基站设计扩大涵盖范围,而微蜂窝与微微蜂窝基站应用密集通信场所。宏基站包含多种低功率阶段部署密度实现现有站点部署密度10倍之多,站点与站点之间缩近到10m,每平方米兼容上完用户从而生成激活用户数与服务站点数1:1超级密集异构网络。

分层基站部署显著减低,随后提出宏基站约5kW功率,而微微蜂窝基站紧要10W。若使用不同微微蜂窝基站将达到宏基站一致的覆盖面积,能量消耗仅使用宏基站涵盖的1/7。提出用户密度范围提高微微蜂窝基站部署,提升总体网络能量效率。总而言之,使用单一的业务模型与用户行为特征分布,优化计算方法展开资源调度获得5G分层基站部署进而缩减网络能耗。尽管该结果不过完全,与具体环境有一定出入,在后续研究中可以借助当前大数据环境优势展开分析统计,获得适合复杂情境的算法。

(二)网络结构

5G网络背景下通过扁平式IP网络,网络分层单一达到分布式结构,从而实现无线资源管理灵活达到快速转换。扁平式IP网络结构缩减了数据通道内的网元数量与诉讼阶段的能源,节省成本投入与网络建设。5G网络也是在云计算异构网络下运营而生。由中国移动发布的C-RAN提出采取集中化处理、协作无线电与云技术。基于这一条件下,5G网络结构涵盖了无线接入云、开放智能控制云、高效率低成本转发云。利用网络资源云化达到资源分化与控制,经过云端把无线接入与节点虚化,SDN输送有效节约了成本投入。SDN把路由器的路由决策控制功能在设备内分割,中心控制器借助软件管理达到控制与转发分化,让控制更为简便、灵巧。

(三)资源分配

由于通信网络处于初级阶段,根据网络流量高峰阶段的资源要求展开设计。具体应用时,网络流量也会随着时间的改变而变化,各小区也有着不同变化模式。例如:网络流量通常有昼高夜低现象,但工作区与住宅区形成此消波长特点。在网络流量逐渐缩减后,基站容量冗余将造成不必要能源消耗。因此,怎样在适宜的时间进行网络资源管控有助于提升网络能量质量。小区开关技术也能够协调潮汐现象,基站业务量较少条件下,经过信令控制一些基站休眠,通过相近基站接替接替休眠基站展开容量补偿。5G网络中,把流量分布切合为时间的正弦分布函数,动态调节基站工作状态。此外,提出基于网络流量预测的基站休眠减少能耗方式,利用流量预测进行网络流量合并,借助链路与节点开关让低使用率的链路休眠。Poisson-Vorono i-Tessellation(PVT)的随机蜂窝网络运行效能模型,也是有效方法。

结语:

伴随着5G网络的发展,网络运营速度越来越快,通信技术也逐渐推广应用,通信能量消耗成为重要研究内容,从而引发国内外单位、学术机构的注意,编制通信绿色技能技术方案,在未来发展中人们将体会到5G网络的便利。

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[5]吕田祥.新时期移动通信技术发展现状及未来趋势研究[J].中国新通信,2017(20).

论文作者:秦卫良

论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期

论文发表时间:2018/5/22

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