“雙碳”視角下的5G全生命周期網(wǎng)絡節(jié)能分析

劉亮亮

摘要：文章從“雙碳”視角出發(fā)，分析了5G網(wǎng)絡全生命周期的能耗問題，并探討了相關的節(jié)能技術和策略。首先介紹“雙碳”目標的重要性，之后重點分析了網(wǎng)絡設備及運營過程中能耗現(xiàn)狀，進而提出了多項節(jié)能技術，針對基站、核心網(wǎng)及網(wǎng)絡調度策略提出優(yōu)化方案，旨在為實現(xiàn)“雙碳”目標提供助力。

關鍵詞：“雙碳”視角；5G全生命周期；網(wǎng)絡節(jié)能；分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.019

中圖分類號：TK 018，TN 929.5? ? ? ? ? 文獻標志碼：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”目標的重要性

隨著全球氣候變化問題的日益嚴峻，國際社會普遍認識到減緩氣候變暖的重要性。在這樣的背景下，“雙碳”目標應運而生，它指的是碳達峰和碳中和兩個關鍵環(huán)保指標。碳達峰是指一個國家或地區(qū)的碳排放總量達到峰值然后穩(wěn)定或逐年下降，而碳中和則是指通過種植森林、碳捕捉和存儲技術等方式，抵消掉等量的碳排放，實現(xiàn)相對零排放。

實現(xiàn)“雙碳”目標，對社會各界而言，既是具有深遠意義的任務，也是一項嚴峻的挑戰(zhàn)。這一過程要求我們改變當前的能源使用模式，減少化石燃料的依賴，轉而采用更清潔、可再生的能源。進一步地，這還包括在交通、建筑、工業(yè)、農業(yè)等眾多領域內推行節(jié)能減排的技術和實踐，以實現(xiàn)經濟社會發(fā)展和環(huán)境保護的和諧共生。

對信息與通訊技術（ICT）行業(yè)來說，“雙碳”目標尤其關鍵。這個行業(yè)在促進其他領域實現(xiàn)節(jié)能減排方面處于核心地位，同時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)絡生命周期中的能耗現(xiàn)狀

5G網(wǎng)絡的能耗現(xiàn)狀是一個全球關注的問題，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備生產階段、網(wǎng)絡部署和運營階段、維護與網(wǎng)絡升級以及回收與廢棄處理等方面的能耗現(xiàn)狀。

（1）材料獲取與設備生產階段：5G網(wǎng)絡的建設需要消耗大量的物質資源。制造網(wǎng)絡設備和基礎設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采、能源消耗與環(huán)境損害。此外，制造這些設備也需要大量的電力和水資源，因此設備生產的環(huán)境影響是不可忽視的。

（2）網(wǎng)絡部署和運營階段：5G網(wǎng)絡在運營期間持續(xù)消耗能源。與4G相比，5G網(wǎng)絡需要更多的基站和天線來保證更好的覆蓋和連接效果。這意味著更多的設備需要供電，從而增加了能源需求。此外，5G網(wǎng)絡需要更多的服務器和數(shù)據(jù)中心來處理龐大的數(shù)據(jù)流量，這些設施的運行也需要大量的電力。為了保持網(wǎng)絡運行穩(wěn)定，還需要冷卻設備來防止過熱，這進一步增加了能源消耗。

（3）維護與網(wǎng)絡升級：5G網(wǎng)絡需要定期維護和升級以確保其性能穩(wěn)定。網(wǎng)絡設備的更新和升級通常需要運輸和安裝，這又涉及能源消耗。此外，設備的維護和監(jiān)控也需要能源支持。在網(wǎng)絡升級過程中，舊設備的處理和回收也需要特殊的工藝，以減少對環(huán)境的影響。

（4）回收與廢棄處理：隨著5G網(wǎng)絡不斷升級和更換設備，廢棄的網(wǎng)絡設備也會逐漸增加。這些廢棄設備中的電子垃圾需要經過特殊處理，以確保其中的有害物質不會對環(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和環(huán)境負擔。

綜上所述，5G網(wǎng)絡在其生命周期中的能耗現(xiàn)狀不容忽視。從材料獲取與設備生產階段到網(wǎng)絡部署和運營階段，再到維護與網(wǎng)絡升級，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，應該致力于采取更加可持續(xù)的策略和技術，以降低5G網(wǎng)絡的能耗，減少對環(huán)境的影響，實現(xiàn)網(wǎng)絡發(fā)展與環(huán)境保護的平衡。

3? ?5G網(wǎng)絡全生命周期節(jié)能策略

3.1 材料和生產過程的節(jié)能措施

（1）對于5G設備的生產而言，選擇使用低能耗的材料是實現(xiàn)節(jié)能的基本途徑。開發(fā)和應用輕質、高強度且具有良好熱導性能的新材料，能夠在設備的運營階段減少散熱需求，進而減少降溫所需的能源消耗。例如，利用先進的復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構重量，簡化散熱系統(tǒng)，從而有助于減少整體能耗。

（2）在5G網(wǎng)絡中采用節(jié)能措施，也是降低5G網(wǎng)絡整體能源消耗的一個重要步驟。制造業(yè)者可采用高效的生產設備，改進生產流程，以及推行精進管理等方法，來降低生產的能源消耗。比如，在生產過程中，采用自動生產線、智能化生產系統(tǒng)等，既可以提高生產效率，又可以降低資源的浪費，降低能耗。同時，通過對原料用量的精確控制，減少廢品的產生，也能使原料及生產成本得到更大程度的節(jié)約。

（3）制造商還可以通過循環(huán)利用來實現(xiàn)節(jié)能。這包括在設計階段就考慮設備的維護、升級和最終的回收利用，采用可拆卸和可再生材料進行生產，以便于設備的修理和材料回收。長遠來看，實施這些循環(huán)經濟的措施能夠減輕對原始資源的依賴并且減少生產過程中的總能耗[2]。

3.2 網(wǎng)絡設備的能效優(yōu)化

網(wǎng)絡設備的能效優(yōu)化對于降低5G網(wǎng)絡的整體能耗至關重要。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和技術的快速發(fā)展，基站、數(shù)據(jù)中心、路由器等設備的能量效率問題日益突出。采用高效的節(jié)能技術與方法，能夠大幅提高設備在工作過程中的能量利用率，降低不必要的能量浪費。

（1）對網(wǎng)絡硬件結構及性能進行優(yōu)化可以對能源效率產生直接的影響。因此，采用一種新型低能耗器件，改進基站和數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)，以及設計更為節(jié)能的信號處理算法，都有助于降低設備的功耗。比如，采用先進的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)對聯(lián)網(wǎng)裝置進行監(jiān)控，對提高能源利用效率具有重要意義。在此基礎上，對系統(tǒng)進行動態(tài)能量管理，以適應網(wǎng)絡流量及客戶要求，對設備運行狀況進行實時調整。比如，在網(wǎng)絡流量較小的情況下，一些基站可以進入睡眠狀態(tài)，或者降低功耗來節(jié)約能量。同時對網(wǎng)絡的負荷進行實時分析，從而在負荷峰值之前對設備的狀態(tài)進行及時的調整，在保證用戶體驗的前提下，不會產生過多的能耗。

（3）綜合運用系統(tǒng)優(yōu)化、高效能源管理和設備升級等方法是實現(xiàn)網(wǎng)絡設備能效優(yōu)化的有效途徑。對于5G運營商來說，除了前期的技術投入，加強實時監(jiān)測、維護和升級網(wǎng)絡設備的操作同樣重要。例如，定期的技術維護可確保設備運轉效率，而智能升級策略則可以避免由于過時設備導致的能源浪費。

（4）網(wǎng)絡設備的能效優(yōu)化不僅涉及技術層面，還需運營商、設備制造商和相關政策制定者共同協(xié)作，通過制定節(jié)能標準和激勵政策等手段，推動整個行業(yè)的能效提升。能效優(yōu)化既能降低運營成本，又能促進環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，是未來5G網(wǎng)絡發(fā)展不可或缺的一部分。

（5）采用可再生能源對于網(wǎng)絡設備的能效優(yōu)化同樣起到重要作用。例如，基站能夠集成太陽能板，利用太陽能維持運行，或是利用風能作為電力來源。這樣不僅可以降低對傳統(tǒng)能源的依賴，減少溫室氣體排放，而且可以在偏遠地區(qū)或缺乏穩(wěn)定電力供應的情況下保障5G網(wǎng)絡的可靠運行。再生能源的集成應用雖然在前期可能需要較高的投資，但從長期看，它將為網(wǎng)絡運營帶來經濟效益和環(huán)境效益。

3.3 軟件層面的節(jié)能優(yōu)化

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

（1）網(wǎng)絡通信協(xié)議的優(yōu)化是實現(xiàn)軟件能量節(jié)約的關鍵。5G網(wǎng)絡具有高速、低時延等特點，需要對其進行高效的數(shù)據(jù)前傳與處理。通過設計更有效的通信協(xié)議，比如優(yōu)化分組的發(fā)送模式、降低信號的冗余性等，可以有效地減輕網(wǎng)絡設備的負載，進而降低系統(tǒng)的能量消耗。在此基礎上，本項目提出一種基于智能算法的能量管理方法，通過對網(wǎng)絡能耗進行動態(tài)調節(jié)，并結合實際業(yè)務情況，實現(xiàn)對網(wǎng)絡能耗的有效調控。

（2）通過云計算和邊緣計算等技術，將數(shù)據(jù)存儲和處理任務從客戶端遷移到云端或網(wǎng)絡邊緣，這樣不僅可以減輕客戶端設備的能源負擔，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)實時需求自動伸縮計算資源，從而避免能源的閑置浪費。在邊緣計算中，由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡邊緣就近處理，還可以減少長距離傳輸導致的能耗[3]。

（3）能源管理軟件的使用，也可對整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的能效進行優(yōu)化。能源管理系統(tǒng)能夠監(jiān)控網(wǎng)絡設備的能耗狀況，提供實時的能耗數(shù)據(jù)與分析，引導運營商調整能源消耗策略。通過實現(xiàn)設備間的能源共享和調度，不僅提高了能源的利用效率，也降低了整體的運營成本。

（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踐，將節(jié)能理念貫徹到軟件設計、開發(fā)與維護的各個環(huán)節(jié)。這不僅要求軟件開發(fā)人員具備高度的節(jié)能意識，更要求整個產業(yè)鏈深化對節(jié)能技術的研究與應用。通過軟件層面的節(jié)能，5G網(wǎng)絡將能在保障性能和服務質量的前提下，實現(xiàn)更綠色、更可持續(xù)的發(fā)展道路。

3.4 廢棄設備的回收利用

廢棄設備的回收利用是節(jié)能技術與策略的重要組成部分，它能有效減少電子垃圾對環(huán)境的污染并節(jié)約資源。電子設備在被淘汰后，如果沒有得到妥善處理，會對環(huán)境造成極大的負擔。因此，回收利用廢棄設備不僅是一項環(huán)保行動，而且是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要步驟。

（1）回收廢棄設備的首要環(huán)節(jié)是將這些設備收集起來。公眾教育和意識提升在這個過程中發(fā)揮著關鍵作用，讓消費者了解到設備正確回收的重要性，并鼓勵他們參與到回收計劃中。此外，政府和企業(yè)可以提供便捷的回收服務，如在公眾區(qū)域設置易于訪問的電子廢物回收點，或實施回收激勵政策，獎勵合規(guī)回收的個人和單位。

（2）收集到的廢棄設備需要進行分類和處理。對于功能依然完好的設備，可以通過翻新、升級后重新投入市場。而對于無法直接重用的設備，可以通過拆解，回收其中的有價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備，減少對原材料的需求。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，而且能減少生產過程中的能量消耗和環(huán)境污染。

（3）廢舊設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到環(huán)境保護與衛(wèi)生標準。不合理的循環(huán)利用方法會引起有毒物質的泄漏，從而污染土壤、水源和大氣，甚至危害人體健康。所以，加強法規(guī)，保證合規(guī)運作，以及采用先進的再生和處置技術是非常重要的。環(huán)保組織與政府部門必須建立明確的標準，并且在循環(huán)利用的每個階段都要有嚴格的監(jiān)管[4]。

（4）要深入推行生產者責任擴展制度（EPR），迫使制造商負責終身管理他們生產的產品。這種政策能促進設計更容易回收的產品，降低處置和回收造成的環(huán)境影響，并激勵制造商和消費者選擇更環(huán)保的選項。

（5）還需要倡導和推動綠色采購，即優(yōu)先購買那些設計環(huán)保、易于回收或含有再生材料的產品。這不僅會直接減少新采購產品的碳足跡，而且將通過市場機制鼓勵制造商增加環(huán)保產品的供給，并在生產過程中采用更為環(huán)保和可持續(xù)的方法。

4? ?結束語

綜上所述，能源的節(jié)約與有效利用是當今世界面臨的一項重要議題。通過采用各種節(jié)能技術和策略，包括改進產業(yè)運作方式、推進節(jié)能設備使用、實施建筑能效標準、提倡用戶端節(jié)能措施以及回收利用廢棄設備，我們能夠顯著減少能源消耗和降低環(huán)境影響。這些措施的實施不僅對環(huán)境負責，也為經濟可持續(xù)發(fā)展提供了可行路徑，是實現(xiàn)長遠繁榮的關鍵所在。

參考文獻

[1] 謝利強．基于“雙碳”目標的中國鐵塔5G建設策略研究[J]．通訊世界，2022（3）：106-108.

[2] 牛晨欣．5G網(wǎng)絡綠色通信技術與移動云計算節(jié)能分析[J]．電腦樂園，2023（1）：19-21.

[3] 岐潔，程鋒，張曉娟．產品生命周期視角下5G 2C市場業(yè)務發(fā)展趨勢分析[J]．電信工程技術與標準化，2023（10）：81-87.

[4] 王振章，刁兆坤．“雙碳”戰(zhàn)略下的5G全生命周期網(wǎng)絡節(jié)能研究[J]．通信世界，2022（11）：44-46.