谈谈通讯网络的节能.docx

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1、谈谈通讯网络的节能目录摘要1前言21 .节能减排的思路演变32 .通信网络所产生的能耗分析41. 1.网络数据中心能耗分析42. 2.无线网络传感器能耗分析53 .通信网络的节能技术应用61. 1.有线网络的休眠技术应用63. 2.数据中心能耗控制64. 3.无线网络的休眠控制75. 4.网络拓扑控制74 .节能减排的具体举措81. 1.先看看产品研发设计环节。82. 2.接下来，是产品生产制造环节。114. 3.再接下来，我们重点说说通信网络建设和运维环节。125. 4.具体的做法包括： 131. 4.1.尽量采用太阳能光伏电源，实现太阳能、交流电源、蓄电池等多路供电保障。134. 4. 2

2、.采用锂电池代替铅酸电池。145 .数据中心的节能减排 181. 1.除了基站之外，数据中心的节能减排，我也简单和大家聊一聊。185. 2.所以，数据中心的节能思路集中在两个方面：196. 3.我们重点看一下散热制冷。196 .结语22参考文献：22摘要通信网络与人们的现代生活密切相关，通过构建广泛的通信网络实现了跨区域的网络互连。但与此同时，通信网络的能耗问题也成了重要的技术挑战。文章对现代通信网络建设方法进行研究，结合绿色通信网络建设的相关理论，对目前阶段通信网络软硬件在能耗方面的情况作出了归纳和分析，并以能耗产生的具体条件和具体方式为主要切入口，对节能技术的应用进行创新型的设计和论述，从

3、而提升通信网络的绿色环保能力。关键词：通信网络；网络能耗分析；绿色通信；节能技术1.刖百据相关能源部门的统计数据显示，在全球能耗当中，通信网络行业的能耗占比已经接近5%,且表现为大规模的碳排放。在一些发达国家，通信网络行业所造成的环境破坏也已经到了十分惊人的水平。与此同时，在技术发展的影响下，云技术、智能终端的广泛应用，也带来了大量的无线网络流量，也使得网络耗能更加明显。因此在环境研究领域，越来越多的研究人员提出了绿色网络的概念，希望借助节能技术的应用，提高通信网络的环境保护能力。通信网络的能耗问题，一直都是人们关注的焦点。根据运营商财报数据，2020年，中国移动的能耗费用是376.6亿元，中

4、国电信146.4亿元，中国联通129亿元。三大电信运营商加在一起，是652亿国内运营商能耗费用走势（单位：亿元）6605605402017 年201 底2019 年202呼不断增加的通信网络能耗，不仅意味着巨额的电费，也意味着海量的碳排放量。根据工信部估计，按目前的发展趋势，2035年中国5G和数据中心的碳排放总量将达2.33.1亿吨，约占中国碳排放总量的24%,相当于北京目前全市二氧化碳排放量的两倍。众所周知，我们国家在2020年明确提出了双碳战略，即2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和。通信网络的能耗问题，严重阻碍了双碳战略目标的实现。它不仅仅关系到运营商的经营业绩，更影响了我们的生

5、态环境，以及国家社会经济的可持续发展。那么，通信网络的能耗问题，到底该如何解决呢？我们该如何进行节能减排？ 5G、数据中心这些电老虎，真的有办法驯服吗？1.节能减排的思路演变办法当然是有的。事实上，通信网络的节能减排，业界已经研究了很多年，并且也积累和沉淀了一些经验和方法。随着时代的快速发展，通信网络的规模变得越来越大，能耗也越来越大。于是，通信行业在传统经验方法的基础上，提出了更宏观、更科学的通信网络节能减排思路，归纳为两个词，分别是：网络全生命周期、端到端。所谓网络全生命周期节能减排，是指在设计和规划节能减排方案时，从宏观上进行整体规划，覆盖通信设备从研发、生产、建设到维护的各个环节，进行

6、全面提效降能。网络全生命周期节能减排研发设计生产制造网络建设网络运维而端到端，则是站在产品和设备类型的角度，将节能减排落实到终端、接入网（基站）、承载网、核心网、数据中心等通信网络的各个领域。端到端节能减排富）国昌6终端 接入网 承载网 核心网数据中心新的节能减排思路强调整体思维，以及多维度的协同合作，带来了节能效率的大幅提升，逐渐被越来越多的运营商和设备商接受，成为行业趋势。2.通信网络所产生的能耗分析2.1. 网络数据中心能耗分析在现阶段的通信网络建设当中，为了满足更为广泛的用户群体的网络通信需求，通信网络希望能够借助大数据、云计算等技术提高数据统计和网络运算能力，从而提升网络服务质量。因

7、此，网络服务商需要通过搭建大规模的网络数据中心来实现网络数据的获取、计算和控制。在对数据中心进行分析后，笔者发现，目前的数据中心在运行过程中所产生的能耗主要集中在网络、服务器以及硬件散热3个方面。在这3个部分中，作为非IT设备的散热系统所产生的能耗最为显著，因此在研究领域，研究人员希望通过PUE（PowerUsageEffectiveness）指标对能耗情况进行衡量。除了散热问题之外，服务器的运行所第5页共22页产生的能耗也成为主要的能耗来源。众所周知，通信网络所建构的数据中心，需要将大量的数据内容与中心服务器相互连接，而在连接的过程中，数据中心需要与上层应用之间进行通信，并提供高性能的钻发服

8、务。为了保证数据服务精准、高效，在进行服务设置时通常需要依靠设备、链路的充裕，实现富连接。但是在实际的应用过程中，这种充裕的“富连接方式所表现出的网络拓扑在低负载的情况下，效率极低。但是由于数据中心本身的特性，能耗的产生量和负载大小并无直接关系，以致于无论是何种负载状态，其所产生的能耗数量都是趋同的，因此在低负载状态下，造成了严重的负载浪费，能耗增高。2. 2.无线网络传感器能耗分析在目前所广泛应用的无线网络之中，无线网络传感器的能耗的产生主要集中在两个部分。其中一种能耗产生与无线网络的通信无关，一般表现在无线传感器所进行的数据采集和数据处理这一层面，另一种能耗产生则与通信能力相关，主要集中在

9、无线通信过程中的数据传输和发送这个阶段。在相关的研究中，研究者通过指标对比发现，两种能耗情况虽然同为无线网络传感器能耗，但是在能耗大小和能耗影响方面，无线网络状态下的数据通信所产生的能耗是要远高于与通信无关的数据处理能耗的。本文在进行分析论述时，主要将目光和重点放置在无线网络传感器的通信能耗之上。目前所采用的无线网络传感器，在其工作过程中，每一个周期内部都存在4种工作状态：在进行数据发送时，传感器为发送状态。在进行数据信息获取时，则处于接受状态。此外，在空闲阶段，传感器还会进入到空闲状态以及休3.通信网络的节能技术应用3.1. 有线网络的休眠技术应用通过前文的数据中心能耗分析可以看到，在目前通

10、信网络所应用的网络结构中，有限网络链路所形成的能量消耗与其负载利用情况之间并没有直接的相关关系，在具体的运行中，二者相互独立，因此链路的利用率变化并不会造成能耗的改变。在低负载状态下链路会仍然维持信息量同步，并发送不包含信息内容的帧，因此造成了空闲链路的非必要能量消耗。为了解决这一能耗问题，在相关的研究中，研究者希望通过IEEE802.3的工作组方式，提高以太网链路的有效性，并通过采用低能量空闲状态，控制链路损耗。通信网络中IEEE802.3az主要的通信方式为对数据包进行处理，从而使数据包的传输延迟得到控制。为了改变能耗问题，在进行数据包控制时;将控制手段放置在数据包发送的初期，在通信网络数

11、据中心进行数据包发送时，调整设备状态在活跃模式，而当数据包传输数量降低或没有数据包发送时，则调整设备状态，使其能够进入到休眠模式在休眠模式之中，通过Ts秒的时间使模式转入到低能耗状态。在休眠模式中，设备处于低能耗状态，这一时期，数据中心有线链路只能够在较短的时间内进行信号的发送，但是在较长的时间段内，有线链路则需要保证休眠，直到数据包传输需要时，恢复状态，回至旷活跃模式，进行数据包的发送。这种模式的转化与数据中心的传输需求直接关联，从而实现能量运用的有效性。以太网的运作主要依托数据包操作，通过队列的先后，对数据包信息进行调度和搜集，从而完成有效归并。3. 2.数据中心能耗控制在数据中心的能耗控

12、制中，除了要能够对以太网链路的负载情况、数据包进行处理之外，还需要对硬件设备进行调整，保证数据中心具有良好的节能环境。在现阶段的硬件设备选用方面，笔者认为，构建节能、绿色的数据中心，可以尝试采用刀片式的服务处理器，使处理能耗能够得到充分控制。在数据中心的运行过程中，数据芯片的发热量最为巨大，因此其散热压力也更高。在进行设备设计和设备应用过程中，数据中心需要挑选具有低功耗的处理芯片。此外，在服务器建设方面，刀片式服务器是一种独特的一体化建设方式，服务器内部的刀片实际上能够作为系统母板实现功能，进而形成了服务器的独立设置。与传统的常规服务器相比，刀片式的独立服务器设置能够达到超过30%的能耗控制。

13、3. 3.无线网络的休眠控制无线网络由于受到传感器状态影响，大部分时间处于一种高功耗状态，无法进行自由的状态切换，因此其休眠状态很难做到完全的工号控制。因此在技术研发和技术应用中，研究者提出了通过链路层作为媒体介入的方式进行Mac控制层的信道介入控制。随后，在Mac层级之上，进行无线网卡smac的运用实现休眠动态控制，提高无线传感器的节能能力。无线网卡smac的动态控制主要是进行周期性的监听和休眠轮换。与传统的无线网络节点不同，传统的网络节点在进行数据传输时只能够在监听信道和传输信道进行择一选择，但是smac网卡的周期性机制，能够对不必要监听进行控制，从而实现数据传输与休眠之间的完美轮换，降低

14、能耗。而在休眠机制选择方面，smac无线网卡则可以通过节点传播的方式，对全网进行分析，随后依据分析结果选择节点特征，并发出休眠指令。在具体的休眠时，依据预设的休眠机制和时间戳，对不同机制的优先级进行选择，从而实现机制的同步，达到智能动态控制。3. 4.网络拓扑控制除了进行动态休眠状态控制之外，通信网络节能技术方面，还可以选择应用网络拓扑控制技术。对于网络拓扑来说，每一个网络拓扑都可以被描述成为一个有向图形式，在有向图中，拥有网络节点集合和节点间的连接集合，因此需要通过网络性能，保证拓扑的连同属性。在以往的网络结构拓扑当中，技术手段对于拓扑的控制以及能耗问题无法极性平衡，因此在进行节点连接之间的

15、通信时，容易出现能耗的增加，因此为了解决能耗问题，需要进行平衡性的拓扑控制。本文提出，可以尝试通过控制数据帧的方法，构建具有更高连通性的结构，从而实现有效的路信息交流，实现节点能耗的控制。同时，在数据传输过程中，还可以采用周期性的监听技术，从而使网络内部端到端的延迟以及资源配置能够得到优化。此外，在拓扑控制策略当中，还可以采用分布式的拓扑结构在进行拓扑构建时，可以将无线网络特点中的节点覆盖作为拓扑节点，并形成覆盖范围的拓展，实现网络效率的提升。在拓扑维持阶段，则选用动态控制方法，降低连通当中的数据包重传现象，最终达到节能目标。4.节能减排的具体举措接下来，我们就按照网络全生命周期的角度，逐一介绍通信网络的节能举措。4.1. 先看看产品研发设计环节。在产品研发设计阶段进行设备功耗控制和改良，相当于从源头上进行了节能减排。这是效果最直接的方式