能耗降低的背后

打造可持續(xù)網(wǎng)絡(luò)

如何在保持網(wǎng)絡(luò)性能的同時降低能耗？這牽涉到優(yōu)化用戶體驗(yàn)和謹(jǐn)慎管理網(wǎng)絡(luò)性能。本文中，愛立信服務(wù)產(chǎn)品組合總監(jiān)G?kce Alacadagli向記者安妮·特納介紹了使有源、無源網(wǎng)絡(luò)部件能耗降低的創(chuàng)新方式。

關(guān)于安妮·特納

安妮·特納(Annie Turner)自80年代末以來，一直以記者、編輯和分析師的身份為海內(nèi)外報(bào)紙 (如英國《國際先驅(qū)論壇報(bào)》和《泰晤士報(bào)》)以及無數(shù)B2B出版物和品牌報(bào)道電信行業(yè)。她曾編輯湯姆森國際和經(jīng)濟(jì)學(xué)人集團(tuán)的通信雜志，并自2019年以來一直擔(dān)任Mobile Europe編輯。她為TM論壇和GSMA研究并撰寫了包括人工智能，工作場所多樣性、元宇宙、數(shù)據(jù)貨幣化和零接觸自動化等主題在內(nèi)的多篇行業(yè)報(bào)告。

愛立信于2022年發(fā)布了行業(yè)白皮書《打破能耗曲線永遠(yuǎn)在路上》。研究結(jié)果表明，運(yùn)營商每年在能源方面的支出達(dá)到約250億美元。愛立信清楚認(rèn)識到，持續(xù)上升的能耗曲線，無論是在經(jīng)濟(jì)上還是在生態(tài)上都是不可持續(xù)的。從那時起，愛立信就預(yù)估能源支出，可能會因能源價格飆升而超300億美元。

報(bào)告強(qiáng)調(diào)

運(yùn)營商發(fā)布新一代節(jié)能產(chǎn)品時，需始終以RAN能效為第一要務(wù)。這是既控制能耗又提供卓越用戶體驗(yàn)的唯一方法。

G?kce Alacadagli解釋，出現(xiàn)這樣的曲線是因?yàn)槲覀冋诓渴鹨苿泳W(wǎng)絡(luò)來滿足高峰容量需求，并且從2G、3G、4G到現(xiàn)在的5G，網(wǎng)絡(luò)中的部件數(shù)量不斷增加。這意味著“我們需要采取一種更為周全的方式。有時，我們過于關(guān)注網(wǎng)絡(luò)KPI和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的投資，而這可能會導(dǎo)致整體能耗增加，即便大多數(shù)運(yùn)營商已經(jīng)發(fā)布了集團(tuán)層面的碳中和與凈零排放目標(biāo)也不例外。這促使他們從追求最大性能的運(yùn)營商，轉(zhuǎn)為追求節(jié)能的可持續(xù)運(yùn)營商?！?/p>

Alacadagli表示，鑒于以上因素，愛立信制定了一套三管齊下的計(jì)劃來打破能耗曲線。

第一是通過“正確的規(guī)劃和投資來最有效地利用頻譜，例如通過推動Massive MIMO的發(fā)展實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展?！?/p>

第二是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和現(xiàn)代化，比如把無線裝置換成能夠減少多達(dá)40%能耗的較新型號。他解釋道：“雖然更多的網(wǎng)絡(luò)功能會使流量增加，但仍可以減少能耗?！?/p>

Alacadagli尤其關(guān)注第三點(diǎn)：“如何讓今天的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營變得更加智能化，利用人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）來減少當(dāng)前的能耗?！?/p>

但愛立信觀察到一些運(yùn)營商對于以更加節(jié)能的方式運(yùn)營無線接入網(wǎng)（RAN）猶豫不決，擔(dān)心這些措施會影響網(wǎng)絡(luò)KPI并認(rèn)定這會破壞客戶體驗(yàn)?！?/p>

轉(zhuǎn)變觀念

其實(shí)減少能耗并不一定會影響體驗(yàn)，或者說不會有明顯影響。愛立信和其他公司公開的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以證明這一點(diǎn)。Alacadagli表示：“假設(shè)有人在網(wǎng)速為28Mbps的手機(jī)上看高清視頻，即便網(wǎng)速降低了3Mbps，也不會影響視頻或通話性能。事實(shí)上研究表明，大多數(shù)這樣的個人用戶服務(wù)，可在10Mbps的平均網(wǎng)速下正常運(yùn)行。因此，即便由于能源優(yōu)化措施導(dǎo)致吞吐量出現(xiàn)變化，只要這個變化在可控范圍內(nèi)，就不會對用戶體驗(yàn)產(chǎn)生感受得到的影響?！?/p>

“我們從網(wǎng)絡(luò)中獲得的數(shù)據(jù)，能幫助運(yùn)營商在節(jié)能、優(yōu)化吞吐量之間取得良好的平衡。我們不會去改變那些用戶不愿更改的部分，但在其他部分只需要作出比如3%的調(diào)整，就能降低10%的能耗?！?/p>

“以前，我們的客戶沒有能安全探索不同解決方案的工具或者辦法。但現(xiàn)在，我們通過一套周全的方法向客戶展示整個過程中的每一個部分，讓他們可以選用適合自己的方案?！?/p>

工欲善其事，必先利其器

在任何行業(yè)，提高能效的最簡單方法，就是將耗能的設(shè)備設(shè)置成低能耗，或者待機(jī)模式。

Alacadagli表示：“我們可以通過很多方法，在無線產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)上做到這一點(diǎn)。RAN中的各個功能負(fù)責(zé)不同的工作，大多廠商都具備能在瞬間打開或關(guān)閉功率放大器的軟件功能?！?/p>

“低能耗調(diào)度器（LESS）會作出具有最佳節(jié)能效果的數(shù)據(jù)傳輸安排，使Micro Sleep TX等其他硬件近似算法變得更有效率。MIMO休眠模式會停用一些分支，而快速休眠模式會關(guān)閉整個小區(qū)，尤其是在流量低于閾值時的容量層。因此，RAN有基礎(chǔ)的節(jié)能功能，但由于運(yùn)營商擔(dān)心影響網(wǎng)絡(luò)KPI，這些功能通常只在夜間開啟。更加智能化的管理辦法是在白天和晚上采用不同閾值?！?/p>

愛立信認(rèn)為，利用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)優(yōu)化能耗，而不對體驗(yàn)產(chǎn)生任何顯著的變化，是一種巨大的進(jìn)步。這樣做是為了了解如何在不同流量和用戶體驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)、集群和地區(qū)更合理的利用能源。

Alacadagli表示：“為了最大程度地節(jié)約能源，我們必須使用小到基站、甚至小區(qū)級別的協(xié)議。每個基站的流量情況不同，我們需要為它們創(chuàng)建獨(dú)立的節(jié)能模式。我們提出的認(rèn)知型解決方案可以觀察基站，每個小區(qū)的流量趨勢，并創(chuàng)建可單獨(dú)采用的規(guī)則和行動。這是提高整個電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能效的基礎(chǔ)。”

無源基礎(chǔ)設(shè)施的力量

Alacadagli說的不僅是有源基礎(chǔ)設(shè)施，也就是無線裝置。正如他說，電信基站需要“無源基礎(chǔ)設(shè)施”使無線基站網(wǎng)絡(luò)能夠全天候運(yùn)行。無源基礎(chǔ)設(shè)施指的是保持無線基站運(yùn)行的配套生態(tài)系統(tǒng)，包括電池、電源裝置和為關(guān)鍵設(shè)備降溫的溫控裝置。

“愛立信的目標(biāo)是使用AI和ML賦能可應(yīng)用于所有技術(shù)和所有基礎(chǔ)設(shè)施，同時兼顧流量模式和用戶體驗(yàn)的認(rèn)知型能源管理或綜合能源管理解決方案?！?Alacadagli表示。

愛立信認(rèn)為達(dá)成這個目標(biāo)，有三個主要支柱：利用從整個網(wǎng)絡(luò)中獲取的數(shù)據(jù)來促進(jìn)自動化；采用機(jī)器學(xué)習(xí)；然后利用輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的端到端控制。

“我們通過部件管理系統(tǒng)和OSS獲取測量能耗和性能的數(shù)據(jù)，所以我們知道每個基站的運(yùn)行情況以及它們正在提供什么樣的客戶體驗(yàn)、有什么樣的流量等?！?/p>

“另外，我們還需要檢查和了解來自RAN的數(shù)據(jù)，以此得出能耗規(guī)律并對其進(jìn)行分析。沒有多少運(yùn)營商會根據(jù)基站產(chǎn)生的流量進(jìn)行能耗分析，不過我們會通過這種分析，根據(jù)基站向用戶提供的大量數(shù)據(jù)評估基站的能效?！?/p>

但管理無源基礎(chǔ)設(shè)施通常需要前往現(xiàn)場，比如將空調(diào)設(shè)備設(shè)置成21度后就不會改變?！叭绻麩o源基礎(chǔ)設(shè)施不產(chǎn)生數(shù)據(jù)，我們就無法控制它；為了控制這個生態(tài)系統(tǒng)中的各個部分，我們需要投資于控制器、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)字化。這就是我們所說的最大程度地利用數(shù)據(jù)的力量構(gòu)建自動化。”

這項(xiàng)投資的收益可能是巨大的，但要把無源基礎(chǔ)設(shè)施“加進(jìn)來”的難度同樣巨大，這是因?yàn)闊o論是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商還是無源基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商，最初都沒有想到要加入無源基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)。因此，來自無源部件的數(shù)據(jù)往往會被隔離。雖然還需要說服客戶這項(xiàng)必要投資的回報(bào)，但Alacadagli對此保持樂觀。

基于AI和數(shù)據(jù)

為此，愛立信于2020年在愛立信運(yùn)營引擎（Ericsson Operations Engine）中推出了基于AI并以數(shù)據(jù)為依據(jù)的代管式服務(wù)。Alacadagli解釋，這項(xiàng)能源基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營服務(wù)側(cè)重于四個方面（如下圖）。

預(yù)測性小區(qū)能源管理應(yīng)用能夠預(yù)測流量和使用模式，可以深入到基站上的每個小區(qū)，使它們進(jìn)入待機(jī)或睡眠等最佳節(jié)能模式。Alacadagli興奮地表示：“我們可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)來設(shè)置參數(shù)，或者我們可以做出實(shí)時決定并設(shè)置新的參數(shù)，比如每六小時一次。這是真正吸引人的地方，因?yàn)橥ǔＧ闆r下，這些解決方案的參數(shù)在設(shè)置和部署后，無論條件如何變化都會保持原樣。另外，我們可以根據(jù)一天中的不同時間為一個節(jié)點(diǎn)設(shè)置不同的閾值，或者通過閉環(huán)自動化使其立即進(jìn)入睡眠模式?！?/p>

基站和小區(qū)的能耗分析會使用算法得出結(jié)論，比如某些基站的小區(qū)比同類小區(qū)的能耗更高。

異常檢測和預(yù)測性基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營算法，能夠監(jiān)測無源基礎(chǔ)設(shè)施，以及無線產(chǎn)品部件的能耗，比如柴油發(fā)電機(jī)、整流器、空調(diào)等。如果能耗高于預(yù)期，它就會建議采取補(bǔ)救措施。例如，它能“推斷”出可能需要更換空調(diào)過濾器，或者可以通過遠(yuǎn)程設(shè)置溫度來優(yōu)化冷卻。這將減少整個基站有源和無源部件的能耗。

關(guān)鍵在于，每個基站的有源管理都要到位，才能實(shí)現(xiàn)最佳的電源優(yōu)化效果，并確保在高峰期與電網(wǎng)斷開所需要的足夠電池容量等。一些運(yùn)營商同樣對于這種向電池供電（而不是將電池作為緊急備用電源）的常規(guī)轉(zhuǎn)變感到緊張。但由于AI和ML可以每15分鐘檢查一次最佳電源選項(xiàng)，大家的態(tài)度正在發(fā)生變化。

“透明”和“證據(jù)”

G?kce說：“如果你的解決方案和ML透明到能在操作界面上，直接向運(yùn)營商展示它們的具體行動和結(jié)果，就不用我們再向他們推銷解決方案了?，F(xiàn)在，很多客戶正是因?yàn)榭吹搅诉@些“證據(jù)”而選擇加入進(jìn)來。”

“這四個支柱背后的整體理念，就是通過ML與各種實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)來自基站的數(shù)據(jù)，在基站乃至小區(qū)層面做出決策。AI和ML已成為我們隨時單獨(dú)操作任意一端基礎(chǔ)設(shè)施和徹底改變電信行業(yè)能源效率的主要工具。” Alacadagli最后總結(jié)。

審核編輯：湯梓紅