网络能效阶段 3A

有效能量 MNOs的节约策略和最佳做法 NGMN联盟 版本:1.0 日期:07.11.2023 文件类型:最终交付物(批准) 保密类：P-公开 项目：绿色未来网络 编辑/提交者: AntonioDeDomenico,华为 RishikeshChakraborty，沃达丰 NGMN计划办公室:克里斯·霍格，代表NGMN 批准人/日期：NGMN联盟董事会，2023年10月27日 对于公共文件（P）： ©2023下一代移动网络联盟e.V.保留所有权利。未经NGMN联盟e.V.的事先书面许可，不得以任何形式或任何方式复制或传输本文档的任何部分。 本文档中包含的信息代表了NGMN联盟e的当前观点。V.截至发布日讨论的问题。本文件按“原样”提供，不作任何保证，包括任何适销性、不侵权或适用于任何特定目的的保证。与使用本文档中的信息有关的所有责任（包括侵犯任何财产权的责任）均不予承担。此处不授予任何知识产权的明示或暗示许可。本文档仅供参考，如有更改，恕不另行通知。 执行摘要 近年来，移动网络运营商（MNO）面临着更加复杂的繁忙环境。能源市场的紧缩以及天然气价格的飙升导致了充满挑战的能源格局。MNO运营成本的显着增加影响了实现转型连接目标和实现投资目标的努力。幸运的是，MNO正在通过以下方式共同应对以减轻这场危机：（1）通过实施效率措施来减少能源消耗，以及（2）通过确保能源供应的稳定性。 为了提高能源效率，MNO采用了多种方法，其中最有效的方法在本出版物中得到了强调。具体来说，MNO建议关闭传统网络，重新调整频谱以实现更节能的无线接入技术（RAT）。他们还强调需要加快无线接入网(RAN)设备的现代化，以集成更节能的硬件。此外,应当实现功率节省特征,诸如在低业务时段期间关闭容量载波频率。重要的是,可以激活极端深度休眠状态作为进一步优化基站(BS)处的能量消耗的手段。为了减少能量消耗,一些MNO已经探索了其他方法。其中包括简化的网络站点架构，以减少对主动冷却的需求，使用更先进的监测和控制系统，并考虑液体冷却。为了确保能源供应的稳定性，MNO正在努力加快网络站点向可再生能源的过渡，并结合备用电池存储。MNO还寻求优化网络能源灵活性。 最终，如果能源危机持续存在，MNO对这一具有挑战性的能源格局的集体反应产生了一系列被视为“最佳实践”的方法，这些方法可能与未来的解决方案相关。这包括在可能的情况下关闭2G和3G，转向更节能的RAN设备，特别是在4G和5G就业方面。此外，从传统空调单元转向更节能的冷却解决方案可能是优化能耗的有效方法。 NGMN将为上述建议辩护，以减轻MNO面临的能源挑战。建立在本出版物上的未来工作还将着眼于可以通过提高网络能量效率来支持使移动网络更绿色的努力的新技术。这可能包括考虑人工智能 （AI）以实现更智能的能源管理。它还涉及寻找在移动网络中嵌入软件的新机会。 CONTENTS 01范围和 02TELCO部门面临的挑战能源6 03MNO对危机7 04 减少能量消费8 4.1提高现场能源效率 通过模块化站点体系结构8 4.29 4.3提高冷却效率：液体冷却10 4.411 4.4.111 4.4.212 EnsuringEnergy 05 稳定性13 5.1可再生发电和电池存储13 5.2优化电池备份自主性14 5.3提高网络能源灵活性14 06最佳实践16 07缩写17 08ACKNOWLEDGEMENTS18 09参考文献19 01范围和 INTRODUCTION 能源效率，以及显著减少能源消耗的战略，再加上最小化和消除能源浪费，已经成为一项基本要求 。这对环境和经济可持续性做出了回应，特别是在存在持续能源挑战的情况下。这些挑战包括新的和扩展的网络功能显着增加数据处理，尽管5G技术更高效。 本出版物的目的是解决电信行业最近面临的能源价格飙升挑战，这些挑战加剧了提高网络能源效率的需求。这是NGMN联盟（NGMN）工作的第一个部分，通过减少能源消耗和努力保护能源稳定性而不影响网络性能，展示了MNO对具有挑战性的能源格局的集体反应。它遵循之前NGMN关于网络能效主题的出版物[1][2]。 第2节将电信行业，尤其是MNO强烈感受到的能源价格波动挑战背景化。然后，第3节以两种方式介绍了MNO对这种具有挑战性的气候的响应：首先，在第4节中，通过概述用于减少网络能耗的方法 ，其次，在第5节中，通过提供解决方案来确保能源稳定性，以免破坏服务质量。联合国与能源有关的目标是确保所有人都能获得负担得起，可靠，可持续和现代的能源，这要求增加移动网络运营商最终总能耗中的可再生能源，并减少设备的能耗。最后，第6节处理了该分析的关键经验，强调了MNO采取的最佳做法。 02TELCO部门面临的挑战 由于多种因素，能源市场在2021年开始收紧： 1.在COVID-19大流行之后，经济异常迅速反弹，增加了对能源的需求， 2.北半球漫长而寒冷的冬天增加了全世界的能源需求， 3.能源供应增长弱于预期。 天然气价格涨幅最大，达到历史最高水平。1能源形势的重要性进一步增长，尤其是在2022年，主要是由于供应减少，能源贸易流动中断以及天然气供应安全的竞争，这些价格在2022年7月和8月达到最高。 在能源价格持续上涨这一具有挑战性的背景下，通过确保和稳定现有能源，尽可能降低能源成本成为电信行业的优先事项。然而，电信行业能源转型的另一个关键组成部分涉及通过提高网络能源效率来改变网络侧的能源消耗模式，以及向可再生能源过渡，以减少温室气体(GHG)排放，这符合缓解气候变化的目标，同时满足对扩展网络能力的需求。 鉴于2022年价格上涨的前所未有和剧烈的性质，电信行业面临着显著增加的运营成本;然而，试图确保能源供应以在短期内应对这些上涨的努力不应推迟其他重要的能源转型行动。在这种情况下，能源效率，特别是在移动网络中的能源效率将是能源转型的一个更重要的部分，并有助于减少全球的能源成本和温室气体排放。 此外，如果国家电网暂时无法提供电力，MNO可能会面临网络中断的威胁，这可能会在数小时内导致服务中断，甚至对于缺乏备用电力的站点而言，甚至是瞬间中断服务。这两个风险因素加在一起可能会破坏电信行业为公民，政府和企业提供的雄心勃勃的社会目标。 1来源：IEA-能源价格飞涨的背后是什么？接下来会发生什么？ 03MNO对危机的反应 MNO采取了措施来管理能源危机。从广义上讲，这分为两类： （1）降低能耗，（2）保证能源稳定，保持服务连续性。这包括开发解决方案，以支持向更绿色和更具弹性的网络过渡，并优化网络能效。Procedres.，每单位消耗的能量传递的有用比特数。为了满足对新型mobile服务和严格性能要求的要求，MNO已经部署了新站点。尽管这有助于增加能源消耗，但许多MNO通过逐步转向更节能的技术，使整体净能源消耗基本保持不变。其中包括进一步部署新的无线电接入技术（RAT），其中4G和5G在承载相同流量时的能效至少是3G的五倍，以及5G大规模多输入多输出（M-MIMO）的应用，其能效至少是4GM-MIMO的三倍[2]。固定接入和核心/数据中心网络基础设施的整合提高了能源效率。优化能量消耗的另一种机制是通过动态使用低功率模式。 为了帮助实现上述能效优化目标，移动运营商正在大力降低RAN的能耗，这几乎占网络总能耗的四分之三。 •尽可能关闭2G和3G网络，2重新组装2G和3G 用于更节能的RAT(例如，LTE和NR)的频谱，3 •加速RAN设备的现代化，以受益于下一代节能解决方案， •实施省电功能，以在低流量需求期间关闭容量层，而不会对用户性能产生负面影响。以下小节更详细地描述了MNO用于管理能源挑战的方法。 2根据分析梅森的说法，使用独立BS运行2G，3G，4G和5G的MNO可以通过关闭3G在每个宏站点上减少多达24.4％的能耗[8] 3 04降低能源消耗 本节介绍了MNO用于减少或优化能耗的方法，作为应对具有挑战性的能源环境的努力的一部分。所使用的主要方法，其中每一个依次描述，是：提高站点的能源效率，部署监测和控制系统 ，以检查能源消耗和网络性能参数，提高功率和冷却效率，优化在基站的能源消耗通过新的睡眠功能。 4.1通过模块化现场架构提高现场能效 如在[2]中讨论的,无线电接入网络(RAN)计算与基站(BS)的所有移动网络电力消耗的大约四分之三,通常导致典型小区站点的电力消耗的一半以上。除BS外，现场支持设备的能耗也很重要。在传统站点中，基于图1所示的架构，主要由空调设备室驱动的站点支持设备功耗可高达站点总能耗的40％。在站点处消耗的所有功率是BS功率消耗和站点支持设备功率消耗的总和,其中精确比率受一系列环境因素影响。在具有被动冷却的较冷环境中,空调负荷较小,在较暖的外部环境中,空调负荷将明显较高。新颖的站点设计解决方案可以确定哪些站点真正需要空调和温度控制系统，以便仅在需要的地方部署这些系统。 图1：带有室内场地支持设备的传统场地 考虑到总站点能量消耗是BS和站点支持设备消耗的总和,这可以通过减少这两个部件中的一个或两个的能量消耗来限制。以下小节重点介绍通过减少现场支持设备的能耗来提高现场能源效率。部分地,这种优化涉及限制多个现场支持设备部件的功耗。 从历史上看，访问站点部署涉及将站点支持设备放置在室内，而电信设备（例如Procedre、BS、RRU和天线)位于室外。使用模块化站点架构，站点支持设备可以从传统的室内站点移动到室外站点，如图2所示。将该设备中的一些转移到室外以及室外杆的进一步部署导致通过室外冷却而减少的能量消耗。这种方法还减少了由于功率连续性的转换而导致的功率损耗,这可以通过部署具有高转换效率的最先进的功率解决方案而进一步最小化。 关闭传统无线电接入技术(RAT)已经与向更简单架构的过渡以及能够在更高温度下运行的新颖硬件相关联,这允许在室外而不是室内部署更多模块化组件。 该方法的变型涉及将可以支持多种技术的网络组件(例如,天线、无线电和基带单元(BBU))放置在一个集中化设备中,而不会不利地影响实况网络上的用户体验。4 图2：传统站点和简化站点 重要的是要强调，在简化的现场在不同的环境条件下运行，实现低成本的散热控制，高效的热管理和高可靠性，硬件配置和处理要求，是一个挑战，这需要基于精确的热模拟设计和集成性能验证能力的系统设计方法。 展望未来,为了充分评估这些简化架构的节能有效性,有必要就现场能效(SEE)的范围达成共识。它应该仅关注RAN还是还包括传输网络?站点能耗数据的收集是SEE评估中的先决条件。有可能，这可以通过一些过程的自动化来辅助，这些过程的能源消耗影响应该被考虑在内。5 4.2监控和控制系统 分析并提高整体能源效率，是部署能源使用、流量和网络性能监控系统的关键。监控系统允许通过收集、处理和存储来自电力钳和智能电表的数据馈送来进行数据管理和分析。对能耗、数据流量和配置数据馈送的有效监控为嵌入一定程度的自动化以控制和优化能源效率铺平了道路。 Inthiscontext,someMNOhavealreadyusedthefollow-lowingtechnologiesbleeringtheavailabilityofenergyandnetworkdata: •节能功能例如，在低流量期间将RAN站点置于低功率模式。这些功能允许进一步监控、跟踪和评估对网络和业务关键性能指标(KPI)中节能的影响。 •被动基础设施优化监测与BS支持设备相关的能耗指标，并确定相对“能源效率低下”的地点。 •智能网站对被动基础设施进行远程控制以优化能源消耗、运营和维护(O&M)和资本支出(CAPEX)规划。 •通过识别节能机会site 能源效率分析。 •动态热管理通过平衡来自核心和数据中心站点的空调机组的气流需求来实时控制冷却。 •BBU流量监控实时激活处于极端休眠状态的BS。 应该注意的是,虽然自动化本身不是银弹,因为它具有其自身