- Penggunaan tenaga rangkaian (RAN, pusat data, bangunan yang terhubung) adalah tinggi dan selalunya tidak dapat dilihat, dengan pemanasan dan penyejukan menjadi punca utama.
- Gabungan perkakasan yang cekap, penutupan pintar, algoritma adaptif dan pemantauan tenaga membolehkan pengurangan pembaziran elektrik yang ketara.
- IoT, grid pintar dan kembar digital yang digunakan pada rangkaian 5G dan infrastruktur elektrik membolehkan pelarasan penawaran dan permintaan hampir dalam masa nyata.
- Sistem pengurusan tenaga dan perubahan dalam tabiat pengguna dan pengendali adalah penting untuk mengukuhkan rangkaian komunikasi yang benar-benar mampan.
Era hiperkonektiviti telah membawakan kita telefon bimbit, sensor, gentian optik, rangkaian 5G dan pelbagai perkhidmatan digital yang kita gunakan hampir tanpa berfikir panjang. Tetapi di sebalik seluruh dunia dalam talian ini terletak kos yang sering diabaikan: penggunaan tenaga rangkaian komunikasi. Setiap antena, penghala, pelayan dan unit penyejukan menambah watt kepada bil elektrik dan jejak karbon bangunan, kawasan kejiranan dan seluruh bandar.
Pada masa yang sama, tekanan semakin meningkat untuk mengurangkan pelepasan , mengurangkan kos operasi dan memenuhi sasaran kemampanan. Berita baiknya ialah teknologi, strategi reka bentuk dan alat pengurusan wujud yang membolehkan penambahbaikan ketara dalam penjimatan tenaga merentasi rangkaian, daripada RAN mudah alih 5G kepada IoT rumah, termasuk pusat data dan grid pintar. Dalam perenggan berikut, kita akan meneroka, dengan tenang tetapi teliti, apa yang sedang berlaku, mengapa rangkaian menggunakan begitu banyak tenaga dan cara untuk membawa ketenteraman kepada kekacauan elektrik ini.
Mengapakah rangkaian komunikasi menggunakan begitu banyak tenaga?
Apabila menganalisis bangunan atau infrastruktur, penggunaan rangkaian sering tersembunyi di sebalik item yang lebih ketara seperti penghawa dingin atau pencahayaan, tetapi sebenarnya suis, penghala, titik akses WiFi, sistem penghantaran dan pelayan menyumbang sebahagian besar daripada jumlah perbelanjaan tenaga.
Di pusat data dan bilik pelayan, penghawa dingin (HVAC) boleh menjadi penguras tenaga utama, menyumbang sekitar satu pertiga daripada jumlah penggunaan. Peralatan rangkaian menukarkan sebahagian tenaga elektrik kepada haba, dan haba ini mesti dilepaskan; oleh itu, kecekapan bekalan kuasa ( diperakui 80 Plus ) memainkan peranan penting dalam proses ini. Lebih berkuasa dan padat peralatan, lebih panas ia menjadi, lebih banyak penyejukan diperlukan, dan lebih tinggi bil tenaga, mewujudkan sejenis kitaran ganas.
Tambahan pula, dalam rangkaian mudah alih, terutamanya dengan 5G, rangkaian akses radio (RAN) merupakan pemacu utama penggunaan tenaga . Kebanyakan tenaga tertumpu pada unit akses radio (O-RU), stesen pangkalan dan semua infrastruktur yang berkaitan (bekalan kuasa, penyongsang, penerus, penyejukan, pengulang dan pengangkutan backhaul dan x-haul). Peningkatan dalam kecekapan watt-per-bit adalah nyata, tetapi bilangan stesen dan kerumitan seni bina mengakibatkan penggunaan tenaga keseluruhan yang sangat tinggi.
Jika kita melihat rangkaian korporat atau bangunan, masalahnya tersebar merentasi peralatan rangkaian aktif, sistem keselamatan, elektronik komunikasi dan pelayan , yang selalunya beroperasi 24/7 walaupun bangunan itu separuh kosong untuk sebahagian besar hari atau tutup pada hujung minggu.
Secara selari, kemasukan besar-besaran peranti yang terhubung (telefon bimbit, tablet, sensor, kamera, peralatan pintar…) menyebabkan trafik dan bilangan nod rangkaian berkembang tanpa henti , memberi tekanan kepada infrastruktur dan meningkatkan keperluan tenaga jika semuanya tidak diuruskan dengan bijak.
Faktor utama yang mendorong penggunaan tenaga dalam rangkaian
Bil elektrik untuk rangkaian bukan sahaja bergantung pada berapa banyak peranti yang dihidupkan, tetapi juga pada cara ia digunakan, cara ia dikonfigurasikan dan dalam persekitaran yang mana ia beroperasi . Beberapa faktor amat penting.
Haba dan penyejukan: kitaran ganas
Dalam bilik komunikasi atau pusat data, haba yang dihasilkan oleh perkakasan rangkaian memerlukan penggunaan sistem penyejukan yang berkuasa . Jika suhu meningkat terlalu tinggi, prestasi akan merosot dan jangka hayat peralatan berkurangan, yang membawa kepada kecenderungan untuk menjadi terlalu sejuk sebagai langkah berjaga-jaga. Hasilnya ialah sistem yang menggunakan banyak tenaga untuk menggerakkan peralatan, yang seterusnya memerlukan lebih banyak tenaga untuk menyejukkannya.
Satu pendekatan yang semakin diterokai adalah dengan memanfaatkan haba buangan daripada peralatan rangkaian dan pelayan . Haba ini boleh digunakan semula untuk memanaskan kawasan lain di bangunan atau kemudahan berdekatan: pejabat, rumah, kolam renang atau kawasan umum. Pendekatan pemulihan haba ini, yang sudah agak meluas dalam sektor perindustrian dan di beberapa pusat data canggih, membantu menyahkarbonkan dengan mengimbangi sebahagian daripada penggunaan tenaga dengan pemanasan bebas.
Peralatan dalam keadaan siap sedia atau tidak aktif, tetapi masih menggunakan
Dalam banyak rangkaian korporat, peranti kekal dihidupkan walaupun tiada trafik yang berkaitan . Suis, penghala, titik akses, sistem keselamatan dan elektronik tambahan dibiarkan dalam mod siap sedia atau berjalan hampir melahu di luar waktu perniagaan, pada waktu malam atau pada hujung minggu.
Situasi ini mewujudkan apa yang dikenali sebagai beban hantu : peranti yang jarang digunakan tetapi terus menggunakan kuasa. Sesetengah peranti menggabungkan mod tidur lanjutan yang mengurangkan penggunaan dengan menyahaktifkan modul dalaman atau menurunkan prestasi apabila trafik rendah, tetapi pilihan ini sering dinyahdayakan secara lalai atau dikonfigurasikan secara salah.
Untuk memanfaatkan keupayaan ini, adalah penting untuk memilih perkakasan dengan ciri pengurusan kuasa yang baik dan mengaktifkan profil penjimatan kuasa yang tersedia. Tambahan pula, pemilihan protokol, piawaian dan mod operasi boleh mempengaruhi penggunaan tenaga dengan ketara, jadi adalah lebih baik untuk memilih konfigurasi yang sepadan dengan keperluan sebenar dan bukannya pendekatan "berjaga-jaga" biasa yang menyebabkan semuanya terlalu direkayasa.
Algoritma kawalan kadar penyesuaian dan prestasi
Kadar penyesuaian (atau kadar penyesuaian) menentukan kelajuan peranti rangkaian boleh menghantar paket dan menjadi penunjuk utama prestasinya. Dalam rangkaian tanpa wayar, sebagai contoh, kadar ini berbeza-beza bergantung pada kualiti isyarat, gangguan atau beban sel.
Pereka rangkaian boleh menggunakan algoritma penyesuaian kelajuan dinamik yang melaraskan prestasi dalam masa nyata mengikut keperluan rangkaian. Dengan cara ini, apabila trafik berkurangan atau keadaan berubah, sistem akan mengawal selia kendiri dan boleh beroperasi pada kuasa atau kapasiti yang lebih rendah tanpa pengguna perasan sebarang penurunan kualiti yang ketara.
Terdapat pelbagai jenis algoritma dan strategi yang mungkin, dan dalam persekitaran dengan keupayaan teknikal yang canggih, adalah mungkin untuk mereka bentuk algoritma tersuai , yang ditala dengan teliti mengikut corak trafik dan objektif kecekapan tenaga projek atau pengendali.
Strategi praktikal untuk mengurangkan penggunaan tenaga dalam rangkaian
Sebaik sahaja punca utama pembaziran tenaga dikenal pasti, tiba masanya untuk menanganinya. Kuncinya terletak pada gabungan reka bentuk yang baik, operasi pintar dan pemantauan berterusan , tanpa mengabaikan kualiti perkhidmatan untuk pengguna akhir.
Matikan apa yang anda tidak perlukan (dan ketahui apa yang tidak boleh dimatikan)
Di kebanyakan bangunan komersial, pejabat atau institusi pendidikan, penggunaan sebenar tidak 24/7 . Walau bagaimanapun, banyak sistem rangkaian kekal dihidupkan secara berterusan. Menetapkan dasar yang jelas untuk menutup atau menghibernasi peralatan tertentu di luar waktu operasi biasa adalah salah satu langkah paling mudah dan paling berkesan.
Contohnya, titik akses Wi-Fi boleh dimatikan di kawasan yang tiada aktiviti waktu malam atau pada hujung minggu, serta beberapa elektronik pengguna atau lapisan akses yang tidak kritikal. Dalam persekitaran yang membolehkan liputan, menambah baik isyarat dengan penggalak isyarat Wi-Fi boleh mengurangkan bilangan titik akses aktif. Sebaliknya, elemen tertentu seperti pelayan yang menyediakan perkhidmatan awan, sistem pemantauan keselamatan atau pautan tulang belakang utama mesti kekal aktif.
Ideanya bukanlah untuk "mematikan sesuatu hanya untuk mematikannya," tetapi sebaliknya untuk mengklasifikasikan infrastruktur kepada tahap kritikal dan menggunakan profil operasi yang berbeza: peralatan sentiasa hidup, peralatan dengan penutupan berjadual, peranti dengan mod kuasa rendah yang agresif, dan sebagainya. Apabila dilaksanakan dengan betul, pendekatan ini dapat mengurangkan beban hantu dengan ketara tanpa menjejaskan kesinambungan perkhidmatan.
Pemantauan tenaga: tanpa data tiada penjimatan
Walaupun dengan reka bentuk yang baik dan peralatan yang cekap, mengesan ketidakseimbangan hampir mustahil tanpa pemantauan tenaga yang berterusan . Kegagalan dalaman, konfigurasi yang salah atau penyimpangan mudah dalam operasi peranti boleh menyebabkan penggunaan tenaganya meningkat tanpa sebarang masalah prestasi yang jelas.
Oleh itu, adalah penting untuk mempunyai alat dan perisian pengurusan tenaga yang mampu membaca data masa nyata mengenai penggunaan oleh peralatan, rak, talian atau perkhidmatan. Sistem ini membolehkan pengenalpastian anomali yang pantas dengan membandingkan prestasi semasa dengan corak sejarah atau dengan rujukan daripada pemasangan yang serupa.
Sebaik sahaja sisihan dikesan, langkah seterusnya adalah untuk menyiasat punca masalah : Adakah peralatan yang semakin usang? Kipas tersumbat? Tetapan kuasa yang kekal dalam mod "maksimum" selepas ujian? Pemantauan bukan sahaja menimbulkan penggera, tetapi juga menyediakan asas objektif untuk mengutamakan pelaburan dan tindakan penambahbaikan.
Pendigitalan, IoT dan grid pintar untuk penjimatan tenaga
Secara paradoksnya, teknologi yang sama yang telah meningkatkan penggunaan dalam banyak bidang juga merupakan sekutu utama dalam mengawal dan mengurangkannya . IoT, 5G, grid pintar dan sistem pengurusan tenaga canggih membolehkan kita beralih daripada rangkaian "buta" kepada infrastruktur yang menyedari penggunaannya sendiri.
IoT dan kecekapan tenaga: dari Kilang Pintar ke Bandar Pintar
Internet of Things menghubungkan mesin, sensor dan peranti antara satu sama lain , sama ada melalui internet atau melalui rangkaian persendirian khusus. Lapisan sensor dan penggerak ini membolehkan kawalan dan pengautomasikan penggunaan dalam masa nyata, tanpa campur tangan pengguna yang berterusan.
Dalam sektor perindustrian, Industri 4.0 menggunakan sensor untuk mengukur penggunaan tenaga mesin dan barisan pengeluaran, menghantar data ini ke platform pengurusan yang menganalisis penggunaan dalam masa nyata. Maklumat ini membolehkan pelarasan pada jadual, beban dan mod operasi, menyesuaikan penggunaan tenaga dengan keperluan pengeluaran sebenar dan mencegah puncak yang tidak perlu.
Di bandar-bandar, projek Bandar Pintar mengaplikasikan IoT kepada infrastruktur awam : pencahayaan yang dikawal selia mengikut kehadiran orang atau kenderaan, bangunan perbandaran dengan kawalan iklim pintar, pengairan automatik berdasarkan data kelembapan, dan sebagainya. Contoh seperti pemasangan sensor di lampu jalan yang hanya diaktifkan apabila ia mengesan pergerakan sudah menjadi kenyataan di beberapa bandar di Sepanyol.
Di rumah, peralatan yang disambungkan dan sistem automasi rumah membolehkan anda melaraskan suhu, pencahayaan dan operasi peralatan berdasarkan jadual, keadaan luar atau kadar elektrik. Sensor mengumpul data penggunaan masa nyata yang kemudiannya digunakan untuk analitik ramalan, membantu menjangka penggunaan puncak dan merancang dengan lebih baik apa yang dihidupkan dan bila.
Grid pintar: rangkaian elektrik yang lebih pintar dan cekap
Grid pintar mengintegrasikan ICT, sensor dan sistem komunikasi untuk menyelaras penjanaan, pengedaran dan penggunaan. Daripada rangkaian sehala yang tegar, ia mewujudkan sistem interaktif di mana pengguna juga boleh menjadi pengeluar (prosumer).
Hasil daripada rangkaian ini, adalah mungkin untuk menghidupkan atau mematikan peralatan mengikut keperluan rangkaian , melaraskan bekalan dan permintaan hampir dalam masa nyata. Kajian dan projek Eropah telah menunjukkan bahawa penjimatan penggunaan tenaga sehingga 30% boleh dicapai apabila penyelarasan ini diuruskan dengan baik, menggabungkan penjanaan berpusat dan terpencar (seperti panel fotovoltaik dan turbin angin mikro atas bumbung).
Inisiatif seperti platform Eropah Enersip telah menunjukkan bahawa, dengan palam pintar, sensor penggunaan dan platform data yang mantap , adalah mungkin untuk memantau penggunaan elektrik di rumah, perniagaan dan seluruh kawasan kejiranan secara terperinci. Data ini membolehkan pengesanan corak, ramalan permintaan puncak dan pelaksanaan langkah kawalan automatik atau yang disyorkan untuk pengguna.
Satu penemuan yang amat menarik ialah perubahan tingkah laku pengguna adalah sama pentingnya dengan teknologi . Dalam kajian rintis, kira-kira separuh daripada potensi penjimatan datang daripada peningkatan kesedaran dan penggunaan alatan berasaskan web yang menyediakan data penggunaan masa nyata dan cadangan khusus (contohnya, menjadualkan mesin basuh untuk beroperasi pada awal pagi dan bukannya menggunakannya semasa waktu puncak).
IoT dan pengangkutan: laluan yang lebih cekap dan kurang bahan api
Pengangkutan merupakan salah satu sektor yang paling intensif tenaga , menyumbang hampir 40% daripada jumlah penggunaan di negara-negara seperti Sepanyol. Di sini, IoT telah menemui aplikasi yang ideal untuk menjimatkan bahan api dan meningkatkan kecekapan.
Dengan kenderaan yang terhubung, laluan optimum dapat dirancang dari segi masa dan penggunaan bahan api , kesesakan lalu lintas dapat dielakkan, dan armada dapat diuruskan secara berpusat. Sensor onboard memantau prestasi enjin, gaya pemanduan dan keadaan keseluruhan kenderaan, mengesan kecekapan tenaga atau masalah penyelenggaraan sebelum ia menjadi kos yang lebih tinggi.
Jika ini digabungkan dengan infrastruktur pengecasan pintar untuk kenderaan elektrik, diselaraskan dengan grid pintar dan dengan maklumat masa nyata tentang rangkaian, ekosistem yang lebih cekap dapat dicapai dalam penggunaan tenaga , baik elektrik mahupun bahan api fosil.
Cabaran tenaga rangkaian 5G dan peluang untuk kecekapan
Kajian terbaru menunjukkan bahawa perkakasan rangkaian 5G boleh menggunakan tenaga dua hingga empat kali ganda lebih banyak daripada rangkaian 4G , apabila membandingkan infrastruktur yang setara. Ini memberikan cabaran berganda: mengekalkan janji prestasi, latensi dan kapasiti 5G tanpa meningkatkan perbelanjaan operasi (OPEX) atau jejak karbon secara tidak mampan.
Walaupun begitu, beberapa kemajuan teknologi membantu mengatasi peningkatan ini: virtualisasi fungsi rangkaian (NFV) , pemultipleksan canggih dalam gentian optik, antena kristal cecair (LC), dan unit radio berkecekapan tinggi dengan penyejukan pasif, antara lain. Semua ini menunjukkan rangkaian yang lebih fleksibel, yang mampu menghidupkan dan mematikan kapasiti mengikut permintaan sebenar.
RAN dan O-RAN: barisan hadapan utama untuk penjimatan dalam rangkaian mudah alih
Dalam rangkaian mudah alih, RAN menyumbang lebih 70% daripada jumlah penggunaan tenaga . Pengenalan seni bina terbuka dan terasing seperti O-RAN memberikan peluang yang besar untuk mengoptimumkan perbelanjaan ini, hasil daripada kebolehprograman yang lebih baik dan keupayaan untuk menggunakan penyelesaian daripada pelbagai vendor.
Di makmal, pengendali boleh menguji pelbagai konfigurasi penjimatan tenaga pada peralatan RAN mereka: mod tidur sel, pelarasan kuasa, penutupan pembawa separa, dan sebagainya. Pengesahan awal strategi ini, digabungkan dengan alat ujian bersepadu (serat, RF, penyegerakan, analisis gangguan), memastikan matlamat kecekapan tidak menjejaskan pengalaman pengguna.
Di lapangan, pengoptimuman pautan gentian backhaul dan x-haul adalah penting. Pautan berprestasi tinggi yang diperakui dengan baik dapat mengurangkan kerugian, mencegah penghantaran semula dan memanjangkan jangka hayat peralatan, mengakibatkan rangkaian menggunakan kurang tenaga untuk membawa jumlah data yang sama.
Kecerdasan lokasi dan kembar digital
Gabungan analitik lanjutan, data mobiliti dan pembelajaran mesin membolehkan penciptaan kembar digital rangkaian yang mensimulasikan tingkah lakunya dalam keadaan yang berbeza. Model maya ini, yang diberi makan dengan data sebenar, boleh meramalkan kesan penutupan atau pengurangan isyarat pada masa dan lokasi tertentu.
Dengan cara ini, pengendali boleh memutuskan sambungan sel sebahagian atau sepenuhnya, melaraskan kecondongan antena dan mengagihkan semula trafik sambil mengekalkan kualiti perkhidmatan yang boleh diterima. Kembar digital mengira keseimbangan antara penjimatan tenaga dan pengalaman pelanggan, membolehkan penalaan halus parameter rangkaian yang berterusan sebagai sebahagian daripada kitaran pengoptimuman yang berterusan.
Sistem pengurusan tenaga dan platform pintar
Untuk melengkapkan kitaran ini, banyak organisasi sedang menerima pakai Sistem Pengurusan Tenaga (EMS) yang mampu mengintegrasikan data penggunaan daripada pelbagai sumber: rangkaian komunikasi, penyaman udara, pencahayaan, pengeluaran, dan sebagainya. Platform ini membantu mengutamakan tindakan dan mengukur impak sebenar langkah-langkah penjimatan tenaga.
Sistem pengurusan tenaga moden (EMS), yang disokong oleh kecerdasan buatan, boleh membandingkan prestasi tenaga bangunan dengan bangunan yang serupa , mengesan sisihan dan mencadangkan cadangan penambahbaikan di mana terdapat potensi penjimatan terbesar. Tambahan pula, lebih banyak data yang dikumpulkan, lebih tepat sistem tersebut, mempelajari corak penggunaan berdasarkan hari bekerja, cuti, masa penggunaan dan keadaan luaran.
Dalam konteks rangkaian dan telekomunikasi, platform ini membolehkan keputusan dibuat dengan jelas seperti menggantikan peralatan tertentu, mengkonfigurasi semula jadual, menukar algoritma rangkaian atau melabur dalam sensor IoT baharu . Ia bukan lagi sekadar soal intuisi tentang "ini sepatutnya menjimatkan wang," tetapi melihat dalam papan pemuka dan melaporkan dengan tepat apa yang berlaku dengan setiap tindakan.
Keseluruhan ekosistem peranti yang cekap, algoritma pintar, grid pintar, IoT dan sistem pengurusan tenaga ini menunjukkan bahawa adalah mungkin untuk mempunyai rangkaian komunikasi yang berkuasa yang juga jauh lebih mesra alam . Cabarannya bukan terletak pada teknologi itu sendiri—yang sudah wujud—tetapi dalam mengintegrasikannya secara berkesan, memastikan operasi harian yang lancar dan, yang paling penting, memupuk perubahan pemikiran dalam kalangan pengguna, perniagaan dan pengendali rangkaian.
