移动通信网络的能源效率和可持续性(A 5G Americas white paper)学习-4（系统架构节能解决方案）

4. 系统架构节能解决方案

正如之前强调的，RAN 是整个移动网络中耗电量最大的部分，因此也是实现节能的首要关注领域。作为首要目标，系统架构及其节能优化应促进 RAN 中高效节能。但是，为了提高网络的整体能效，也需要优化端到端网络的功耗。因此，作为第二个目标，还需要针对核心网络基础设施的能效改进措施和优化。

总的来说，核心网现代化和引入云原生 5G 核心网 (5GC) 使得能够使用能效优化的云平台和边缘组件，其功耗可以随负载进行扩展（参见第 6.3 节）。此外，存在用于管理和协调 RAN 节能功能（例如容量小区关闭以及网络功能的上下电）激活和停用的明确的操作、管理和维护 (OAM) 机制，例如 3GPP TS 28.310。这些激活和停用机制基于网络元素或网络功能的节能状态（也定义在 3GPP TS 28.310 中），并指示它们何时断电。例如，流量卸载可能基于小区进入节能状态的决定而触发。

尽管存在现有标准，但启用功能可以使它们进一步关闭网络功能。目前，核心网络（包括 5GC 和边缘组件）通常以峰值容量模式运行（其中始终启用全部容量），因为核心网络的能效一直没有受到关注。因此，当前程序没有考虑能源方面，也没有设计成在节能状态和节能模式下以最佳方式运行。

基于微服务云原生架构的当前 5GC 实现可以进行与负载相关的调整。随着对端到端 (E2E) 节能的日益关注，人们设想了针对 5GC 的几种能效增强，以实现上述两个目标。3GPP 正在考虑为 5G-Advanced 及更高版本制定的预期措施和增强包括以下内容：

• 定义应用于 5GC 和网络切片的节能机制的启用器。这包括在低负载期间关闭一些微服务以节省能源，甚至关闭更大的网络功能（例如部署在校园内的边缘用户平面功能 (UPF)），还可以根据其能效和负载状态选择网络功能 (NF) 以更全局地节省能源。这些机制也可以按网络切片的方式引入。

• 支持估计和报告网络功能在云环境中的功耗（包括可再生能源比例）、能效（例如每单位数据量的功耗）以及碳排放，其中虚拟化网络功能 (VNF) 或微服务由可扩展的虚拟计算实例组成。可以在 AI/ML 或统计过程的帮助下定义优化服务关闭和重新启动的控制环路，以防止引入最终耗费更多能源的进程。为了避免关闭时出现不必要的服务中断，可能需要将当前正在运行的客户进程从正在关闭的实体中进行服务内迁移。

• 将能效作为一个服务标准（即作为一个服务特性）启用，包括启用功耗暴露（例如，在网络切片级别、订户级别、非公共网络 (NPN) 客户级别）和作为最佳努力服务策略的最大功耗限额的强制执行。在这种情况下，订阅策略可以定义 5G 系统为特定订户提供服务（例如千瓦时）的总功耗上限。

• 针对动态节能操作的增强，以使服务/应用程序适应网络条件，包括在预定义的时间、负载等情况下改变节能状态。

• 支持运营商之间动态共享 RAN 资源以节能，超越传统静态网络共享协议。这将允许运营商偶尔为通常通过其自己的网络基础设施在同一地理区域提供通信服务的其他运营商的订户提供服务，但这些运营商可以暂时关闭（部分）自己的基础设施以节能。通信服务的这种池化可以通过 RAN 共享技术（包括间接网络共享）或全国漫游协议（无论适用）实现，并适用于覆盖和/或容量层。在特定的地理区域，运营商可以轮流节能，每个运营商都临时为其他订户提供服务。

除了节能之外，减少碳足迹的需求也增加了利用替代和可再生能源（即绿色能源）的关注。然而，当前的系统架构标准并未提供与能源类型相关的标准（即考虑能源来源的碳排放强度）。因此，在设计未来网络时包含此类能源相关标准将有利于移动网络运营商根据能源来源部署政策。

4.1 网络切片

端到端网络切片因其可以有效地处理与吞吐量、延迟、移动性和可靠性相关的行业垂直领域和特殊服务特性，因此备受运营商的关注。端到端切片包含 RAN、移动核心网和传输网络，并提供切片间安全和无共享命运。目前，网络切片中的 RAN 功能由针对不同服务类别和相同波段编号运行的调度器提供。未来，可能可以在同一个调度器中混合使用不同的波段编号。带宽部分 (BWP) 机制允许这样做。端到端切片涉及多个网络域，每个切片都将适应所支持用例的独特需求，因此网络切片需要特别关注温室气体 (GHG) 排放控制。

控制切片架构中的温室气体排放的关键是确保每个与用例类别对应的端点被分配到与用例需求一致的最低功耗功率等级。可以监控切片及其子域（RAN、传输、核心、虚拟化平台）的网络和用户设备功耗，并通过统计学习方法进行训练，通过将端点分类到一个功率等级同时保持切片的定义特征来降低功耗。RAN、核心和传输方面都适用。其他地方描述的方法也适用，并可以根据服务特性和温室气体排放考虑推荐在切片上构建特定用例。

虽然网络切片仍然处于发展初期，但其概念具有相当大的吸引力。供应商和运营商都值得利用这项新技术开始制定绿色战略。