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浅谈无线网络能效的优化与评估
文章从能效测度入手,对已有的无线网络能效测度评价体系进行了讨论,并提出以碳排放量为标准和与网络负载相结合的能效测度模型。在能效测度模型的基础上,文章提出减少设备使用、无线资源调度、节点协作等一系列无线网络能效优化方法,并建议在无线网络协议架构中加入能效监控和能效评估模块。文章还对无线网络能效优化和评估方法中存在的技术挑战进行了展望。
  绿色通信;无线网络;能效测度;能效优化
  
  [Abstrat]:This paper disusses etris and evaluatin ethds fr energy effiieny in ireless netrks. It is prpsed that arbn eissins are the standard fr easuring energy effiieny, and energy effiieny is evaluated arding t different netrk lads. Using the etri del, several ethds are available fr reduing energy nsuptin, inluding dereasing equipent usage, radi resure sheduling, and nde peratin. nitring and evaluating energy effiieny shuld als be added t ireless netrk prtls as an extra dule. Tehnial hallenges assiated ith ptiizing and evaluating energy effiieny are disussed in nlusin.
  green uniatins; ireless netrks; energy effiieny etri; energy effiieny ptiizatin
  
  随着无线通信技术的飞速发展,通信网与互联网的日益融合,移动互联网将向用户提供个性化的多种业务,很大程度上改变人们的生活习惯。但是,在通信日渐深入人们生活,网络规模不断扩张的同时,无线通信与环境的不和谐也日益明显,并越来越引起人们的关注[1]。绿色通信必将引起通信技术的一次革命。降低通信行业的能耗,不仅仅对行业自身降低成本大有裨益,同时能够减少对能源的消耗,实现可持续发展。
  通信行业的能量消耗包括信息传输能耗、设备制造能耗、机房温度控制能耗等多个方面,而本文主要从整个网络的角度讨论无线信息传输过程的能效。
  
  1 无线网络的能效测度
  
  根据信息论可知,传输速率越低,则能量消耗越小。传输速率与能量消耗的关系如图1所示。图1中,达到/2速率的能量消耗远小于按速率进行传输的能量消耗的一半。由于业务数据传输有时延限制,所以传输不可能太慢。在业务时延要求满足的前提下,用尽量低的速率进行传输可以获得较高的能效。可以看出,存在传输性能和能量消耗之间的折衷平衡。要降低通信网络的能耗,首先要建立相关关键技术的节能机制的能效测度。
  目前一些国际组织和企业已经制订了能效测度的定义和方法。国际节能测量和认证规程委员会制订了国际节能效果测量和认证规程[2](IPVP),提出了节能量测定的基本方法和4类测量方案以及在具体操作时的常见问题。美国Verizn电信公司提出了一种通信设备能量效率评价体系[3](TEEER),对通信过程的不同部分分别定义了对应的测试方式和能效计算公式,包括信息传输、交换路由、用户接入、功率放大器等。
  已有的大部分能效测度都是针对无线传输进行设计,只考虑了无线网络中的某部分的能效情况,而对不同网络环境下的效果无法得到合理的衡量。针对无线通信网络的能效测度,考虑无线网络的特点,在定义能效测度及其评价体系时可以考虑以下两个方面:
  (1)绿色通信的度量最终要与碳排放量相结合,而不能仅仅基于传输能耗,特别是当衡量整个系统、整个设备的绿色特性的场景下。事实上,单比特能耗与碳排放量并不是简单的线性关系,不同形式的能量来源其碳排放量显著地不同,所产生的效用也不同。在对整个无线网络进行能效评估时,需要把直接与绿色程度相关的碳排放量与无线网络的最终效用联系起来。
  (2)传统的单比特能耗等直接度量在实际无线网络的应用中存在很多的问题。比如与应用的具体场景包括噪声、负载等密切相关,很多通信算法和协议在低负载、低噪声情况下效能高,另一些则刚好相反。因此,仅仅单比特能耗是不足以刻画绿色的程度的,需要与负载有关的能效评价或者针对典型场景从统计意义上加以规范。通过与具体场景相结合来衡量在各种应用情况下的能效,得到更具有实际意义的结果。

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浅谈无线网络能效的优化与评估

文章从能效测度入手,对已有的无线网络能效测度评价体系进行了讨论,并提出以碳排放量为标准和与网络负载相结合的能效测度模型。在能效测度模型的基础上,文章提出减少设备使用、无线资源调度、节点协作等一系列无线网络能效优化方法,并建议在无线网络协议架
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