Paradoks sieci 5G – zużywa więcej prądu, ale jest bardziej energooszczędna
Antykomórkowi aktywiści lubią powtarzać, że budowa sieci 5G doprowadzi do światowego kryzysu energetycznego. Można się z nimi zgodzić jeśli nie zgłębimy tematu zużycia energii przez sieci nowej generacji.
Faktycznie mając dwa takie same nadajniki – LTE i 5G, ten drugi zużyje znacznie więcej prądu. Ale jednocześnie jego efektywność energetyczna, czyli ilość prądu zużyta do przesłania 1 GB danych, będzie o wiele niższa. Sieć LTE jest 7-10 razy wydajniejsza energetycznie od sieci 3G. Sieć 5G w stosunku do LTE nawet 20 razy.
Duża w tym zasługa charakterystyki pracy. Nadajniki sieci starszych generacji pracują cały czas. Przez 24 godziny na dobę emitują sygnał. Nadajnik sieci 5G kiedy nie jest używany, nie pracuje. Póki co.
To temat, który opisze Wam dokładniej w osobnym materiale na temat MBBF 2021, bo o rozwoju sieci 5G na świecie słyszeliśmy bardzo dużo podczas wydarzenia. Teraz ogólnie powiedzmy sobie, że wraz z rozwojem sieci 5G i wzrostem jej popularności nadajniki będą coraz mocnej wykorzystywane, a co za tym idzie, będą zużywać coraz więcej prądu. Huawei pokazał, jak można sobie z tym radzić i wygląda na to, że to bardzo słuszny kierunek rozwoju.
Czytaj też: Historia kobiet w IT. Cyfrowe dziewczyny i informatyka
Zielone 5G, czyli bezemisyjne sieci komórkowe. Łatwo powiedzieć, trudniej zrobić
Bezemisyjność to już w zasadzie globalny trend opanowujący największe firmy na świecie. Ładnie to brzmi marketingowo, ale nie zawsze idą za tym prezentacje konkretnych działań. Nie ma co ukrywać, to nie jest łatwy proces do zrobienia z dnia na dzień, czy nawet z roku na rok.
W przypadku 5G jest to o tyle trudne, że spadek emisji CO2 ma iść w parze z lawinowo rosnących użyciem sieci. Co widzimy na poniższej grafice. Z 5G ma docelowo korzystać o wiele więcej usług.
Zgodnie z przewidywaniami ruch w sieciach mobilnych ma wzrosnąć do 2025 roku (w stosunku do dzisiaj) 10-krotnie. Do 2030 roku już 100-krotnie. Z kolei zakładana emisja CO2 przez sieci komórkowe ma… spadać. O 45% do 2030 roku i całkowicie, o 100% do 2050 roku. To bardzo ambitne plany wymagające konkretnych zmian.
W jaki sposób obniżyć emisję CO2 i zużycie energii w sieciach komórkowych? Oto kilka przykładów proponowanych przez Huawei.
Wysoka integracja urządzeń
Osoby mocno siedzące w temacie telekomunikacji z góry uprzedzam, że momentami będę znacznie upraszczać niektóre zagadnienia. Tak, aby były bardziej zrozumiałe.
W starszych modelach budowy sieci komórkowej, jeden moduł stacji bazowej odpowiadał jednej częstotliwości lub technologii. Upraszczając – jedna skrzynka to 3G, druga 4G, trzecia 5G… Rozwój technologii pozwala dzisiaj integrować je w ramach jednego modułu. Wymaga on zasilania mniejszą ilością energii, a jednocześnie zwyczajnie zajmuje mniej miejsca.
Dotyczy to również anten. Konstrukcje wykorzystujące Massive MIMO zawierają w sobie coraz więcej małych anten. Każda z nich nadaje tylko wtedy, kiedy faktycznie jest używana. Kierując wiązkę (beamforming) prosto do docelowego urzązenia. Co przekłada się na lepsze działanie po naszej stronie (użytkownika, klienta). To właśnie dzięki temu wzrost wydajności sieci 5G jest tak duży w stosunku do LTE.
Uproszczenie konstrukcji
Duże stacje bazowe to coś, co zapewne kojarzycie z naszego otoczenia. Tym, czego nie zawsze widać z daleka, są urządzenia dodatkowe. Pod wielką wieżą stoi często pomieszczenie, w którym znajduje się sprzęt sieciowy. W trakcie pracy się grzeje, co wymaga wykorzystywania wydajnej klimatyzacji zużywającej duże ilości prądu. Dzięki integracji urządzeń sieciowych, zmniejsza się ich ilość. Co za tym idzie, nie wymaga już dużych, mocno klimatyzowanych pomieszczeń. Chodzi tutaj nie tylko o zmniejszenie liczby nadajników na stacjach bazowych, ale też zastępowanie dużych pomieszczeń ze sprzętem przez mniejsze szafy oraz wykorzystywanie nowych modułów zasilających.
Oto przykład z Chin:
Bazując na konkretnym przykładzie. Po integracji trzech szaf ze sprzętem w jedną, miesięczne wydatki na stację bazową operatora China Tower spadły o 4400 juanów miesięcznie, co obniżyło koszty eksploatacji i utrzymania o 75%. W innej lokalizacji po użyciu zasilaczy typu Blade efektywność energetyczna konkretnej stacji wzrosła do 96%, wydajność chłodzenia spadła o 700 kWh rocznie. Zauważono też redukcją utraty ciepła przez kable o 50%.
To nie koniec korzyści. Integracja sprzętu w mniejsze konstrukcje to również stacje bazowe przyjemniejsze dla oka. Mniejsze, znacznie mniej szpecące krajobraz.
Czytaj też: Od 1,5 roku używam smartfonów Huawei z HMS. Co zmieniło się w tym czasie?
Inteligentne zarządzanie siecią
Tutaj nie ma zbyt dużej filozofii. Chodzi o to, aby sieć pracowała wtedy, kiedy powinna. Co z definicji od razu łączy się z siecią 5G. Kluczem jest takie zaprojektowanie oprogramowania urządzeń sieciowych, aby nie zużywało energii wtedy, kiedy nie powinno. Idealnie obrazuje to poniższy wykres. Takie efekty będą możliwe dzięki rozwijaniu sztucznej inteligencji zarządzającej sprzętem sieciowym.
Dotychczasowe rozwiązania nie pozwalają na dynamicznie zarządzanie stacją bazową. Tak, aby szybko dopasowywała stan pracy do aktualnej sytuacji w sieci. Efektem czego mamy wykres poniżej. Nawet przy niskim obciążeniu nadajnika, zużycie energii jest bardzo wysokie. A powinno stopniowo rosnąc wraz ze zużyciem.
Recykling
Tutaj również nie ma dużej filozofii. Chodzi o budowanie urządzeń sieciowych z materiałów podlegających łatwemu recyklingowi oraz ich łatwy demontaż. Tak, aby w przypadku modernizacji dało się cały sprzęt łatwo rozebrać, przetworzyć i stworzyć z niego nowe urządzenia.
Odnawialne źródła energii
Zasilanie stacji bazowych (częściowe) energia słoneczną ma dwie zalety. Oczywiście przede wszystkim jest taniej. Z drugiej strony sprzęt zasilany w tradycyjny sposób (czasem również silnikami spalinowymi) generuje znaczne ilości CO2.
Idąc do konkretnych przykładów. Wykorzystanie paneli słonecznych do zasilania stacji bazowej w Grecji pozwoliło zredukować zużycie energii o 51,2% (14 500 kWh rocznie). Z kolei w przypadku przykładu z Pakistanu, połączenie paneli słonecznych z nowym systemem zarządzania energią obniżyło OPEX (wydatki związane z utrzymaniem) operatora o 81%.
Ile to będzie kosztować i czy tylko 5G może być zielone?
Podczas spotkania z przedstawicielami Huaweia padło bardzo ważne pytanie – ile to będzie kosztować? Nieco zaskoczyła mnie odpowiedź, bo firma nie zamierza ukrywać, że nowe rozwiązania są droższe. Modernizacja sieci na warianty Zielone będzie kosztować więcej. Huawei zaznacza jednak, że biorąc pod uwagę średni cykl życia urządzeń sieciowych szacowany na 10 lat, oszczędność wydatków na energię zacznie się zwracać po ok 5 latach.
A co ze starszymi sieciami? Czy tylko 5G będzie Zielone, a wcześniejsze technologie już nie? Wszystkie nowe urządzenia prezentowane przez Huaweia mogą działać ze stacjami starszej generacji. Obsługują wszystkie częstotliwości, w tym używane przez LTE, które zapewne zostanie z nami jeszcze przez długie lata. Dlatego też widoczne powyżej nadajniki zasilane energią słoneczną można z powodzeniem wykorzystywać w sieci LTE.
Rozwiązania dla sieci stacjonarnych, data center oraz auto z systemami Huawei
Jeszcze w ramach ciekawostki powiem Wam o pokazanych rozwiązaniach z innych dziedzin łączności. Oto przykład potężnej miniaturyzacji modułu przeznaczonego do użytku w data center.
A tutaj możecie zobaczyć jak wykorzystanie nowych rozwiązań może przełożyć się na ilość miejsca zajmowanego przez sprzęt w data center. Po lewej przed, po prawej po.
Huawei pokazał też nowe kable światłowodowe. Pierwszy wygląda niemalże jak silikon, co powinno przypaść do gustu estetom chcącym ukryć przewody w domu.
Z kolei drugi charakteryzuje się bardzo dużą elastycznością. Co otwiera nowe możliwości w montażu kabli w miejscach dotychczas niedostępnych.
Podczas targów IAA Mobility 2021 miałem okazję zobaczyć rozwiązania Huawei przeznaczone dla samochodów. Przeczytacie o nich w tym materiale. Na MBBF 2021 pojawiło się chińskie auto korzystające z tych rozwiązań, ale… raczej w formie makiety. Przedstawiciele firmy tłumaczyli, że z przyczyn prawnych auto musiało mieć wymontowane akumulator i port ładowania, więc mogliśmy popatrzeć tylko na to, jak wygląda opakowanie systemów Huawei. Ładna maszyna, ale to wszystko co mogę o niej powiedzieć.
Czy nowe rozwiązania się przyjmą? Zielone 5G teraz w rękach operatorów
Teraz to od operatorów zależy, czy Zielone 5G będzie faktycznie zielone. Testy, jakie Huawei już prowadzi ze swoimi partnerami w różnych krajach pokazują konkretne oszczędności kosztów zarządzania siecią. Niskoemisyjne rozwiązania są już wykorzystywane w ponad 100 krajach. M.in. w Arabii Saudyjskiej, Grecji, Pakistanie i Szwajcarii. Przekłada się to na zmniejszenie emisji CO2 aż o 40 mln ton.
O ile w przypadku 5G zapewne wielu operatorów zdecyduje się na budowę już w oparciu o nowe, oszczędne rozwiązania, tak w przypadku LTE raczej może zabraknąć chęci na modernizowane sieci większym nakładem finansowym. A przynajmniej w tej chwili. W niepewnych czasach dodatkowy wydatek może nieco odstraszać.
Na koniec odrobina prywaty. Czasem dostaję wiadomości mówiące o tym, że Huawei nie odkrywa Ameryki swoim sprzętem sieciowym i podobne rozwiązania ma już Nokia czy Ericsson. Może i tak, że Huawei w przeciwieństwie do nich chwali się swoimi produktami. Daje możliwość ich zobaczenia, opowiada o ich działaniu. Takiej otwartości w przypadku innych firm zdecydowanie brakuje. Jeśli zastanawiacie się, dlaczego w sieci znacznie więcej jest materiałów o Huaweiu, to właśnie to jest tego przyczyną.