5G NR -verkon energiatehokkuuden kehittämisen keinoja
Harjaluoma, Laura (2021)
Harjaluoma, Laura
2021
Teknis-taloudellinen kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Business and Technology Management
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202106205985
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202106205985
Tiivistelmä
Matkapuhelinverkkojen merkitys yhteiskunnalle on kasvanut verkkojen kehittyessä monipuolisemmiksi. Digitalisaatio ja kehittyneemmät verkot ovat tärkeä osa jokapäiväistä vuorovaikutusta ja monia yhteiskunnan toimintoja. Matkapuhelinverkkojen kehittyminen ja yleistyminen ovat lisänneet matkapuhelinverkkojen käyttäjien määrää, joka kasvaa jatkuvasti nopeammin. Käyttäjien määrän lisääntyminen kasvattaa verkossa liikkuvan mobiilidatan määrää. Myös matkapuhelinverkon käyttäjien mobiilidatan kulutustottumukset ovat muutoksessa kohti dataintensiivisempää sisältöä. Nämä tekijät johtavat matkapuhelinverkkojen suurempaan energiankulutukseen.
Koska 5G NR -verkot ovat suunniteltu vastaamaan jatkuvasti kasvavaan mobiilidatan kysyntään sekä uusiin vaatimuksiin teollisuudesta, niiden vaikutusta matkapuhelinverkkojen energiankulutukseen on syytä tarkastella. Dataliikenteen määrä matkapuhelinverkoissa nousee 5G:n myötä, koska se mahdollistaa käyttötottumusten muutoksen mukaisen datarikkaan sisällön kuluttamisen entistä tehokkaammin. 5G-verkko on energiatehokkaampi kuin aikaisemmat verkot eli se pystyy kuljettamaan enemmän datayksikköjä energiamäärää kohti kuin aikaisemmat matkapuhelinverkot, silti 5G-verkkojen myötä verkontarjoajat kertovat niiden energiankulutuksen kaksin- tai kolminkertaistuvan. Tämän takia on tärkeää ymmärtää, mistä energiankulutuksen kasvu johtuu, jotta voidaan tutustua ja käsitellä keinoja, joilla 5G:n energiatehokkuutta voidaan kehittää.
Tutkimuksessa todettiin, että 5G-verkko on matkapuhelinverkkojen uudenlainen viitekehys, joka tavoittelee virtuaalisten verkkoja, palvelupohjaista arkkitehtuuria ja uuden rajapinnan luomista, jotta esimerkiksi 4G-verkot voidaan liittää osaksi 5G-verkkoa. Radiopääsyteknologiasta riippumaton rajapinta auttaa 5G-verkkoja kestämään tulevaisuuden haasteita paremmin. Koska 5G-verkko käyttää hyväksi verkon eri osien virtualisointia ja ohjelmoitavuutta, on mahdollista luoda joustavasti resursseja käyttävä verkko. Kun verkon resursseja käytetään joustavasti, verkon energiatehokkuus kehittyy.
Tutkimus osoitti, että 5G-verkon radiopääsyverkkoa, tukiasemia sekä sen runkoverkkoa kehittäviä keinoja on useita. Tutkimuksessa haluttiin luoda yleiskatsaus 5G-verkkojen rakenteeseen ja rakenteen mahdollistamiin energiatehokkuutta kehittäviin keinoihin. Radiopääsyverkon ja tukiasemien keinot liittyvät tukiasemien energian säästöön eli lepotiloihin, massiivisiin moniantennitekniikoihin ja radiosignaalien suuntaamiseen eli keilanmuodostukseen sekä pilvipohjaisiin radiopääsyverkkoratkaisuihin. Runkoverkon energiatehokkuutta kehittävät keinot taas kohdistuivat runkoverkon laitteiston sekä sen toimintojen jakamiseen virtualisoinnin ja ohjelmoinnin avulla, kuten myös runkoverkon tehokkaaseen resurssien ohjaamiseen.
Koska 5G-verkkojen energiankulutuksen vaikutus oletetaan olevan merkittävä, jatkotutkimuksen kannalta voidaan tutkia ratkaisuja, joilla käytettyä energiaa voidaan ottaa talteen esimerkiksi tukiasemien jäähdytyksen yhteydessä. Mahdollista olisi myös tutkia dataliikenteen minimointia, jotta verkon laitteiden kuormitus vähenee. Voidaan myös tutkia uusiutuvan energian ratkaisuja matkapuhelinverkon osien energianlähteinä, jotta energiankulutuksen päästöjen merkitys pienenee.
Koska 5G NR -verkot ovat suunniteltu vastaamaan jatkuvasti kasvavaan mobiilidatan kysyntään sekä uusiin vaatimuksiin teollisuudesta, niiden vaikutusta matkapuhelinverkkojen energiankulutukseen on syytä tarkastella. Dataliikenteen määrä matkapuhelinverkoissa nousee 5G:n myötä, koska se mahdollistaa käyttötottumusten muutoksen mukaisen datarikkaan sisällön kuluttamisen entistä tehokkaammin. 5G-verkko on energiatehokkaampi kuin aikaisemmat verkot eli se pystyy kuljettamaan enemmän datayksikköjä energiamäärää kohti kuin aikaisemmat matkapuhelinverkot, silti 5G-verkkojen myötä verkontarjoajat kertovat niiden energiankulutuksen kaksin- tai kolminkertaistuvan. Tämän takia on tärkeää ymmärtää, mistä energiankulutuksen kasvu johtuu, jotta voidaan tutustua ja käsitellä keinoja, joilla 5G:n energiatehokkuutta voidaan kehittää.
Tutkimuksessa todettiin, että 5G-verkko on matkapuhelinverkkojen uudenlainen viitekehys, joka tavoittelee virtuaalisten verkkoja, palvelupohjaista arkkitehtuuria ja uuden rajapinnan luomista, jotta esimerkiksi 4G-verkot voidaan liittää osaksi 5G-verkkoa. Radiopääsyteknologiasta riippumaton rajapinta auttaa 5G-verkkoja kestämään tulevaisuuden haasteita paremmin. Koska 5G-verkko käyttää hyväksi verkon eri osien virtualisointia ja ohjelmoitavuutta, on mahdollista luoda joustavasti resursseja käyttävä verkko. Kun verkon resursseja käytetään joustavasti, verkon energiatehokkuus kehittyy.
Tutkimus osoitti, että 5G-verkon radiopääsyverkkoa, tukiasemia sekä sen runkoverkkoa kehittäviä keinoja on useita. Tutkimuksessa haluttiin luoda yleiskatsaus 5G-verkkojen rakenteeseen ja rakenteen mahdollistamiin energiatehokkuutta kehittäviin keinoihin. Radiopääsyverkon ja tukiasemien keinot liittyvät tukiasemien energian säästöön eli lepotiloihin, massiivisiin moniantennitekniikoihin ja radiosignaalien suuntaamiseen eli keilanmuodostukseen sekä pilvipohjaisiin radiopääsyverkkoratkaisuihin. Runkoverkon energiatehokkuutta kehittävät keinot taas kohdistuivat runkoverkon laitteiston sekä sen toimintojen jakamiseen virtualisoinnin ja ohjelmoinnin avulla, kuten myös runkoverkon tehokkaaseen resurssien ohjaamiseen.
Koska 5G-verkkojen energiankulutuksen vaikutus oletetaan olevan merkittävä, jatkotutkimuksen kannalta voidaan tutkia ratkaisuja, joilla käytettyä energiaa voidaan ottaa talteen esimerkiksi tukiasemien jäähdytyksen yhteydessä. Mahdollista olisi myös tutkia dataliikenteen minimointia, jotta verkon laitteiden kuormitus vähenee. Voidaan myös tutkia uusiutuvan energian ratkaisuja matkapuhelinverkon osien energianlähteinä, jotta energiankulutuksen päästöjen merkitys pienenee.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]