Castle on a Cloud

除了 3GPP 定義了網路節能的框架外, O-RAN 組織也定義了對應的節能功能, 稱為 Network Energy Saving (NES), 在 O-RAN 定義的架構下, NES 又可以分成以下的應用案例: Carrier and Cell Switch Off/On → 負載低時, 不影響 QoS 下, 關閉 Carrier 或是 Cell RF Channel Reconfiguration Off/On → Beamforming 下, 關閉部分 RF 陣列 Advanced Sleep Mode Selection → O-RU, O-DU, O-CU 的 Sleep Mode 選擇 O-Cloud Resource Energy Saving Mode → O-DU, O-CU 計算資源的能源節省 在 O-RAN 的 Use Case 中, 多數的功能都在 3GPP 的定義功能下, 但是相比 3GPP 的大基站節能框架, O-RAN Use Case 更著重在小基站的環境, 較不著重在底層無線傳輸的調整, 而著重在無線的設定調整, 因此, 在前兩個子項中, O-RAN 定義了不同層級的 ON/OFF 節能, 從 Cell, Carrier, RF array, 從大到小, 提供不同精細度的調整. 第三個子項, 則對應時間上的節能, 並實作於 3GPP 的框架中, O-RAN 扮演的角色像是不同基站的協調者, 同時滿足接取與解能的需求. 第四個子項, 則是目前看到 O-RAN 特有的項目, 透過 O-Cloud 與虛擬化技術, O-RAN 還可以調整 O-CU/O-DU 的計算資源, 提供計算資源上的節能成果. 針對 NES 的功能, O-RAN 也定義了對應的統計指標 (KPI), 包含: O-RU specific KPIs: Energy efficiency and power consumption  O-CU/O-DU hardware & software/ O-Cloud software & platform KPIs 在 O-RAN 所定義的 KPI 中明顯分成兩項:  RU 代表硬體的無線功率節省, O-CU/O-DU 代表的軟體耗能, 基於 KPI 的定義, O-RAN 也提供了資訊交換的流程圖, 如下所示: 

在上一篇文章中, 我們介紹了網路節能的基本概念, 並從 Nokia 的角度出發, 說明了網路節能的好處與必要性, 接下來, 我們將基於聯發科吳威德博士在陽明交大的演講, 介紹從 3GPP 角度出發的網路節能功能探討. 在吳博士的演講中, 針對網路節能的必要性提出了兩個說明: 1) 5G NR 的通訊通率上升: 5G NR 中, 為了增加通訊容量, 大量使用多天線技術 (massive MIMO), 多天線技術, 尤其在 mmWave 的頻帶上, 可以有效增加通訊效能, 使得 5G 技術相對於 4G 更加耗電 (2 倍的通訊容量, 需要 8 倍天線個數), 根據 Ericsson 的調查, 從 2020 到 2030, 用於通訊能源的消耗將成長 61 倍.  2) 電費對於電信營運商的營運成本: 在現在電信營運商的營運成本中, 約略 20-40% 來自於電費, 以台灣三大營運商而言, 一年的電費約略是 20 億元, 在可見的未來, 由於綠能以及碳排稅的需求,  電費佔電信營運商的成本可能會將近 5 成, 甚至造成負擔. 考慮到上述的節能需求, 3GPP 從 R17 開始討論網路節能的功能, 在技術上的討論可以分成 3 個方向: 時間, 空間/功率, 頻率, 整體的進程可以以下圖表示: 來自: MTK 吳威德博士整理 針對每一項技術的細節, 我們會再找時間詳細介紹, 我們先從概念上了解 3GPP 在節能上的功能設計: 時間: 在基站加入類似手機休眠功能, 基地台也可以休眠, 根據 loading 決定工作時間 空間/功率: 透過功率和 beamforming 調整, 根據使用者位置與需求, 調整無線設置 頻率: 根據負載調整基地台的頻率使用,  類似反向的 Carrier Aggregation (CA) 在整體功能上, 由於 RF 是主要的能源消耗的部件, 因此, 直接的調整 RF 開關 (時間上多工), 或是 RF 功率調整 (空間上多工), 都比起頻率上多工來得更有節能效果, 整體的比較如下圖表: 來自: MTK 吳威德博士整理 以 3GPP 的角度來看,  主要的目標在於定義使用者 (UE) 和基站的共同協作機制, 因此, 特別著重的情境仍是大基站 (marco cell) 對使用者的節能功能, 但如果考慮企業專網, 或是小基站密集佈建的情境, 則會有不同的思考