Energieverbrauch in der Telekommunikation neu denken

Während sich die Welt der Telekommunikation weiterentwickelt, wächst der Bedarf an Energieeffizienz in sowohl kabelgebundenen als auch drahtlosen Kommunikationssystemen. Momentan tragen diese Systeme zu etwa 2-3% des globalen Energieverbrauchs bei, und diese Zahl wird bis 2030 auf über 20% ansteigen. Dieser Anstieg wird durch Fortschritte wie 5G und 6G-Netze angetrieben, die schnellere Datenübertragungen und breitere Bandbreiten versprechen. Das führt aber auch zu Herausforderungen beim Management des Energieverbrauchs, besonders in ressourcenarmen Umgebungen wie dem Internet der Dinge (IoT).

Verschwendete Energie ist ein grosses Problem für unsere Umwelt. Vor mehr als 80 Jahren war Lärm das Hauptproblem in der drahtlosen Kommunikation. Heute hat Energieverschwendung diese Rolle übernommen. Um dieses Problem anzugehen, wurde ein neuer Massstab namens Waste Factor eingeführt. Dieser Massstab hilft dabei, auszuwerten, wie effizient Energie in Kommunikationssystemen genutzt wird, besonders wenn mehrere Komponenten zusammen in einem Kaskadensystem arbeiten.

#Was ist der Waste Factor?

Der Waste Factor ist eine Möglichkeit, die Energieeffizienz in kaskadierten Kommunikationssystemen zu messen. Das bedeutet, er schaut sich an, wie viel Energie in jedem Teil des Systems verschwendet wird, während die Signale durchreisen. Durch die Analyse des Waste Factors können Ingenieure herausfinden, wo Energie verloren geht und die Gesamteffizienz verbessern.

In traditionellen Setups wird der Energieverbrauch oft in drei Hauptkomponenten unterteilt:

1. Signalweg-Energie: Das ist die Energie, die benötigt wird, um das eigentliche Signal zu senden.
2. Nicht-Signalweg-Energie: Das bezieht sich auf die Energie, die von verschiedenen Geräten verbraucht wird, die helfen, das Signal zu übertragen, wie Standby-Energie von Verstärkern.
3. Nicht-Weg-Energie: Das ist die Energie, die von Komponenten verbraucht wird, die nicht zum Signal beitragen, wie Displays oder unnötige Elektronik.

Indem man versteht, wie viel Energie in jedem Segment verbraucht wird, können Ingenieure den Waste Factor ableiten, was ein klareres Bild davon gibt, wie gut ein System funktioniert.

#Bedeutung in Rechenzentren

Rechenzentren sind Orte, an denen Computersysteme und zugehörige Komponenten untergebracht sind, die stark auf Energieverbrauch angewiesen sind. In diesen Einrichtungen kann der Waste Factor mit bestehenden Massstäben wie der Power Usage Effectiveness (PUE) verglichen werden. Die PUE bewertet den Gesamtenergieverbrauch, gibt jedoch nicht an, wie viel Energie während der tatsächlichen Datenübertragung verschwendet wird.

Der Waste Factor hingegen bietet eine differenziertere Sicht. Wenn man zum Beispiel zwei Rechenzentren mit identischen PUE-Werten vergleicht, kann der Waste Factor zeigen, welches davon effizienter beim Datentransfer ist. Das ermöglicht fundierte Entscheidungen zur Verbesserung der Energieeffizienz in Rechenzentren.

#Energieeffizienz und Telekommunikation

Der Übergang von 5G zu 6G treibt den Bedarf an energieeffizienten Lösungen in der Telekommunikation voran. Mit dem wachsenden Bedarf an Hochgeschwindigkeits- und Hochkapazitätsnetzwerken ist es entscheidend, ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Energieverbrauch zu finden. Ausserdem wird erwartet, dass der Anstieg von KI und maschinellem Lernen den Energiebedarf erhöhen wird. Daher konzentrieren sich Ingenieure jetzt mehr darauf, den Energieverbrauch zu senken und die Treibhausgasemissionen in drahtlosen Netzwerken zu reduzieren.

Einer der Hauptvorteile des Waste Factors ist, dass er einfache Vergleiche zwischen verschiedenen Kommunikationssystemen ermöglicht. Diese Standardisierung kann Ingenieuren helfen, energieeffizientere Geräte und Methoden zu entwickeln, die weniger Energie zum Betrieb benötigen.

#Bewertung der Leistung von Rechenzentren

Um zu verstehen, wie der Waste Factor die Energieeffizienz beeinflusst, schauen wir uns den Stromverbrauch eines typischen Rechenzentrums an. Die meiste Energie fliesst in Server, Netzwerkgeräte und Kühlsysteme. Es wird geschätzt, dass etwa 60-70% des Energieverbrauchs in einem Rechenzentrum von diesen Komponenten stammen, während Kühlsysteme weitere 30-40% ausmachen.

Durch die Verwendung des Waste Factors wird es einfacher, die Effizienz des Energieverbrauchs in diesem Kontext zu bewerten. Wenn man zum Beispiel zwei Rechenzentren vergleicht, würde das mit einem niedrigeren Waste Factor als effizienter angesehen, selbst wenn beide den gleichen Gesamtenergieverbrauch haben.

#Einblicke aus der Studie

Bei der Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Komponenten in einem kaskadierten Kommunikationssystem fanden die Forscher heraus, dass die Effizienz wichtiger Komponenten wie Phasenschieber die Gesamtleistung erheblich beeinflussen kann. Zum Beispiel wurden Veränderungen in den Energieverbrauchsmustern insbesondere bei Uplink-Übertragungen festgestellt, die mit Geräten zusammenhängen, die Informationen an eine Basisstation senden. Im Gegensatz dazu zeigten Downlink-Übertragungen, bei denen Geräte Daten empfangen, relativ stabile Energieeffizienz.

Ausserdem kann die Variation der Anzahl der User Equipment (UE) Geräte und Basisstationen (BS) die Energieeffizienz weiter beeinflussen. Die Erhöhung der Anzahl der BS kann zum Beispiel die Leistung in Downlink-Szenarien verbessern und das gesamte Kommunikationserlebnis steigern.

#Zukünftige Richtungen

Während wir weiterhin mehr IoT-Geräte übernehmen, wird der Bedarf an energieeffizienten Lösungen nur noch wachsen. Neue Technologien wie RF-Energie-Ernte bei hohen Frequenzen bieten Möglichkeiten, dieses Ziel weiter voranzutreiben. Die Zukunft der energieeffizienten Kommunikation wird auf sorgfältiger Planung und Design basieren.

Durch die Nutzung des Waste Factors können Ingenieure helfen, drahtlose Systeme zu entwickeln, die Energieverschwendung minimieren. Die Untersuchung der Energieeffizienz in Kommunikationssystemen bietet wertvolle Einblicke, wie wir umweltfreundlichere Technologien entwerfen können. Künftige Forschungen werden sich wahrscheinlich darauf konzentrieren, wie wir den Energieverbrauch in verschiedenen Kommunikationsanordnungen messen und verstehen können, besonders da die Branche sich in Richtung kleinerer Zellen und neuer Designs bewegt.

#Fazit

Der Waste Factor spielt eine wichtige Rolle bei der Bewertung der Energieeffizienz in der Telekommunikation und in Rechenzentren. Indem er eine detailliertere Perspektive auf Energieverbrauch und -verschwendung bietet, ermöglicht er Ingenieuren, Verbesserungsbereiche zu identifizieren und die Gesamtleistung zu steigern. Während sich die Telekommunikationsbranche weiterentwickelt, werden Masse wie der Waste Factor immer wichtiger, um die Bemühungen um umweltfreundlichere Kommunikationslösungen zu leiten.