اختصاصی شبکه علمی ثریا- با توجه به تکانه‌هایی که جهان ما تنها در دو سال گذشته متحمل شده است به نظر می‌رسد پیش‌بینی‌هایی در مورد اینکه ده سال آینده چگونه خواهد بود غیرعاقلانه به نظر برسد. اما آنچه که می‌توانیم با قطعیت پیش‌بینی کنیم این است که مصرف انرژی یکی از بزرگترین نگرانی‌های بشریت باقی خواهد ماند. با توجه به این حقیقت  که دیگر نمی توانیم برای رشد اقتصادی به سوخت های فسیلی تکیه کنیم فوریت مبارزه با تغییرات اقلیمی  حتی از آنچه که تا اکنون بوده است شدیدتر خواهد بود.

در مورد رشد، کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که بخش فناوری اطلاعات به شکوفایی خود ادامه می دهد. این خبر خوبی است، زیرا فناوری‌های دیجیتال به بهره‌وری انرژی و پایداری بیشتر آن کمک می‌کنند. به عنوان مثال، حضور ما در مکان هایی را از راه دور در نظر بگیرید که می تواند نیاز ما به سفر را کاهش دهد. با این وجود چالش ها آنقدر عظیم است که نمی‌توانیم تأثیرات زیست‌محیطی زیرساخت فناوری اطلاعات را نادیده بگیریم.

خوشبختانه مصرف کنندگان و صنایع به طور فزاینده ای از این تأثیر آگاه هستند. بهره وری از انرژی در حال تبدیل شدن به استفاده از دستگاه هایی مانند تلفن های هوشمند و لپ تاپ ها است به خصوص با بحث در مورد هزینه های زیست محیطی و ارزهای دیجیتال هیچ کس نمی تواند ادعا کند که از تأثیر بالقوه آنها بر مصرف انرژی جهانی ما بی اطلاع است.

یکی از زمینه هایی که در آن آگاهی نسبتاً کم است هزینه های زیرساخت شبکه بی سیم ما است. فروشندگان ایستگاه های پایه شروع به بررسی کارایی انرژی دستگاه های خود کرده اند. اما اپراتورهای شبکه در بررسی کل هزینه انرژی عملیات خود کند هستند.
از دیدگاه آنها این قابل درک است. پیچیدگی و چنین ملاحظاتی قابل توجه است. زمانی که از 5G فراتر برویم این پیچیدگی ها افزایش خواهد یافت وخبر خوب این که مدل‌های ما نیز برای ارزیابی این تاثیرات پیچیده‌تر می‌شوند.

ایستگاه های پایه بیشتر یا قدرت بیشتر؟

اگرچه جزئیات هنوز مورد بحث است اما از قبل مشخص است که 6G چندین نوآوری سخت افزاری را در بر خواهد گرفت. به عنوان مثال می توان به اشتراک طیف و زیرساخت (MIMO) عظیم بدون سلول و همگرایی ارتباطات با سنجش اشاره کرد. اما مهمتر از همه 6G نیاز به جابجایی به فرکانس های بالاتر از ۱۰۰ گیگاهرتز دارد. این عوامل به تکاملی می‌افزایند که قبلاً با 5G به سمت ساخت شبکه های پیچیده‌تر آغاز شده است. حرکت به سمت فرکانس‌های بسیار بالاتر اغلب به این معنی است که برد هر ایستگاه پایه بسیار کوتاه‌تر می‌شود. این به طور کلی منجر به نیاز به ایستگاه های پایه بیشتر برای اطمینان از پوشش کامل در بالاترین ظرفیت می شود.

آیا این خبر بدی از منظر مصرف انرژی است؟

پاسخ بله است. به عنوان یک قاعده کلی، اضافه کردن ایستگاه های پایه بیش از افزایش توان خروجی یک ایستگاه موجود بیهوده است. یک دلیل واضح برای این مسئله وجود دارد افزودن ایستگاه‌های پایه بیشتر به معنای جدا کردن منابع مشترک مانند خنک‌کننده ها است که بازدهی کلی انرژی را کاهش می‌دهد. این یکی از دلایلی است که (MIMO) در حال حاضر یک افزودنی ارزشمند به فناوری‌های اتصال بی‌سیم برای 5G است که مصرف برق در هر ایستگاه پایه را افزایش نمی دهد و در همین حال، دامنه را در سطح شبکه گسترش می‌دهد و ارتباط سریع‌تری را با چندین کاربر به صورت موازی امکان‌پذیر می‌سازد.

بنابراین آیا افزایش سطوح توان ایستگاه های پایه برای کاهش نیاز به ایستگاه های پایه اضافی ایده خوبی است؟ شاید ، اما در دنیای واقعی موانعی مانند مقررات محلی و بین‌المللی (EMF )که قرار گرفتن در معرض تشعشعات الکترومغناطیسی را محدود می‌کنند اغلب ظاهر می‌شوند. یکی دیگر از ملاحظات فراتر از دنیای واقعی در طراحی شبکه‌های بی‌سیم تعداد مشتریان در یک منطقه خاص و همچنین نیازهای پهنای باند آنها است. ما نمی توانیم فراموش کنیم که نرخ بیت، بر مصرف برق ایستگاه های پایه نیز تأثیر می گذارد. اگرچه 6G قادر به ارائه توان عملیاتی فراتر از انتظار خواهد بود.

اگر در مورد محدود کردن مصرف انرژی در زیرساخت‌های شبکه بی‌سیم پیچیده فردا جدی باشیم نمی‌توانیم به مدل‌های نسبتاً ساده و نظری بسنده کنیم. چالش در یافتن تعادل بهینه بین هزینه‌های انرژی اضافه کردن ایستگاه‌های پایه بیشتر و افزایش سطوح توان خروجی هر ایستگاه پایه نهفته است. این تمرینی است که باید برای هر اجرای مشخص و تکرار شود.  ما باید عواملی مانند محیط فیزیکی، زیرساخت های موجود، معیارهای نصب از پیش تعریف شده، نیازهای پهنای باند کاربران انسانی و غیر انسانی، دستورالعمل های (EMF) و غیره را نیز در نظر بگیریم.

گروه تحقیقاتی (WAVES imec) در دانشگاه گنت یک ابزار طراحی شبکه دسترسی رادیویی مبتنی بر فناوری (RAN) را دقیقاً برای چنین اهدافی توسعه داده است. ایجاد یک مدل سه بعدی از منطقه و پر کردن آن با کاربران مجازی طراحان شبکه را قادر می‌سازد تا مقدار ، مکان و سطوح توان ایستگاه‌های پایه را برای اطمینان از پوشش بهینه در یک منطقه معین محاسبه کنند. در حال حاضر این ابزار از انواع فناوری ها پشتیبانی می کند و به طور مداوم به روز می شود تا فناوری های نوظهوری مانند (mmWave) را نیز در بر گیرد. نکته کلیدی استفاده از ابزارهایی است که می توانند هم پیچیدگی شبکه های بی سیم ما و هم دنیای واقعی را مدیریت کنند. این ما را قادر می سازد تا حداکثر مصرف انرژی را بدون تأثیر بر کیفیت خدمات محدود کنیم.

این ابزارها به محدود کردن بخش هایی که اتصال بی سیم از بودجه انرژی جهان می برد کمک می کنند. اما این ابزارها تا همین جا به ما کمک می کنند در سطح شبکه، هیچ یک از فناوری‌هایی که برای 6G در نظر گرفته می‌شوند آزادی بیشتری  را در اختیار ما قرار نمی‌دهند. اگر بخواهیم مصرف انرژی شبکه های بی سیم خود را کنترل کنیم، حمل و نقل سنگینی باید در سطح دستگاه ها انجام شود. با کاوش در مصالح و معماری های جدید باید بتوانیم جهش عملکرد را از افزایش متناسب مصرف انرژی جدا کنیم. به عنوان مثال، فناوری های (III/V )  تقویت کننده هایی با توان کارآمدتر را فعال می کنند. آنها همچنین معماری بهینه را به سمت کاهش تعداد آنتن ها و اجزای آنالوگ هدایت می کنند.