The massive increase of data traffic, the widespread proliferation of wireless applications and the full-scale deployment of 5G and the IoT, imply a steep increase in cellular networks energy use, resulting in a significant carbon footprint. This paper presents a comprehensive model to show the interaction between the networking and energy features of the problem and study the economical and technical viability of green networking. Solar equipment, cell zooming, energy management and dynamic user allocation are considered in the upgrading network planning process. We propose a mixed-integer optimization model to minimize long-term capital costs and operational energy expenditures in a heterogeneous on-grid cellular network with different types of base station, including solar. Based on eight scenarios where realistic costs of solar panels, batteries, and inverters were considered, we first found that solar base stations are currently not economically interesting for cellular operators. We next studied the impact of a significant and progressive carbon tax on reducing greenhouse gas emissions (GHG). We found that, at current energy and equipment prices, a carbon tax ten-fold the current value is the only element that could make green base stations economically viable.


翻译:数据流量的大规模增长、无线应用的大规模扩散以及5G和IoT的全面部署意味着蜂窝网络能源使用量的急剧增加,从而产生了巨大的碳足迹。本文件提供了一个全面的模型,以展示问题网络和能源特点之间的互动关系,并研究绿色网络的经济和技术可行性。太阳能设备、细胞放大、能源管理和动态用户分配在升级网络规划进程中加以考虑。我们提出了一个混合点优化模型,以尽量减少长期资本成本和运行能源支出,在包括太阳能在内的不同类型基站的网格式蜂窝网络中采用这种模型。根据考虑太阳能电池板、电池和倒置器的现实成本的八种假设,我们首先发现太阳基站目前对移动电话经营者来说在经济上不感兴趣。我们接下来研究了重大和渐进的碳税对减少温室气体排放的影响。我们发现,按照目前的能源和设备价格,目前10倍的碳税是使绿色基站在经济上可行的唯一因素。

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