Оптимізація інфраструктури мобільних мереж 6G

Abstract

The article presents an in-depth analysis of a comprehensive approach to ensuring the energy efficiency of hardware for sixth-generation (6G) networks as one of the key factors in the sustainable development of telecommunications infrastructure under the growing demand for high-speed, reliable, and environmentally balanced communication services. The study examines concepts and practical solutions aimed at reducing energy consumption while maintaining or improving the performance of network components, including base stations, user terminals, and data transmission and processing systems. The necessity of employing artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) algorithms for dynamic equipment operation management, load forecasting, and adaptive real-time power consumption regulation is substantiated. Prospects for integrating renewable energy sources, energy harvesting technologies, and wireless power transfer (WPT) systems are outlined, enhancing node autonomy and reducing dependence on conventional energy resources. The role of 6G in enabling high-precision environmental parameter monitoring, ecological mapping, and public environmental oversight through large-scale sensor networks and holographic communications is highlighted. A review of state-of-the-art channel modeling methods and signal propagation characteristics in the terahertz band is provided, taking into account multipath effects, massive MIMO utilization, intelligent beamforming, hybrid antenna arrays, and adaptive modulation and coding schemes. Strategies for optimizing performance and quality of service (QoS) indicators are defined, including the integration of AI/ML solutions, edge/fog computing, cognitive spectrum management, network slicing, and service-oriented architectures. The paper analyzes technical, regulatory, and environmental challenges of 6G deployment, such as standardization, cybersecurity resilience, frequency resource harmonization, carbon footprint reduction, and life-cycle energy efficiency of equipment. Directions for interdisciplinary research are identified, focusing on the development of adaptive, fault-tolerant, scalable, and energy-efficient next-generation telecommunication systems capable of meeting the growing needs of the digital economy and society. The obtained results can be applied in the formation of green communication concepts, the design of energy-efficient network architectures, the development of power consumption management strategies, and the implementation of technologies that combine high throughput, low latency, flexible resource management, and environmental responsibility.

У статті представлено розгорнутий аналіз комплексного підходу до забезпечення енергоефективності апаратного забезпечення мереж шостого покоління (6G) як одного з визначальних чинників сталого розвитку телекомунікаційної інфраструктури в умовах зростання попиту на високошвидкісні, надійні та екологічно збалансовані послуги зв`язку. Розглянуто концепції та практичні рішення, спрямовані на зменшення енергоспоживання при одночасному збереженні або підвищенні продуктивності мережевих компонентів, включно з базовими станціями, терміналами користувачів, системами передавання й обробки даних. Обґрунтовано необхідність використання алгоритмів штучного інтелекту та машинного навчання для динамічного управління режимами роботи обладнання, прогнозування навантажень і адаптивного регулювання енергоспоживання у реальному часі. Наведено перспективи інтеграції відновлюваних джерел енергії, технологій енергозбирання (energy harvesting) та бездротової передачі енергії (WPT), що підвищують автономність вузлів і сприяють зниженню залежності від традиційних енергетичних ресурсів. Показано роль 6G у забезпеченні високоточного моніторингу параметрів довкілля, екологічного картографування та підтримки громадського екологічного контролю за допомогою масових сенсорних мереж і голографічних комунікацій. Проведено огляд сучасних методів моделювання каналів і поширення сигналу в терагерцовому діапазоні з урахуванням ефектів багатопроменевого середовища, використання massive MIMO, інтелектуального формування променя, гібридних антенних решіток та адаптивних схем модуляції і кодування. Окреслено стратегії оптимізації показників ефективності та якості обслуговування (QoS), включно з інтеграцією AI/ML-рішень, периферійних (edge/fog) обчислень, когнітивного управління спектром, мережевої сегментації (network slicing) і сервісно-орієнтованих архітектур. Проаналізовано технічні, регуляторні та екологічні виклики впровадження 6G, зокрема стандартизацію, забезпечення кіберстійкості, гармонізацію частотних ресурсів, зниження вуглецевого сліду та підвищення енергоефективності життєвого циклу обладнання. Визначено напрями міждисциплінарних досліджень, орієнтованих на розроблення адаптивних, стійких до збоїв, масштабованих та енергоощадних телекомунікаційних систем наступного покоління, здатних задовольнити зростаючі потреби цифрової економіки та суспільства. Отримані результати можуть бути використані у формуванні концепцій «зеленого» зв`язку, проєктуванні енергоефективних архітектур мереж, розробленні стратегій керування енергоспоживанням та впровадженні технологій, що поєднують високу пропускну здатність, низьку затримку, гнучке керування ресурсами та екологічну відповідальність.