大容量通信設備能耗測試的簡易方法研究

李韶英+莊湛海+陳昊

【摘 要】為了降低大容量設備能耗測試的成本和難度，簡化測試工作，在傳統測試方法的基礎上，通過分析歷史測試數據，研究了電源轉化率穩定后業務板卡與整機能耗的線性模型，提出了大容量通信設備能耗測試的簡易方法，并經過實驗室測試驗證了該方法的可行性。

【關鍵詞】大容量設備 能耗測試 電源轉化率

Research on a Simple Method of the Energy Consumption Test

for the Large Capacity Communication Equipment

[Abstract] In order to reduce the cost and difficulty of large capacity equipment energy consumption test and simplify the testing work， the traditional testing method was analyzed in this paper. Based on the historical data of the energy consumption test， the linear model of service card and equipment energy consumption in the case of the stable power conversion rate was studied to propose a simple method of the energy consumption test for the large capacity communication equipment. Laboratory tests validate the feasibility of the proposed method.

[Key words]large capacity equipment energy consumption test power conversion rate

1 引言

隨著互聯網業務的爆炸式增長，通信設備向著高集成度、大容量方向發展。目前通信設備的槽位和設計容量越來越大，涉及的產品單板、模塊和部件等檢測物料數量多，測試環境復雜，這些都無疑增加了測試的難度，并造成測試的人力和物料成本的提高，因此迫切需要在日常的測試工作中研究探索切實可行的大容量通信設備的能耗測試方法。本文在傳統測試方法的基礎上，提出了大容量通信設備能耗測試的簡易方法，以此降低大容量設備能耗測試的成本和難度，簡化測試工作。

2 大容量通信設備能耗測試傳統方法

由于通信設備的能效水平受設備的配置、業務流量大小以及設備的應用環境等因素的影響，充分考慮到產品的配置及流量對產品能效水平的影響，通常采用產品綜合能效比的方法評價設備的能效水平。綜合能效比計算方法如下：

參數說明：EER為設備綜合能效比；Ti為產品在某一固定配置模型下的最大吞吐量；Pi為產品在某一固定配置模型下的設備綜合功耗；Ci為產品在某一固定配置模型的應用權重，C1～Cn之和等于1；Bj為產品在某一固定配置型下業務流量占比權重，B1～Bn之和等于1；Pj為設備在不同負荷水平，如0%、30%、100%等負荷下的綜合功耗（注：0%代表設備無業務流量，但處于鏈接狀態下的設備功耗）。其中Pj是通過對通信設備進行滿配后加載不同負荷下進行的整機能耗測試數值。

由于大容量通信設備涉及的產品單板、模塊和部件等檢測物料數量多，搭建測試環境復雜，檢測周期長，工作進度緩慢，測試耗費的人力和物料成本都比較高，因此迫切需要簡易的能耗測試方法。

3 大容量通信設備能耗測試的簡易方法

理論基礎

通過對主流廠家的大容量IP路由器（設備容量≥

3.2 Tbps）以及OTN設備（交叉矩陣容量≥25 Tbps）測試數據發現業務板卡部分能耗約占整機能耗的80%，其他部分（網板、主控板等）能耗約占20%。因此能耗測試重點在于業務板卡部分。如果能找到業務板卡與能耗的對應關系，就可以摸索尋找一種簡易的能耗測試方法。

理論而言，通信設備的整機功耗等于風扇、主控板、交換板與業務板功耗之和。常溫下風扇的調速策略為固定轉速，功耗不隨業務板數量增加而增加；業務板板卡功耗隨業務量變化而變化；主控板功耗也是穩定不變；交換網板功耗包括公共部分固定功耗和隨業務板數量變化的可變功耗，理論上該部分功耗與業務板數量呈線性關系。

因此大容量通信設備整機功耗理論上可歸納為以下公式：

P=[P公共+n（P業務板+Pi）]/a （3）

其中，a為電源轉換效率；P公共為風扇+主控板+交換網板公共部分的功耗；n為業務板配置數量；P業務板為單塊業務板自身的功耗；Pi為交換網板每增加一塊業務板而增加的功耗。

從公式（3）可以得出，理論上當設備的電源轉換效率固定不變時，設備的整機功耗和業務板配置數量是呈線性關系的。

如圖3所示，選取了主流的大容量通信設備，包括大容量的IP路由器和OTN設備進行了測試，發現當電源負載率達到20%以上時，電源轉換效率趨于穩定。

根據測試的結果，推斷出對于測量設備的整機能耗，只需配置適量的業務板卡使設備電源轉換效率趨于穩定，之后因增加業務板所帶來的整機能耗的提升，可以用線性疊加的方式計算得出，而不需要進行整機測試。對于大容量的設備，因為業務板卡多，這樣可減少測試板卡的數量，減少加載的測試流量，降低測試的難度。

4 大容量通信設備能耗簡易測試方法測

試驗證

根據以上理論對大容量設備滿載能耗測試簡化流程如下：

（1）按要求配置設備主控板、交換網板、風扇；

（2）逐步增加業務板卡，并按要求配置業務流量，檢測設備的電源負載率和電源轉化效率；

（3）當設備電源效率穩定時，將此時增加的一塊業務板卡所帶來的功耗增量作為之后每增加一塊業務板卡所帶來的功耗增量；

（4）通過公式計算設備滿配時的功耗。

以某主流大容量IP路由器為例，配置不同單板和不同業務負載下分別進行設備的功耗測試驗證。

當測試的IP路由器配置的是100G板卡時候，實測的整機能耗測試數據如表1所示。

按照目前的測試規范，IMIX（Internet混合幀長）流量下的加權功耗計算公式如下：

其中，Bj對應業務流量負載占比分別為0%、30%和100%的占比權重分別為0.1、0.8和0.1（注：IMIX流量配置為“64字節：600字節：1524字節=7：4：1”，包含4 byte CRC；0%代表設備無業務流量，但處于鏈接狀態下的設備功耗）。

（5）測試設備配置6塊業務板的加權功耗為：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×1736+0.8

×1800+0.1×1969=1810.5 W

其中，P1、P2、P3分別對應業務流量負載分別為0%、30%和100%對應的設備能耗。

根據以上測試數據，計算出每增加一塊業務板后。

（1）從數據可以得到不管業務量的大小，從第4塊板卡開始，設備在不同業務負載下，整機功耗大致呈線性增加趨勢。

（2）假設現在只有4塊單板，需要測量配置6塊單板時的整機加權功耗，按照設想測算如下：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×（1380+180×2）

+0.8×（1423+191×2）+0.1×（1544+215×2）

=174+1444+197.4=1815.4 W （6）

（3）實際測量值為：1810.5 W，測算值與實際測量值誤差小于1%。

當測試的IP路由器配置的是40G板卡時候

增加業務板（配40G單板）整機增加的功耗

（1）按照目前的測試規范，得出整機加權功耗為：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×1981+0.8×2027

+0.1×2096=2029.3 W （7）

（2）假設現在只有5塊單板，需要測量配置8塊單板時的整機加權功耗，根據理論推算得到：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×（1520+153×3）

+0.8×（1559+156×3）+0.1×（1606+162×3）=197.9

+1621.6+209.2=2028.7 W （8）

計算值與實際測量值誤差不超過1%。

另外取了大容量OTN設備進行實驗室測試，當電源負載達到20%以上時候，設備的電源轉換效率趨于穩定，之后設備的整機功耗和業務板配置的數量也呈線性關系，通過該方法得到的能耗值與實際測量值誤差不超過1%。經過多次測試驗證，大容量通信設備能耗簡易測試方法的推算結果與實際測量值基本相符。

5 結束語

本文在傳統測試方法的基礎上研究了電源轉化率穩定后設備的能耗模型，提出了大容量通信設備能耗測試的簡易方法，并通過實驗室測試驗證了該方法的可行性。該方法可簡化測試環境、設備配置，有效提升測試效率，為大容量通信設備的能耗檢測工作提供了參考。

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