通信行業節能管理新技術應用

袁 斐

（中國石油大港油田分公司信息中心，天津 300280）

1 節能減排必要性及重要性

為了企業的可持續發展，主流運營商、設備商先后啟動節能減排計劃，應對氣候及能耗的挑戰，在過去的15年間，通信行業取得了很大的進步，技術與產品的更新換代使單位能耗持續下降，領先的企業取得了超過50%的節約。

我們在不同的領域進行了節能減排的研究與實踐。研究發現，在通信產品的生命周期中，能耗及排放最大的階段在于運營階段，其中碳排放大約占60%。，能耗及排放最大的部分是接入網部分，既包括移動接入網也包括固定接入網，接入網部分在不同的運營環境中能耗占比各有不同，一般可達50%～70%。根據能耗的高低，我們把通信網絡分為三個部分：接入部分、核心部分及傳送部分。

2 節能減排簡介

從全局的角度來看，通信業務的發展減少了全社會的能耗和二氧化碳排放，電話、會議電視等手段減少了企業所需的旅行次數；SMS，Internet等電子通信手段的發展也減少了人與人之間交往需要的實體媒介。通信企業另外一個挑戰是不斷提升自身的能源效率，減低自身的碳足跡/能源消耗。我們認為，通信企業本身的節能減排，不僅是從綠色GDP發展的角度出發，爭取達到企業碳中和（Carbon Neutral），而且是長期以來通信企業降低成本的一個重要方面。我們認為，網絡減排的方案設計需要跟TCO（Total Cost of Ownership）的評估結合起來，經濟可行性高的降耗方案才是優選的解決方案。

3 通信企業節能關鍵點及方法

3.1 接入節點節能

當前，在大多數的國家，傳統的POTS接入設備已經接近退網期限；用于支撐寬帶數據的銅線xDSL快速發展，FTTx建設速度加快，其中FTTH的發展有最終替代銅線的趨勢。從能源消耗的角度來看固定網絡，我們的研究數據顯示，窄帶接入、寬帶接入是能耗最為集中的部分，兩項加成可達全網的50%以上。所以，窄帶接入、寬帶接入節點的降耗是固定網絡的關鍵點。對于傳統窄帶接入節點，設備本身已經沒有提升能效的空間。但是，目前窄帶接入部分在典型的固定網絡中的能耗占比仍然過重（典型網絡可占25%），我認為，解決這個問題的最佳方式是網改。

常規的DSLAM設備降耗的方法還包括風扇調速降低能耗、噪聲。值得一提的是接入末端節點的MxU設備的無風扇設計，采用該設計，不僅可以節省約20%的能耗，還可以創造寧靜的環境。

對于DSL設備，有效的DSM技術可以通過消除串擾減少無謂的功率消耗。DSL線路消耗的功率占了整個端口功率的40%左右，而線路功耗的大部份是由于各端口為了獲得較大的噪聲余量，無序的提升發射功率而導致浪費。DSM技術自動調整各DSL線路的PSD模板，消除串擾，提升線路速率15%，有效降低端口功耗40%左右。

對于地域分布廣泛的接入網設備，冷卻同樣是一個很重要的課題，以千、萬為計量單位的空調運轉給運營帶來了排放和能耗的壓力。對于新的接入節點，理想的方式是使用自然散熱的方式。然而，為了適應直通風機柜環境，接入網設備的工作溫度，防塵等特性也需要增強到一定程度，以更好的適應室外環境。根據我們在溫度46度之下的測試，設備可以很好的適應直通風系統。

地源散熱機柜也是自然散熱的一種方式，經過我們實測驗證，地源散熱機柜的COP（能效比）值達108，是比較有效的散熱方式，效果明顯好于現網對比測試的直通風機柜（COP=60）。

3.2 機房節能

傳統服務器應用多年，技術及服務都比較成熟，但是它在節能方面有比較大的劣勢，功耗、占地面積與工作溫度都有劣勢。通過機房熱管理來提高現有機房的冷卻效率，是機房節能的重要環節，原因是核心機房與數據中心的冷卻功耗占整體功耗可高達45%～50%。機房熱管理的關鍵在于設計，包括送風方式、冷/熱通道的分布和大功耗設備的布局優化等等。在機房條件允許的情況下，采用下送風上回風機房風道冷卻效率高，比上送風效率高20%。在風道設計方面，如采用熱通道/冷通道布置方式，即：機柜面對面、背朝背布置，可以提高冷卻效率。以往大部分機房中的機柜的典型功耗是1～2kW，然而隨著芯片和集成技術的發展，以及大功耗設備的迅速普及應用，使局部機架功耗上升至8～10kW，這對傳統機房散熱帶來挑戰。所以，如機房中存在少量大功耗機柜，將其分散開來排布，從而可利用周邊低功耗機柜的散熱冗余，減少設備宕機的概率。

經過我們在實際網絡中的驗證，經過以上措施改造的機房，其PUE（機房總功耗/IT設備功耗）有較大改善空間。對舊機房改造，采用一般性的、改造量偏小的措施，可實現PUE從1.95降低到1.8，冷卻系統節能約16%，如采用改造量相對較大的方案（如：精確上送風），冷卻系統的節能甚至可達到30%以上。

3.3 傳送網節能

在當前的網絡構架中，傳送網是最重要的基礎部分，傳送網主要由核心路由器與骨干光網絡設備構成，設備體積大，單臺設備耗電可達千瓦。傳送網的能耗問題可以從網絡、設備、器件等各個層面考慮。

在網絡層面，傳統環形網絡資源利用率較低，往往需要預留一半的帶寬作為保護用途。以一條STM-64環路為例，在扣除一半的保護時隙之后，環網任意兩個相鄰節點之間僅剩32個VC4可以用來承載業務。在32個時隙滿載情況下，當有新業務需求時，惟一的辦法就是新建一條環路，這就涉及到網絡成本和能耗問題。另外，傳統的網絡路由算法使業務穿通需要大量的帶寬與端口資源，光線路效率（帶寬有效利用率）難以提升。與環狀網絡相比，網狀網組網資源利用率較高，理想狀態下為達到保護目的新建的保護帶寬僅為1/（N-1）（N為某節點的光連接數量）。

在器件層面，傳送網設備提供商必須保障構成傳送網設備的各種器件滿足各種國際環保標準，減少設備中難以回收的有毒廢料，并盡可能采用多種節能減排設計。與之相對應，在設備層面，設備多槽位與靈活的單板配置，意味著網絡節點配置的靈活，從而減少了冗余，而產品族的兼容性設計也意味著更少的單板品種與備件品種。為每一個網絡節點提供最為合適的設備，優化網絡，減少設備，減少網絡的過設計，不僅能降低網絡能耗，還可以簡化網絡的管理與維護，減少維護成本。在器件層面，通過采用以下各種節能減排設計，可以有效達到節能減排的目的。這些設計包括：PID技術，可大幅提升波分OTU單元集成度，相對普通的OTU單元，功耗降低40%以上；先進散熱技術使設備可長期運行在30℃-35℃室溫環境，從而大幅減少機房空調耗電；智能風扇技術可根據設備溫度監測，實現智能精細化風扇調整，減少低功耗時風扇能耗，且風扇功耗最高占設備總功耗的10%，是設備降耗的又一個重點；簡化電壓種類，采用高效的DC/DC電源模塊可以提升電源轉換效率，最大可提升至85-90%；內置溫控芯片實現設備功耗智能監控與功耗軟件配置管理，配合CPU調整、端口閑時自動關斷等控制技術，實現設備功耗可管理、可配置。

4 結束語

未來發展中市場的大量移動新用戶發展、發達市場FTTX寬帶的建設、持續的移動帶寬提升都將持續帶來網絡建設的需求，累計的在網設備將帶來持續的排放壓力和財務壓力。通信行業將持續探索減排降成本的方案。