通信運營商匯聚機房電源及配套建設研究

褚善杰

（遼寧郵電規劃設計院有限公司，遼寧 大連 116001）

1 通信運營商匯聚機房的構成特點分析

在通信運營商的網絡中，匯聚機房主要起到承上啟下的作用，負責將本地業務節點與骨干節點相連，并通過物理及邏輯網絡將相關業務匯聚、疏導到相應的業務收容節點[1]。該機房的構成特點如下。

（1）通常情況下，我國城市的人口密度如果達到密集或以上水平，則一個匯聚節點的最佳覆蓋面積上下限臨界值分別為2 km2和5 km2。對于人口密度壓力較輕的城市，一個匯聚節點的覆蓋范圍可達到5～10 km2。在城市的郊區等人口數量相對稀少的地區，同一個匯聚節點的覆蓋面積可達到10～20 km2。以密集型城市的匯聚節點覆蓋范圍為例進行分析，如果同一個匯聚節點的覆蓋范圍小于2 km2，則會導致匯聚節點被浪費；如果超過5 km2，則會導致通信運營商為用戶提供的網絡通信服務質量下降。但需要注意的是，上述兩項數據僅作一般參考，通信運營商在實際構建匯聚機房時還需結合目標地區的實際情況。如果一個匯聚節點的覆蓋范圍已經超過5 km2，但由于該范圍內用戶數量可能尚未飽和，則通信質量并非絕對會受到影響。同理，如果一個匯聚節點覆蓋范圍尚未達到2 km2，但區域內同一通信運營商的用戶數量已經超過飽和臨界值，則用戶通過蜂窩移動通信網絡上網時便會感到卡頓。

（2）匯聚節點必須匯聚一定數量的基站以及綜合業務接入點。一般來說，一個匯聚節點終期匯聚的基站最佳應控制在30～50個，如果采用雙匯聚點的接入方式，則匯聚基站的最佳數值應為50～80個。與上文所述類似，在城市的開發新區以及城郊結合部等人口密度并不大的地區，匯聚基站的數量可適當減少。但根據我國的實際情況，該類地區匯聚基站最少應有20個。與此同時，一個匯聚點收容的綜合業務接入點數量應控制在10～20個。

（3）目前，現代城市正在探索基于“社區”的新型規劃方案。采用此種規劃模式的主要目的在于進一步提高土地資源利用率。在此背景下，“大社區”將成為城市的主流。面對此種情況，通信運營商設置匯聚機房的思路需要調整，應該滿足用戶可就近通過條件較好的基站或經綜合業務點進行收容，不宜單獨設置匯聚點的原則。匯聚機房的規劃建設與空間布局如圖1所示。

綜上所述，通信運營商的匯聚機房必須能夠滿足用戶的多種遠程訪問需求，除了技術因素之外，電源及配套設施的建設質量也會在很大程度上影響用戶體驗，必須予以重視。

2 通信運營商匯聚機房電源及配套建設存在的問題分析

2.1 供電容量無法滿足需求

就當前的運行情況來看，部分匯聚機房依舊會存在供電側容量不足的問題。該問題在實際建設中主要體現在現有市電和油機容量難以滿足實際發展需求，低壓配電柜缺少維護、老化破損，在性能方面也很難滿足實際需求，容量和配電端子數量不足等方面，進而對整體機房業務的推進也會產生十分不利的影響。

2.2 機房內供電系統結構組成缺乏統一標準

由于在機房內供電系統結構方面缺乏一個統一的標準，因此在實際運行過程中勢必會出現系統結構混亂無序、難以形成統一調配的問題。其中主要表現在設備用電與空調用電沒有合理分開以及不同類型設備混接在同一套電源上的問題。除此以外，在生產用電和辦公用電設置方面也存在著很大的問題，嚴重增加了油機房管理的安全隱患[2]。

2.3 機房內開關電源的供電能力較弱

現階段，機房內開關電源供電能力不足的情況依然較為突出，其主要原因是現有機房開關電源已有的負荷比較高，因此很難進一步滿足其他負荷需求。與此同時，現有的蓄電池后備時間明顯不足，并不能保證其停電后備時間可以達到4 h，這也成為了影響機房運行水平的重要因素之一。

2.4 機房內承重、層高等基礎條件并未經過嚴格的梳理

一直以來，相關建設單位都沒有給予機房建設足夠的重視，導致在實際應用的過程中暴露出很多建設方面的問題。一方面，在前期規劃的過程中，整體機房的面積規劃的比較小，而后期需要安裝的設備又比較多，因此整個機房內部的可使用面積較小，看起來也會顯得凌亂、擁擠。另一方面，機房內承重、層高等基礎條件并沒有得到嚴格審核與梳理，從其總體基礎條件來看，也很難滿足工程運行的實際需求。

3 通信運營商匯聚機房電源及配套建設改造思路分析

3.1 全面整理匯聚機房內的各類負載需求

結合當前的實際發展情況來看，數據網新增設備需求主要是完成各匯聚機房的擴容工作，將網關設備有效接入到系統當中，而傳輸網新增設備需求主要是完成各個層級的新增傳輸設備需求。對于5G新增設備需求來說，應充分考慮到5G網絡的部署情況，進而做好相關匯聚機房的配套能力建設工作。與此同時，結合當前匯聚機房運行情況來看，還存在很多站點供電能力不足的情況，因此需要開展有效的改造與優化[3]。此外，為進一步提升不同設備的運行水平，最好可以為不同業務設定不同的站點供電保障時間。除了負載需求之外，為了保障匯聚機房內所有設備均能維持穩定運行狀態，還需在機房內設置智能監控系統，隨時監測每臺設備的運行參數，如溫度、室內濕度等。匯聚機房內設備運行參數監控如圖2所示。

圖2 匯聚機房內設備運行參數監控

3.2 匯聚機房規劃設計新方案簡述

在進行匯聚機房規劃設計的過程中主要包括兩個環節。第一是建設新的機房，在此過程中應有效規劃整體定位，并充分結合相應的業務需求來進行分區分模塊建設。第二是對現有的機房加以改造，如果機房內部還留有較大的剩余空間，則可以對新增設備進行合理規劃；如果留有的剩余空間較小，則需要對現有設備的運行情況進行評估，并通過相應措施實現裝機能力的提升；而如果機房剩余空間過小，則應注意在業務規劃的時候盡量避免擴容建設。

3.3 基于交流供電側的有效解決方案

3.3.1 匯聚機房交流供電總容量的測算

為了從根本上解決匯聚機房供電方面的問題，一種行之有效的方式為對機房的交流供電總容量進行提前測算。中通服咨詢設計研究院有限公司研究員周丹提出了一項建議，即通信運營商應該協同多個部門共同確認匯聚機房的后期發展能力，提前足量預留供電容量[4]。周研究員發表在《通信電源技術》雜志的文章中列舉出了匯聚機房交流用電類型和具體的設備負荷。

首先，在設備用電方面，無線設備4G的一般負荷量處于2～4 kW，無線設備5G的一般負荷量處于5～10kW，傳輸設備的一般負荷量與無線設備4G相同，數據設備的一般負荷量處于5～8kW。其次，匯聚機房的空調用電與無線設備5G完全相同，處于5～10kW。最后，匯聚機房的其他電能消耗（如監控設備、照明設備等）與設備及空調用電相比顯得“微不足道”，一般處于2 kW左右。

將上文所述的匯聚機房3種用電分類的具體值相加之后可得出結論，即匯聚機房一般的交流供電總容量處于22～38 kW。因此，提前預留供電容量的最低值應至少保持在20 kW以上，在機房運行時需同時接通電源，可保證機房的用電需求[4]。

3.3.2 匯聚機房交流供電系統結構梳理

通信運營商梳理并構建匯聚機房交流供電系統結構的具體流程如下。（1）按照上文所述的匯聚機房3種用電類型，對相關設備的供電線路進行分隔處理，保證每一種類型的用電消耗均處于相對獨立的狀態。（2）在匯聚機房內建設智能電表檢測系統，對匯聚機房的用電情況進行全面監控，并借助大數據分析軟件進一步明確每一類型用電損耗的具體值。（3）為了保證原始數據信息的準確性，所有設備的耗電量具體值均應從匯聚機房內交流配電箱中的電表處獲取。（4）如果一個基站內當前的交流用電設備依然實行傳統的取電模式，即并沒有統一按照從交流配電箱中取電的模式，則應進行系統性的改造，務必保證匯聚機房內所有設備的交流用電均從交流配電箱中獲取。（5）如果同一個匯聚機房內設置多個交流配電箱，則在計量耗電量時應分開計量，使各類型的設備耗電量保持對應增加，避免出現遺漏數據的問題。

低壓配電設備的電流來源有兩個，一是市電，此為匯聚機房中必須設置的采集點，二是交流應急發電設備，此種模式可根據機房的實際建設情況以及設備的用電需求決定是否設置。低壓用電設備包含上文所述的3種用電設備類型，為了保證通信電源的穩定運行，還需在匯聚機房中額外設置直流應急發電系統。作為與通信電源直接連接的通信設備，在必要的情況下可以采用新能源發電，如太陽能或風能等。

3.3.3 匯聚機房油機供電問題的有效解決方式

綜合來看，油機問題在匯聚機房電源問題中的占比最高，且出現故障的復雜性也較高，具體的解決思路如下。

（1）為了達到在增加油機運行效率的同時降低成本的目的，三大通信運營商均不在匯聚機房內設置固定的油機，而且相當數量匯聚機房的土建建設水平較差，此種機制決定了匯聚機房油機問題頻出。為了從根本上解決這一問題，通信運營商應該安裝固定油機。如果機房所在區域的實際情況較為特殊，則在必要的情況下可使用車載式、移動式油機。據報道，有些地區的匯聚機房還啟動了快速直流充電差異化方案。在理想狀態下，每一個匯聚機房站點均應配置油機接口箱，全面保證油機的穩定運行[5]。

（2）目前，三大運營商新建的匯聚機房一般位于建筑地下室、一層的商業網點。如果機房與公路或者建筑地下停車場的直線距離在50 m之內時，可以將油機接口箱安裝在匯聚機房。如果不滿足上述條件，即匯聚機房并未建在地下室或一層的商業網點，則油機接口箱可以選擇室外合適區域（同樣需要離公路和停車場較近）安裝。綜合考慮安全性和后續維護的便捷性，油機接口箱與地面之間的距離應該至少為2 m[6]。

（3）油機類型選擇方面。如果匯聚機房所在地用戶對通信運營商提供的通信服務具有較高的要求時，則應配置固定油機；如果是某個企業或其他社會組織機構整體租用某一個匯聚機房，則可以根據該機構的實際需要靈活選擇油機類型。一般而言，如果企業規模較大，用戶數量較多，則建議選用固定油機；若用戶數量較少，則可選擇車載式等移動油機。而如果匯聚機房附近的電量供應相對不足，如鄉村地區或偏遠山區等，則可以選用快速直流充電的方式。

3.4 基于通信電源供應能力的有效提高方式

3.4.1 優化匯聚機房內供電系統的結構

根據匯聚機房的用戶數量等，采用分類型分級供電結構模型。如果用戶數量及用電類型均較多且匯聚節點的面積較大，重要程度遠遠超過一般水平，則匯聚機房應采用多套電源分散供電的方式，全面保證機房用電需要。如果機房規模較小，用戶數量較少，匯聚節點的覆蓋面積存在局限性，則采用集中供電方案即可解決問題[7]。

3.4.2 優化匯聚機房內的通信電源配置

目前，我國通信運營商匯聚機房的供電類型一般為直流-48 V。基于專業的機房等級劃分以及機房面積的差異，電源配制方面也應具備針對性。總體而言，匯聚機房的開關電源設置必須要考慮設備對電源端子以及供電容量的需求。例如，如果某個匯聚機房的重要性遠遠超過一般機房，則通信電源配置模式選擇應該充分考慮業務網絡的需要。具體而言，綜合考慮核心網絡、數據承載網絡的部署需求，建議采用高壓直流電與市電直供相結合的方式。如果僅僅針對傳送網、無線網的需求，則可設置為分立式的開關電源，并且該系統的容量應該超過-48 V/2 000 A。針對直流屏，應按照中遠期容量進行配置，整流模塊應采用N+1的冗余方式完成配置。其中，“N”指代主用整流模塊數量，“1”指代備用的整流模塊[8]。

相對于重要的匯聚機房，普通匯聚機房的業務量較低，可選擇組合式開關電源，建議電源系統的容量至少應該維持在-48 V/600 A以上，并選擇滿配系統。此種匯聚機房內的通信電源配置模式具備二次下電功能，能夠使傳送網設備的后備時長有所延長，進而滿足更多的需求。

在城郊結合部、鄉村或偏遠山區處的匯聚機房，由于安裝條件相對較差，故建議選擇一體化開關電源，具體值控制在400 A左右，上下浮動范圍均為200 A。如果選擇嵌入式電源，則具體值應控制在125 A左右，上下浮動范圍為75 A。

3.5 針對機房空調的解決方式

匯聚機房內的空調設備建設安裝思路應遵循“達到地區環境保護指標、有效解決散熱問題、主要適用節能減排技術、保證機房設備時刻處于穩定運行狀態”的原則。考慮到不同地區匯聚機房的建設條件存在差異，故空調設備的建設安裝思路也應有所調整[9]。例如，在條件較好的地區，技術人員應該使用冷凍水型機房專用空調。

4 提高通信運營商匯聚機房電源及配套設施維護工作質量

若要提高匯聚機房電源及配套設施的維護工作質量，需要做到以下幾點。首先，技術人員必須對機房的供電能力、各個設備的使用情況進行詳細調查。其次，實行分級管理，針對重要程度不同的設備采用針對性的維護方案。最后，加強末端數量較大匯聚機房的自管理能力，實現機房電源配套自我管理[10]。

5 結 論

提高通信運營商匯聚機房電源及配套設施建設水平的有效思路為詳細了解匯聚機房的構成特點，對傳統運行中的常見問題進行深入解析，全面整理匯聚機房內的各類負載需求，圍繞機房交流供電總容量、機房交流供電系統選擇、提高通信電源供應能力等內容進行重點探索，最終達到預期目的。