極簡策略在基站和機房改造中的應用

左偉麗，賈金輝，童振民

（河南省信息咨詢設計研究有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

根據加拿大麥克馬斯特大學的研究，有人進行趨勢預測，預計到2040 年，信息與通信技術行業的碳排放量占全球碳排放量的比重將從2007 年的1.6%攀升到14%。2020 年的數據顯示，數據中心在全行業的碳排放中所占比重最大，占比為45%，其次是終端設備和通信網絡，占比分別為31%和24%。隨著網絡信息技術的不斷進步，越來越多的人享受到了網絡信息技術帶來的便捷，這需要海量計算和大的數據存儲來支撐，同時伴隨著能源消耗的不斷增長[1]。

5G 網絡各方面的技術革新和變化，使得5G 基站數量翻倍。5G 網絡設備功耗大幅增加，意味著人們對基站電源配套和節點機房配套等提出了更高更嚴的要求[2]。雖然5G 網絡每比特數據的平均能耗僅為4G 的1/10，但是5G 基站數是4G 的2 ～3 倍。同時，5G 流量大，單個設備功耗是4G 的3.0 ～3.5 倍，網絡整體耗電量是目前的2 倍，每年的耗電量超過1 000 億kW·h[3]。從2019 年5G 建設元年至今，隨著5G 網絡的建設和發展，5G 室內基帶處理單元（Building Baseband Unit，BBU）和遠端射頻模塊（Remote Radio Unit，RRU）設備功耗的增加，給各大運營商帶來了較高的運營成本，加之鐵塔機房配套產生的高租金和高電費，近年來運營商的成本負荷不斷增加。

如何實現零碳網絡，降低運維成本，實現總體擁有成本（Total Cost of Ownership，TCO）最優，是各大運營商需要考慮的重要問題。目前，各大運營商在實現零碳網絡領域各顯神通，如各大運營商和各節能產品提供商合作，主要從極簡站點、極簡機房、極簡數據中心以及無處不在的綠電等方面實現減碳。極簡站點指的是站點形態極簡化，從室內站點到室外站點，進一步發展到室外刀片，讓機房變機柜、機柜變桿站，實現全面桿站化，達到降低能耗、節省電費和節省租金的目的。極簡機房方面，對新建站點的場景，以機柜替代機房；對擴容建設場景，免增機房、免改線纜和免增空調，節省能耗及空間。極簡數據中心方面，通過全預制化和模塊化建設重構架構，將建設周期從20 個月降至6 個月；通過融合高密度、高效率節能方案重構供電，提升效率，并實現預測性維護；通過間接蒸發冷卻和iCooling 等解決方案，重構溫控，相比傳統冷凍水方案，能耗節省17%；通過智能運維解決方案重構運維，運維效率提升35%[4]。此外，將綠電引入站點、機房及數據中心等，實現全場景疊光，打造綠色聯接和綠色計算[5]。

1 研究目的

目前，各大運營商致力打造極簡站點和極簡機房實現減碳目標，同時降低運營和維護成本，為企業發展增添動力。因早期網絡建設組網方式的不同，BBU 下沉分散放置，增加了鐵塔租費及高價電費，可將此類站點改造為極簡化站點。本次方案主要將4G/5G BBU 搬遷到自有機房集中放置，在塔上配置室外刀片電池，為遠端射頻模塊/有源天線單元（Active Antenna Unit/Remote Radio Unit，RRU/AAU）提供備用電源，最終實現鐵塔機房和配套退租。騰退后鐵塔訂單類型將由“普通地面塔+租賃機房+配套”轉換為“普通地面塔+RRU 拉遠+配套”，可有效節約鐵塔服務費和空調電費。

打造極簡機房時，在4G/5G BBU 搬遷到自有機房集中放置后，結合機房內現有BBU 的業務情況、BBU空余端口及板卡情況，整合機房內所有BBU設備，騰退放置BBU 的部分機柜，節約機房空間。BBU 設備騰退后可有效降低設備運行產生的能耗和電費，同時結合其他專業設備進行整合，在降低設備能耗的同時重構空調，從而減少空調運行的能耗。通過打造極簡機房，深入開展降本增效，可助力運營商實現低碳可持續發展，加速推進企業碳中和進程。

2 實施原則

2.1 極簡站點改造原則

選取鐵塔訂單類型為“普通地面塔+租賃機房+配套”的基站，結合BBU 回局，優選4G/5G 拉遠站點、無家寬/無專線設備基站。分析站點租金電費、站址重要性程度、投資回收期、基站一年內斷電次數及每次斷電時長共5 個因素，按照重要性為每項因素設置加權值，最后加權平均計算后賦分，按照優先級排序選取站點進行改造，最大限度利舊現網資源開展極簡改造，確保站點改造價值大、施工難度小。

2.2 BBU 回局及BBU 整合原則

按照“極簡、高效、先進、綠色”的目標，綜合考慮業務需求、服務感知需求和安全需求，重構放置BBU 的機房，包含核心局房、匯聚局房、接入機房及基站機房，形成“結構清晰、架構最簡、效能最優、投資最省”的機房布局。設備根據新架構重新改造、整合、騰退，從而打造極簡機房。

2.2.1 BBU 回局

BBU 回局應以綜合業務接入網點為單位，綜合考慮4G/5G 存量和增量站點的BBU 集中設置方案，制定BBU 集中機房、基礎設施及傳送網改造方案，按照多專業TCO 綜合成本最優原則進行整改。制定整體前瞻方案，原則上BBU 回退至就近的BBU 集中點機房（基站機房/綜合業務接入點/匯聚/核心）。優先利舊現有集中設置BBU 的基帶板空余端口，其次是新增基帶板，最后是新增BBU（利舊拆除設備）。在綜合考慮配電系統、機房空間、傳輸資源、網絡安全及運行維護的前提下，各類機房放置BBU 的最大數量需結合機房分類情況而定。

2.2.2 BBU 整合

BBU 的整合分為利舊端口整合和利舊板卡整合，同一機房存在多個同一制式或可兼容制式BBU。根據可用端口/可用板卡槽道進行整合：首先，提升BBU 端口利用率/BBU 板卡槽道利用率；其次，BBU端口/板卡整合后要注意基站數據的添加、修改和刪除；最后，整合后騰退的BBU 基帶板/BBU 機框登記造冊，建立臺賬，后期用于新建工程建設。

3 實施方案

3.1 極簡站點改造

根據站點實施原則選取站點進行極簡站點改造，優先對排名第一的基站進行改造。站點目前網絡制式是L900 和NR2100，共計6 臺RRU。BBU 回局后，僅6 臺RRU 使用鐵塔機房配套。極簡站點改造后，訂單變更為“普通地面塔+RRU 拉遠+配套”。改造后基站采用高度集成的電池，為RRU 設備提供備用電源，節省了塔租和空調使用費。經過測算，改造后的站點每年可節省費用6 953 元。改造前后站點設備布置對比如圖1 所示。

圖1 改造前后站點設備布置對比

3.2 BBU 整合案例

選取一個機房進行BBU 整合案例示范，測試整合前后電源負荷數據，對比能耗縮減和網絡設備運行安全性，制定BBU 整合方案。運營商支局2 樓機房共有16臺BBU，其中4 臺NR2100 頻段的BBU，5 臺900 MHz頻段的BBU，7臺4G BBU。各個BBU板卡的已使用數量、端口已使用數量和端口剩余數量，如表1 所示。

表1 運營商支局2 樓機房現有BBU 數量統計表 單位：個

從表1 可以看出，運營商支局2 樓機房內的16 臺BBU 空余端口數較多。結合實際數據業務情況、網絡制式頻段以及維護云網部門的意見，不同頻段的BBU 暫不整合，只整合同一頻段的BBU。其中：900 MHz BBU 按照4 個基站1 個BBU 進行整合；NR2100 BBU 按照3 個基站1 個BBU 進行整合；4G BBU 按照2 個基站1 個BBU 進行整合。一般情況下，3 個小區共用1 個基站并占用3 個端口。整合后的方案如表2 所示。

表2 運營商支局2 樓機房BBU 整合方案

本次騰退整套BBU（機框帶板卡）共計5 套，騰退BBU 機框1 套。經現場實際測試，BBU 整合后機房直流電流下降15.17 A。因此，可騰退1 臺安裝BBU 的綜合機柜，騰退機房面積為0.36 m2，每年最少可節約電費4 979 元。

4 結 論

隨著5G 網絡的不斷建設與發展，設備能耗持續增加，增加了運營商的運維成本。采取極簡基站和極簡機房策略改造基站和機房，能夠實現節能減排，同時為運營商降本增效提供強有力的支撐，助力企業在未來發展中實現碳中和目標。