通信行业节能管理新技术应用

袁 斐

（中国石油大港油田分公司信息中心，天津 300280）

1 节能减排必要性及重要性

为了企业的可持续发展，主流运营商、设备商先后启动节能减排计划，应对气候及能耗的挑战，在过去的15年间，通信行业取得了很大的进步，技术与产品的更新换代使单位能耗持续下降，领先的企业取得了超过50%的节约。

我们在不同的领域进行了节能减排的研究与实践。研究发现，在通信产品的生命周期中，能耗及排放最大的阶段在于运营阶段，其中碳排放大约占60%。，能耗及排放最大的部分是接入网部分，既包括移动接入网也包括固定接入网，接入网部分在不同的运营环境中能耗占比各有不同，一般可达50%～70%。根据能耗的高低，我们把通信网络分为三个部分：接入部分、核心部分及传送部分。

2 节能减排简介

从全局的角度来看，通信业务的发展减少了全社会的能耗和二氧化碳排放，电话、会议电视等手段减少了企业所需的旅行次数；SMS，Internet等电子通信手段的发展也减少了人与人之间交往需要的实体媒介。通信企业另外一个挑战是不断提升自身的能源效率，减低自身的碳足迹/能源消耗。我们认为，通信企业本身的节能减排，不仅是从绿色GDP发展的角度出发，争取达到企业碳中和（Carbon Neutral），而且是长期以来通信企业降低成本的一个重要方面。我们认为，网络减排的方案设计需要跟TCO（Total Cost of Ownership）的评估结合起来，经济可行性高的降耗方案才是优选的解决方案。

3 通信企业节能关键点及方法

3.1 接入节点节能

当前，在大多数的国家，传统的POTS接入设备已经接近退网期限；用于支撑宽带数据的铜线xDSL快速发展，FTTx建设速度加快，其中FTTH的发展有最终替代铜线的趋势。从能源消耗的角度来看固定网络，我们的研究数据显示，窄带接入、宽带接入是能耗最为集中的部分，两项加成可达全网的50%以上。所以，窄带接入、宽带接入节点的降耗是固定网络的关键点。对于传统窄带接入节点，设备本身已经没有提升能效的空间。但是，目前窄带接入部分在典型的固定网络中的能耗占比仍然过重（典型网络可占25%），我认为，解决这个问题的最佳方式是网改。

常规的DSLAM设备降耗的方法还包括风扇调速降低能耗、噪声。值得一提的是接入末端节点的MxU设备的无风扇设计，采用该设计，不仅可以节省约20%的能耗，还可以创造宁静的环境。

对于DSL设备，有效的DSM技术可以通过消除串扰减少无谓的功率消耗。DSL线路消耗的功率占了整个端口功率的40%左右，而线路功耗的大部份是由于各端口为了获得较大的噪声余量，无序的提升发射功率而导致浪费。DSM技术自动调整各DSL线路的PSD模板，消除串扰，提升线路速率15%，有效降低端口功耗40%左右。

对于地域分布广泛的接入网设备，冷却同样是一个很重要的课题，以千、万为计量单位的空调运转给运营带来了排放和能耗的压力。对于新的接入节点，理想的方式是使用自然散热的方式。然而，为了适应直通风机柜环境，接入网设备的工作温度，防尘等特性也需要增强到一定程度，以更好的适应室外环境。根据我们在温度46度之下的测试，设备可以很好的适应直通风系统。

地源散热机柜也是自然散热的一种方式，经过我们实测验证，地源散热机柜的COP（能效比）值达108，是比较有效的散热方式，效果明显好于现网对比测试的直通风机柜（COP=60）。

3.2 机房节能

传统服务器应用多年，技术及服务都比较成熟，但是它在节能方面有比较大的劣势，功耗、占地面积与工作温度都有劣势。通过机房热管理来提高现有机房的冷却效率，是机房节能的重要环节，原因是核心机房与数据中心的冷却功耗占整体功耗可高达45%～50%。机房热管理的关键在于设计，包括送风方式、冷/热通道的分布和大功耗设备的布局优化等等。在机房条件允许的情况下，采用下送风上回风机房风道冷却效率高，比上送风效率高20%。在风道设计方面，如采用热通道/冷通道布置方式，即：机柜面对面、背朝背布置，可以提高冷却效率。以往大部分机房中的机柜的典型功耗是1～2kW，然而随着芯片和集成技术的发展，以及大功耗设备的迅速普及应用，使局部机架功耗上升至8～10kW，这对传统机房散热带来挑战。所以，如机房中存在少量大功耗机柜，将其分散开来排布，从而可利用周边低功耗机柜的散热冗余，减少设备宕机的概率。

经过我们在实际网络中的验证，经过以上措施改造的机房，其PUE（机房总功耗/IT设备功耗）有较大改善空间。对旧机房改造，采用一般性的、改造量偏小的措施，可实现PUE从1.95降低到1.8，冷却系统节能约16%，如采用改造量相对较大的方案（如：精确上送风），冷却系统的节能甚至可达到30%以上。

3.3 传送网节能

在当前的网络构架中，传送网是最重要的基础部分，传送网主要由核心路由器与骨干光网络设备构成，设备体积大，单台设备耗电可达千瓦。传送网的能耗问题可以从网络、设备、器件等各个层面考虑。

在网络层面，传统环形网络资源利用率较低，往往需要预留一半的带宽作为保护用途。以一条STM-64环路为例，在扣除一半的保护时隙之后，环网任意两个相邻节点之间仅剩32个VC4可以用来承载业务。在32个时隙满载情况下，当有新业务需求时，惟一的办法就是新建一条环路，这就涉及到网络成本和能耗问题。另外，传统的网络路由算法使业务穿通需要大量的带宽与端口资源，光线路效率（带宽有效利用率）难以提升。与环状网络相比，网状网组网资源利用率较高，理想状态下为达到保护目的新建的保护带宽仅为1/（N-1）（N为某节点的光连接数量）。

在器件层面，传送网设备提供商必须保障构成传送网设备的各种器件满足各种国际环保标准，减少设备中难以回收的有毒废料，并尽可能采用多种节能减排设计。与之相对应，在设备层面，设备多槽位与灵活的单板配置，意味着网络节点配置的灵活，从而减少了冗余，而产品族的兼容性设计也意味着更少的单板品种与备件品种。为每一个网络节点提供最为合适的设备，优化网络，减少设备，减少网络的过设计，不仅能降低网络能耗，还可以简化网络的管理与维护，减少维护成本。在器件层面，通过采用以下各种节能减排设计，可以有效达到节能减排的目的。这些设计包括：PID技术，可大幅提升波分OTU单元集成度，相对普通的OTU单元，功耗降低40%以上；先进散热技术使设备可长期运行在30℃-35℃室温环境，从而大幅减少机房空调耗电；智能风扇技术可根据设备温度监测，实现智能精细化风扇调整，减少低功耗时风扇能耗，且风扇功耗最高占设备总功耗的10%，是设备降耗的又一个重点；简化电压种类，采用高效的DC/DC电源模块可以提升电源转换效率，最大可提升至85-90%；内置温控芯片实现设备功耗智能监控与功耗软件配置管理，配合CPU调整、端口闲时自动关断等控制技术，实现设备功耗可管理、可配置。

4 结束语

未来发展中市场的大量移动新用户发展、发达市场FTTX宽带的建设、持续的移动带宽提升都将持续带来网络建设的需求，累计的在网设备将带来持续的排放压力和财务压力。通信行业将持续探索减排降成本的方案。