通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房電源及配套建設(shè)研究

褚善杰

（遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 116001）

1 通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房的構(gòu)成特點(diǎn)分析

在通信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中，匯聚機(jī)房主要起到承上啟下的作用，負(fù)責(zé)將本地業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)與骨干節(jié)點(diǎn)相連，并通過物理及邏輯網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)業(yè)務(wù)匯聚、疏導(dǎo)到相應(yīng)的業(yè)務(wù)收容節(jié)點(diǎn)[1]。該機(jī)房的構(gòu)成特點(diǎn)如下。

（1）通常情況下，我國城市的人口密度如果達(dá)到密集或以上水平，則一個匯聚節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍可達(dá)到5～10 km2。在城市的郊區(qū)等人口數(shù)量相對稀少的地區(qū)，同一個匯聚節(jié)點(diǎn)的覆蓋面積可達(dá)到10～20 km2。以密集型城市的匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍為例進(jìn)行分析，如果同一個匯聚節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍小于2 km2，則會導(dǎo)致匯聚節(jié)點(diǎn)被浪費(fèi)；如果超過5 km2，則會導(dǎo)致通信運(yùn)營商為用戶提供的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量下降。但需要注意的是，上述兩項(xiàng)數(shù)據(jù)僅作一般參考，通信運(yùn)營商在實(shí)際構(gòu)建匯聚機(jī)房時還需結(jié)合目標(biāo)地區(qū)的實(shí)際情況。如果一個匯聚節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍已經(jīng)超過5 km2，但由于該范圍內(nèi)用戶數(shù)量可能尚未飽和，則通信質(zhì)量并非絕對會受到影響。同理，如果一個匯聚節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍尚未達(dá)到2 km2，但區(qū)域內(nèi)同一通信運(yùn)營商的用戶數(shù)量已經(jīng)超過飽和臨界值，則用戶通過蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)時便會感到卡頓。

（2）匯聚節(jié)點(diǎn)必須匯聚一定數(shù)量的基站以及綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)。一般來說，一個匯聚節(jié)點(diǎn)終期匯聚的基站最佳應(yīng)控制在30～50個，如果采用雙匯聚點(diǎn)的接入方式，則匯聚基站的最佳數(shù)值應(yīng)為50～80個。與上文所述類似，在城市的開發(fā)新區(qū)以及城郊結(jié)合部等人口密度并不大的地區(qū)，匯聚基站的數(shù)量可適當(dāng)減少。但根據(jù)我國的實(shí)際情況，該類地區(qū)匯聚基站最少應(yīng)有20個。與此同時，一個匯聚點(diǎn)收容的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)數(shù)量應(yīng)控制在10～20個。

（3）目前，現(xiàn)代城市正在探索基于“社區(qū)”的新型規(guī)劃方案。采用此種規(guī)劃模式的主要目的在于進(jìn)一步提高土地資源利用率。在此背景下，“大社區(qū)”將成為城市的主流。面對此種情況，通信運(yùn)營商設(shè)置匯聚機(jī)房的思路需要調(diào)整，應(yīng)該滿足用戶可就近通過條件較好的基站或經(jīng)綜合業(yè)務(wù)點(diǎn)進(jìn)行收容，不宜單獨(dú)設(shè)置匯聚點(diǎn)的原則。匯聚機(jī)房的規(guī)劃建設(shè)與空間布局如圖1所示。

綜上所述，通信運(yùn)營商的匯聚機(jī)房必須能夠滿足用戶的多種遠(yuǎn)程訪問需求，除了技術(shù)因素之外，電源及配套設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量也會在很大程度上影響用戶體驗(yàn)，必須予以重視。

2 通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房電源及配套建設(shè)存在的問題分析

2.1 供電容量無法滿足需求

就當(dāng)前的運(yùn)行情況來看，部分匯聚機(jī)房依舊會存在供電側(cè)容量不足的問題。該問題在實(shí)際建設(shè)中主要體現(xiàn)在現(xiàn)有市電和油機(jī)容量難以滿足實(shí)際發(fā)展需求，低壓配電柜缺少維護(hù)、老化破損，在性能方面也很難滿足實(shí)際需求，容量和配電端子數(shù)量不足等方面，進(jìn)而對整體機(jī)房業(yè)務(wù)的推進(jìn)也會產(chǎn)生十分不利的影響。

2.2 機(jī)房內(nèi)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

由于在機(jī)房內(nèi)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面缺乏一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中勢必會出現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)混亂無序、難以形成統(tǒng)一調(diào)配的問題。其中主要表現(xiàn)在設(shè)備用電與空調(diào)用電沒有合理分開以及不同類型設(shè)備混接在同一套電源上的問題。除此以外，在生產(chǎn)用電和辦公用電設(shè)置方面也存在著很大的問題，嚴(yán)重增加了油機(jī)房管理的安全隱患[2]。

2.3 機(jī)房內(nèi)開關(guān)電源的供電能力較弱

現(xiàn)階段，機(jī)房內(nèi)開關(guān)電源供電能力不足的情況依然較為突出，其主要原因是現(xiàn)有機(jī)房開關(guān)電源已有的負(fù)荷比較高，因此很難進(jìn)一步滿足其他負(fù)荷需求。與此同時，現(xiàn)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(dá)到4 h，這也成為了影響機(jī)房運(yùn)行水平的重要因素之一。

2.4 機(jī)房內(nèi)承重、層高等基礎(chǔ)條件并未經(jīng)過嚴(yán)格的梳理

一直以來，相關(guān)建設(shè)單位都沒有給予機(jī)房建設(shè)足夠的重視，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用的過程中暴露出很多建設(shè)方面的問題。一方面，在前期規(guī)劃的過程中，整體機(jī)房的面積規(guī)劃的比較小，而后期需要安裝的設(shè)備又比較多，因此整個機(jī)房內(nèi)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(jī)房內(nèi)承重、層高等基礎(chǔ)條件并沒有得到嚴(yán)格審核與梳理，從其總體基礎(chǔ)條件來看，也很難滿足工程運(yùn)行的實(shí)際需求。

3 通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房電源及配套建設(shè)改造思路分析

3.1 全面整理匯聚機(jī)房內(nèi)的各類負(fù)載需求

結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際發(fā)展情況來看，數(shù)據(jù)網(wǎng)新增設(shè)備需求主要是完成各匯聚機(jī)房的擴(kuò)容工作，將網(wǎng)關(guān)設(shè)備有效接入到系統(tǒng)當(dāng)中，而傳輸網(wǎng)新增設(shè)備需求主要是完成各個層級的新增傳輸設(shè)備需求。對于5G新增設(shè)備需求來說，應(yīng)充分考慮到5G網(wǎng)絡(luò)的部署情況，進(jìn)而做好相關(guān)匯聚機(jī)房的配套能力建設(shè)工作。與此同時，結(jié)合當(dāng)前匯聚機(jī)房運(yùn)行情況來看，還存在很多站點(diǎn)供電能力不足的情況，因此需要開展有效的改造與優(yōu)化[3]。此外，為進(jìn)一步提升不同設(shè)備的運(yùn)行水平，最好可以為不同業(yè)務(wù)設(shè)定不同的站點(diǎn)供電保障時間。除了負(fù)載需求之外，為了保障匯聚機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備均能維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，還需在機(jī)房內(nèi)設(shè)置智能監(jiān)控系統(tǒng)，隨時監(jiān)測每臺設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如溫度、室內(nèi)濕度等。匯聚機(jī)房內(nèi)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控如圖2所示。

圖2 匯聚機(jī)房內(nèi)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控

3.2 匯聚機(jī)房規(guī)劃設(shè)計新方案簡述

在進(jìn)行匯聚機(jī)房規(guī)劃設(shè)計的過程中主要包括兩個環(huán)節(jié)。第一是建設(shè)新的機(jī)房，在此過程中應(yīng)有效規(guī)劃整體定位，并充分結(jié)合相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求來進(jìn)行分區(qū)分模塊建設(shè)。第二是對現(xiàn)有的機(jī)房加以改造，如果機(jī)房內(nèi)部還留有較大的剩余空間，則可以對新增設(shè)備進(jìn)行合理規(guī)劃；如果留有的剩余空間較小，則需要對現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行評估，并通過相應(yīng)措施實(shí)現(xiàn)裝機(jī)能力的提升；而如果機(jī)房剩余空間過小，則應(yīng)注意在業(yè)務(wù)規(guī)劃的時候盡量避免擴(kuò)容建設(shè)。

3.3 基于交流供電側(cè)的有效解決方案

3.3.1 匯聚機(jī)房交流供電總?cè)萘康臏y算

為了從根本上解決匯聚機(jī)房供電方面的問題，一種行之有效的方式為對機(jī)房的交流供電總?cè)萘窟M(jìn)行提前測算。中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司研究員周丹提出了一項(xiàng)建議，即通信運(yùn)營商應(yīng)該協(xié)同多個部門共同確認(rèn)匯聚機(jī)房的后期發(fā)展能力，提前足量預(yù)留供電容量[4]。周研究員發(fā)表在《通信電源技術(shù)》雜志的文章中列舉出了匯聚機(jī)房交流用電類型和具體的設(shè)備負(fù)荷。

首先，在設(shè)備用電方面，無線設(shè)備4G的一般負(fù)荷量處于2～4 kW，無線設(shè)備5G的一般負(fù)荷量處于5～10kW，傳輸設(shè)備的一般負(fù)荷量與無線設(shè)備4G相同，數(shù)據(jù)設(shè)備的一般負(fù)荷量處于5～8kW。其次，匯聚機(jī)房的空調(diào)用電與無線設(shè)備5G完全相同，處于5～10kW。最后，匯聚機(jī)房的其他電能消耗（如監(jiān)控設(shè)備、照明設(shè)備等）與設(shè)備及空調(diào)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(jī)房3種用電分類的具體值相加之后可得出結(jié)論，即匯聚機(jī)房一般的交流供電總?cè)萘刻幱?2～38 kW。因此，提前預(yù)留供電容量的最低值應(yīng)至少保持在20 kW以上，在機(jī)房運(yùn)行時需同時接通電源，可保證機(jī)房的用電需求[4]。

3.3.2 匯聚機(jī)房交流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)梳理

通信運(yùn)營商梳理并構(gòu)建匯聚機(jī)房交流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體流程如下。（1）按照上文所述的匯聚機(jī)房3種用電類型，對相關(guān)設(shè)備的供電線路進(jìn)行分隔處理，保證每一種類型的用電消耗均處于相對獨(dú)立的狀態(tài)。（2）在匯聚機(jī)房內(nèi)建設(shè)智能電表檢測系統(tǒng)，對匯聚機(jī)房的用電情況進(jìn)行全面監(jiān)控，并借助大數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)一步明確每一類型用電損耗的具體值。（3）為了保證原始數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性，所有設(shè)備的耗電量具體值均應(yīng)從匯聚機(jī)房內(nèi)交流配電箱中的電表處獲取。（4）如果一個基站內(nèi)當(dāng)前的交流用電設(shè)備依然實(shí)行傳統(tǒng)的取電模式，即并沒有統(tǒng)一按照從交流配電箱中取電的模式，則應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)性的改造，務(wù)必保證匯聚機(jī)房內(nèi)所有設(shè)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(jī)房內(nèi)設(shè)置多個交流配電箱，則在計量耗電量時應(yīng)分開計量，使各類型的設(shè)備耗電量保持對應(yīng)增加，避免出現(xiàn)遺漏數(shù)據(jù)的問題。

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

3.3.3 匯聚機(jī)房油機(jī)供電問題的有效解決方式

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

（1）為了達(dá)到在增加油機(jī)運(yùn)行效率的同時降低成本的目的，三大通信運(yùn)營商均不在匯聚機(jī)房內(nèi)設(shè)置固定的油機(jī)，而且相當(dāng)數(shù)量匯聚機(jī)房的土建建設(shè)水平較差，此種機(jī)制決定了匯聚機(jī)房油機(jī)問題頻出。為了從根本上解決這一問題，通信運(yùn)營商應(yīng)該安裝固定油機(jī)。如果機(jī)房所在區(qū)域的實(shí)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(jī)。據(jù)報道，有些地區(qū)的匯聚機(jī)房還啟動了快速直流充電差異化方案。在理想狀態(tài)下，每一個匯聚機(jī)房站點(diǎn)均應(yīng)配置油機(jī)接口箱，全面保證油機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

（2）目前，三大運(yùn)營商新建的匯聚機(jī)房一般位于建筑地下室、一層的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)。如果機(jī)房與公路或者建筑地下停車場的直線距離在50 m之內(nèi)時，可以將油機(jī)接口箱安裝在匯聚機(jī)房。如果不滿足上述條件，即匯聚機(jī)房并未建在地下室或一層的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)，則油機(jī)接口箱可以選擇室外合適區(qū)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(xù)維護(hù)的便捷性，油機(jī)接口箱與地面之間的距離應(yīng)該至少為2 m[6]。

（3）油機(jī)類型選擇方面。如果匯聚機(jī)房所在地用戶對通信運(yùn)營商提供的通信服務(wù)具有較高的要求時，則應(yīng)配置固定油機(jī)；如果是某個企業(yè)或其他社會組織機(jī)構(gòu)整體租用某一個匯聚機(jī)房，則可以根據(jù)該機(jī)構(gòu)的實(shí)際需要靈活選擇油機(jī)類型。一般而言，如果企業(yè)規(guī)模較大，用戶數(shù)量較多，則建議選用固定油機(jī)；若用戶數(shù)量較少，則可選擇車載式等移動油機(jī)。而如果匯聚機(jī)房附近的電量供應(yīng)相對不足，如鄉(xiāng)村地區(qū)或偏遠(yuǎn)山區(qū)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(yīng)能力的有效提高方式

3.4.1 優(yōu)化匯聚機(jī)房內(nèi)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)匯聚機(jī)房的用戶數(shù)量等，采用分類型分級供電結(jié)構(gòu)模型。如果用戶數(shù)量及用電類型均較多且匯聚節(jié)點(diǎn)的面積較大，重要程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般水平，則匯聚機(jī)房應(yīng)采用多套電源分散供電的方式，全面保證機(jī)房用電需要。如果機(jī)房規(guī)模較小，用戶數(shù)量較少，匯聚節(jié)點(diǎn)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(yōu)化匯聚機(jī)房內(nèi)的通信電源配置

目前，我國通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房的供電類型一般為直流-48 V。基于專業(yè)的機(jī)房等級劃分以及機(jī)房面積的差異，電源配制方面也應(yīng)具備針對性?？傮w而言，匯聚機(jī)房的開關(guān)電源設(shè)置必須要考慮設(shè)備對電源端子以及供電容量的需求。例如，如果某個匯聚機(jī)房的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般機(jī)房，則通信電源配置模式選擇應(yīng)該充分考慮業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的需要。具體而言，綜合考慮核心網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)的部署需求，建議采用高壓直流電與市電直供相結(jié)合的方式。如果僅僅針對傳送網(wǎng)、無線網(wǎng)的需求，則可設(shè)置為分立式的開關(guān)電源，并且該系統(tǒng)的容量應(yīng)該超過-48 V/2 000 A。針對直流屏，應(yīng)按照中遠(yuǎn)期容量進(jìn)行配置，整流模塊應(yīng)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(shù)量，“1”指代備用的整流模塊[8]。

相對于重要的匯聚機(jī)房，普通匯聚機(jī)房的業(yè)務(wù)量較低，可選擇組合式開關(guān)電源，建議電源系統(tǒng)的容量至少應(yīng)該維持在-48 V/600 A以上，并選擇滿配系統(tǒng)。此種匯聚機(jī)房內(nèi)的通信電源配置模式具備二次下電功能，能夠使傳送網(wǎng)設(shè)備的后備時長有所延長，進(jìn)而滿足更多的需求。

在城郊結(jié)合部、鄉(xiāng)村或偏遠(yuǎn)山區(qū)處的匯聚機(jī)房，由于安裝條件相對較差，故建議選擇一體化開關(guān)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(yīng)控制在125 A左右，上下浮動范圍為75 A。

3.5 針對機(jī)房空調(diào)的解決方式

匯聚機(jī)房內(nèi)的空調(diào)設(shè)備建設(shè)安裝思路應(yīng)遵循“達(dá)到地區(qū)環(huán)境保護(hù)指標(biāo)、有效解決散熱問題、主要適用節(jié)能減排技術(shù)、保證機(jī)房設(shè)備時刻處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)”的原則?？紤]到不同地區(qū)匯聚機(jī)房的建設(shè)條件存在差異，故空調(diào)設(shè)備的建設(shè)安裝思路也應(yīng)有所調(diào)整[9]。例如，在條件較好的地區(qū)，技術(shù)人員應(yīng)該使用冷凍水型機(jī)房專用空調(diào)。

4 提高通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房電源及配套設(shè)施維護(hù)工作質(zhì)量

若要提高匯聚機(jī)房電源及配套設(shè)施的維護(hù)工作質(zhì)量，需要做到以下幾點(diǎn)。首先，技術(shù)人員必須對機(jī)房的供電能力、各個設(shè)備的使用情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。其次，實(shí)行分級管理，針對重要程度不同的設(shè)備采用針對性的維護(hù)方案。最后，加強(qiáng)末端數(shù)量較大匯聚機(jī)房的自管理能力，實(shí)現(xiàn)機(jī)房電源配套自我管理[10]。

5 結(jié) 論

提高通信運(yùn)營商匯聚機(jī)房電源及配套設(shè)施建設(shè)水平的有效思路為詳細(xì)了解匯聚機(jī)房的構(gòu)成特點(diǎn)，對傳統(tǒng)運(yùn)行中的常見問題進(jìn)行深入解析，全面整理匯聚機(jī)房內(nèi)的各類負(fù)載需求，圍繞機(jī)房交流供電總?cè)萘?、機(jī)房交流供電系統(tǒng)選擇、提高通信電源供應(yīng)能力等內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)探索，最終達(dá)到預(yù)期目的。