極簡網(wǎng)絡視角下機房演進趨勢分析＊

［溫亮 朱惠斌］

1 引言

2019 年5G 商用后，全國各地逐步開展5G 建設。歷經(jīng)三年建設后，國內(nèi)5G 網(wǎng)絡已日趨成熟，大規(guī)模網(wǎng)絡投資逐步轉化為算力輸出，為基礎電信運營商帶來新的經(jīng)營收入。目前基礎電信運營商（以下簡稱：運營商）的主要經(jīng)營思路是市場端“開源”和網(wǎng)絡端“節(jié)流”，市場端“開源”指充分挖掘5G 網(wǎng)絡的2B 應用場景，在5G 垂直行業(yè)等領域開拓新型營收增長點，同時在新增5G 用戶的同時促進非5G 用戶向5G 用戶逐步轉化，提高2C 端總體營收。網(wǎng)絡端“節(jié)流”以“降本增效”為主要發(fā)力點，試圖在各張大網(wǎng)間、公網(wǎng)和專網(wǎng)間實現(xiàn)基礎設施共建共享和網(wǎng)絡體系優(yōu)化，“極簡網(wǎng)絡”的概念應運而生。

5G 大規(guī)模建設期間政府的政策支持為運營商優(yōu)化現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎設施結構提供了重要的支撐，具體表現(xiàn)于現(xiàn)網(wǎng)基礎設施自建比例、直供電比例、射頻單元安裝及上電靈活度等層面大幅提升。運營商積極發(fā)力獲取了大量政府物業(yè)、公園綠地、場站橋洞的低租或免租自建機房，對現(xiàn)網(wǎng)和新增基礎設施直接連至公用變壓器獲得直供電，利用智慧桿、路燈桿、監(jiān)控桿等政府部門建設的桿件安裝射頻單元及上電。以上措施為運營商夯實網(wǎng)絡設施基礎、優(yōu)化現(xiàn)網(wǎng)設施架構、降低設施運維成本具有深遠和長期的作用。

目前，國內(nèi)主要城市網(wǎng)絡線條的工作重心從5G 大規(guī)模增量建設逐步轉化為網(wǎng)絡架構優(yōu)化，如D-RAN 架構轉化為C-RAN 架構、5G 獨立組網(wǎng)割接、老舊設備及到期機房清退等方面，致力于優(yōu)化現(xiàn)網(wǎng)架構和降低運維成本。因此，運營商將“極簡網(wǎng)絡”作為后5G 時代的建設目標，對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行逐步優(yōu)化和清退，降低無效益或低效益成本支出，抓住現(xiàn)有時間窗口優(yōu)化網(wǎng)絡基礎資源質(zhì)量，實現(xiàn)“輕裝上陣”，為下一次網(wǎng)絡技術革新發(fā)展或大規(guī)模建設預留發(fā)展空間。通過對極簡網(wǎng)絡的發(fā)展背景、優(yōu)化目標和主要策略進行研究，有助于為運營商網(wǎng)絡線條“降本增效”提供支撐。

2 極簡網(wǎng)絡的發(fā)展背景

2.1 C-RAN 模式有效降低運維成本

C-RAN 模式通過增加收斂比，為設備集中布置于機房，減少機房總體數(shù)量提供了重要的模式。C-RAN 模式在4G 建設后期即開始部署，是當前網(wǎng)絡架構的主要發(fā)展方向。從目前網(wǎng)絡實際建設情況而言，C-RAN 取得了良好的效果。無線拉遠技術的日益成熟使得C-RAN 模式獲得了更廣泛的應用，為盤活現(xiàn)網(wǎng)資源解決難點、黑點問題提供了策略。目前運營商在積極推動原有D-RAN 模式向C-RAN 模式轉型，前期通過業(yè)務割接實現(xiàn)轉化，后期逐步清退機房內(nèi)部設備，減少低效能機房等基礎設施使用，在合同到期后逐步清退低效能基礎設施，實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)基礎設施總量減少。在現(xiàn)網(wǎng)基礎設施成本單價不變的情況下，實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)總體運維成本的降低。

2.2 現(xiàn)網(wǎng)租金電費總成本逐步提升

各類網(wǎng)絡基礎設施的租金和電費是現(xiàn)網(wǎng)運營的主要成本支出。各類網(wǎng)絡基礎設施租賃合同時間主要為5 年、10 年等標準時段，因近年國內(nèi)租金單價總體呈上升趨勢，簽訂租賃合同時普遍采取租金按年上浮比例的模式進行處理。在現(xiàn)網(wǎng)基礎設施數(shù)量不變的情況下，現(xiàn)網(wǎng)租金費用將呈現(xiàn)逐年上升的情況。為減少物業(yè)逼遷、加快開站速度，運營商早期常采用轉供電模式進行建設，導致實際電費單價高于市場電費單價。雖然運營商內(nèi)部采取分級審批模式對電費單價進行審批，但仍然顯著高于市場水平。運營商近年逐步采取直供電或子母表模式供電，降低電費單價，但大規(guī)模增加的上電需求和用電量，導致現(xiàn)網(wǎng)電費呈現(xiàn)逐年上升的情況。

2.3 傳統(tǒng)資源逐步向新業(yè)務的遷移

在運營商發(fā)展過程中，根據(jù)實際通信業(yè)務需求，運營商構筑多套具特定用途的網(wǎng)絡。雖然運營商內(nèi)部曾提出過“一張網(wǎng)”統(tǒng)籌管理模式，但因網(wǎng)絡涉及專業(yè)多、各專業(yè)業(yè)務類型不一致，“一張網(wǎng)”統(tǒng)籌管理模式雖然對原有網(wǎng)絡資源進行有效統(tǒng)籌，但遠未達到愿景提出初期的目標。運營商網(wǎng)絡規(guī)劃是以“業(yè)務需求驅動”為主要建設模式，即新增業(yè)務需求后在現(xiàn)網(wǎng)資源中尋找可使用、具備空間、電力等配套冗余的基礎設施進行配置。但運營商多年一直在發(fā)展增量網(wǎng)絡規(guī)模，雖然常期對存量項目的投資、訂單等情況進行清理，卻較少對存量資源進行技術層面盤點，清退低附加值基礎設施及設備，為新業(yè)務或高附加值業(yè)務提供新的空間和配套需求。

3 極簡網(wǎng)絡的優(yōu)化目標

3.1 射頻單元及配套模塊設施小型化和室外化

5G 大規(guī)模建設期間，運營商面對的其中一個難點在于射頻單元的尺寸較大、荷載較重、且具備傳輸接入、設備上電等配套模塊需求，在與市政桿主管部門協(xié)調(diào)過程中難以協(xié)調(diào)一致，影響了部分場景5G 部署情況。極簡網(wǎng)絡應追求射頻單元的小型化，減少射頻單元的尺寸以降低政府部門和其他市民的逼遷可能性，其荷載、電力需求同步降低以降低桿體的荷載、電力需求。射頻單元的小型化便于部署，但也會對其單體性能形成影響，因此需在其規(guī)模和性能間取得一個平衡，大范圍地提升部署場景和范圍。通過將射頻單元部署在室外場景，適度增加機房BBU 到RRU 的拉遠距離，提高RRU 部署的靈活性。同時結合自然通風降低散熱需求，減少空調(diào)等配套建設需求和維護成本。且在射頻單元附近可通過光伏一體化等模式，通過太陽能轉化等策略實現(xiàn)電力補充甚至自給自足。

3.2 處理單元及配套模塊設施復合化和集中化

4G 建設后期，運營商已逐步將C-RAN 模式作為網(wǎng)絡主要演進方式，即通過處理單元的集中配置，實現(xiàn)收斂比大幅提升，改變原有D-RAN 模式對基礎設施的過度依托。通過收斂比提高，將主要處理單元集中配置于自有機房或租賃獨享機房等穩(wěn)定的機房形態(tài)，配置相應的配套蓄電池、走線架、開關電源、整流模塊等配套，形成復合化和集中化的趨勢。在運營商進行極簡網(wǎng)絡嘗試的過程中，原有分專業(yè)維護的機房需進行重新整合和統(tǒng)籌。無線專業(yè)統(tǒng)籌使用的無線基站、傳輸專業(yè)統(tǒng)籌使用的傳輸機房、家寬專業(yè)統(tǒng)籌使用的接入機房、核心網(wǎng)專業(yè)統(tǒng)籌使用的核心機樓等需根據(jù)業(yè)務需求重新整合，逐步打破專業(yè)間的壁壘，實現(xiàn)多專業(yè)共用機房的集中化趨勢。通過多專業(yè)公用機房，可有效減少和清退機房數(shù)量，提高機房承載設備密度，提高配套復用效率。

4 機房演進的主要策略

4.1 設備錯峰使用

早期通信業(yè)務開展時，因受網(wǎng)絡總帶寬等因素限制，為適度分流業(yè)務需求，實行分時段差異化收費模式，即工作時段或熱點時段資費標準高，非工作時段和熱點時段資費標準低。受國際4G 資費趨向于包月不限量市場營銷模式影響，國內(nèi)對4G 市場定價以包月限量為主，并未區(qū)分業(yè)務的時間價值。雖然時分復用技術提高了設備使用效率，但是總帶寬提高不是無限制的，單純通過提高總帶寬即其他網(wǎng)絡性能以提高總體用戶感受滿意度也是不經(jīng)濟的。因此，探索分時段資費標準或流量計算標準，有助于引導用戶的消費習慣和消費時段，保障現(xiàn)網(wǎng)高效率應用，為設備錯峰使用提供可行性。

4.2 機房自然換熱

制冷成本是機房日常維護成本的重要組成部分，通過自然換熱模式，有助于實現(xiàn)散熱成本大幅度降低，從而降低機房整體功耗比（PUE 值）。通過在機房內(nèi)部探索建設小規(guī)模液冷系統(tǒng)，促進機房內(nèi)部配套、設備的散熱量通過液體媒介，與室外進行充分熱交換，實現(xiàn)機房自然換熱，大幅降低機房制冷需求。在室外溫度難以滿足自然換熱的狀態(tài)下，再啟動室內(nèi)空調(diào)，確保機房具備機械換熱的條件。且機房制造的熱量傳遞到室外后，還可以進行其他用途，不浪費相應熱量，實現(xiàn)機房與周邊環(huán)境的熱量平衡。但這種措施實施的范圍是長期可用機房（即自有物業(yè)機房等），以保障空調(diào)和液冷系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性，且能逐步清退現(xiàn)有機房空調(diào)數(shù)量，減少維護和置換成本。

4.3 機房體系整合

在充分考慮機房的后續(xù)穩(wěn)定性和運營成本基礎上，C-RAN 應最優(yōu)先選擇自有物業(yè)機房，其次選擇政府物業(yè)、公共物業(yè)、公園綠地、場站橋洞建設的機房，再次選擇租賃物業(yè)機房。運營商在5G 大規(guī)模建設時逐步建設形成多個公園綠地和場站橋洞機房，在后5G 時代，通過繼續(xù)深耕獲取低租或免租機房，將有助于運營商長期發(fā)展。運營商以自有物業(yè)機房和低租或免租機房，將大力降低機房租金要求。在考慮現(xiàn)有機房承載業(yè)務類型基礎上，按租賃合同即將到期、高租金或高電價、物業(yè)逼遷頻繁、日常維護困難的順序逐步清退現(xiàn)有租賃機房。運營商將逐步形成自有物業(yè)+公共物業(yè)的免租（含低租）機房體系，部分關鍵地段或難點黑點嵌入租賃機房的模式，實現(xiàn)運營商現(xiàn)網(wǎng)機房體系的大規(guī)模優(yōu)化，從“租賃機房體系”轉化為“免租機房體系”，實現(xiàn)網(wǎng)絡運營降本增效。

4.4 復合專業(yè)統(tǒng)籌

現(xiàn)網(wǎng)設備整合的本質(zhì)是現(xiàn)網(wǎng)專業(yè)的整合。目前，運營商內(nèi)部存在多套機房體系，各專業(yè)自行建設和維護相應專業(yè)的機房。當前運營商內(nèi)部已出現(xiàn)多專業(yè)并存發(fā)展的體系趨勢。以無線專業(yè)為例，無線BBU 已部署在傳輸機房，實現(xiàn)多載波、多基站共BBU 框，集約BBU 設備資源空間，通過基帶板間共享，提升設備處理能力。以核心網(wǎng)專業(yè)為例，UPF 已下沉部署在傳輸機房或基站，實現(xiàn)核心網(wǎng)功能下沉，為建設專網(wǎng)提供支撐能力。目前運營商內(nèi)部主要是以傳輸機房為基礎，逐步改造現(xiàn)有無線基站、接入機房等形式，納入多專業(yè)機房管理模式。在現(xiàn)有機房內(nèi)部，分層配置無線機架、傳輸機架和核心網(wǎng)機架，保障分專業(yè)統(tǒng)籌管理。

4.5 現(xiàn)網(wǎng)配套分配

現(xiàn)網(wǎng)配套整合的基礎是主設備。在機房內(nèi)部技術方案調(diào)整的基礎上，整合機房需求，對繼續(xù)使用的近端機房進行提前外電擴容改造、推動業(yè)務割接和增加內(nèi)部配套，對遠端天面的室外電池和電源進行優(yōu)化建設；對冗余機房逐步清退，實現(xiàn)機房內(nèi)部空調(diào)、照明等配套下電。機房內(nèi)部前期配套包括外電、空調(diào)等，均需根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)主設備情況進行復核計算，對冗余空調(diào)進行下電處理，對不足部分進行補裝；對外電容量不足部分進行擴容。機房內(nèi)部后期配套包括開關電源、蓄電池、走線架、尾纖槽、ODF 架等，在對主設備情況進行分析的基礎上，需對開關電源分配和蓄電池備電進行復核計算，并核對各專業(yè)使用上限，整合現(xiàn)網(wǎng)配套專業(yè)需求。

5 小結與啟示

極簡網(wǎng)絡是為應對5G 大規(guī)模建設后期網(wǎng)絡優(yōu)化提出的概念，指通過簡單的網(wǎng)絡架構、網(wǎng)絡融合、網(wǎng)絡配置實現(xiàn)網(wǎng)絡功能，有效應對行業(yè)“提速降費”的需求和企業(yè)“降本增效”的需求。為提高5G 網(wǎng)絡的覆蓋率，規(guī)劃建設階段會以業(yè)務需求為導向，難以避免會出現(xiàn)些不夠合理的情況，導致后續(xù)運維成本偏高的情況。極簡網(wǎng)絡是在大規(guī)模建設后期通過網(wǎng)絡架構模式優(yōu)化，對現(xiàn)網(wǎng)機房、設備等要素進行整合和清退，將主設備集約配置于自有物業(yè)機房等長期穩(wěn)定機房中，降低低效能或低附加值網(wǎng)絡基礎設施在現(xiàn)網(wǎng)基礎設施中的比例，實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)機房配置合理化和模塊化，降低現(xiàn)網(wǎng)維護成本，提高現(xiàn)網(wǎng)運營效率。