“雙碳”目標(biāo)下通信核心機(jī)房電源及運(yùn)維系統(tǒng)研究

陳仕聰

（中國通信服務(wù)澳門有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

隨著通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，核心機(jī)房電源消耗的電量也在不斷增加。在國家“雙碳”目標(biāo)下，核心機(jī)房作為通信行業(yè)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)中心需要持續(xù)升級(jí)優(yōu)化電源技術(shù)，從供電方式、設(shè)備選型、容量規(guī)劃等方面著手，不斷提升核心機(jī)房的能源利用率。

1 “雙碳”目標(biāo)下通信核心機(jī)房電源優(yōu)化供電方式

1.1 采用高效UPS

不間斷電源系統(tǒng)（uninterruptable power system,UPS）是5G 核心機(jī)房的基礎(chǔ)電源設(shè)備，其為整個(gè)機(jī)房提供不間斷供電支持，所以UPS 是核心機(jī)房的“心臟”。在5G 時(shí)代5G 核心機(jī)房對(duì)UPS 提出了更高的要求，不僅要保證不間斷供電支持，還要保證功耗降低、穩(wěn)定性強(qiáng)。隨著國產(chǎn)UPS 廠商在技術(shù)方面不斷突破，5G 核心機(jī)房用UPS 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人值守、自動(dòng)監(jiān)測、智能運(yùn)維等功能。在傳統(tǒng)核心機(jī)房中，UPS 一直采用集中式的架構(gòu)，存在供電距離長、維護(hù)不便、系統(tǒng)復(fù)雜等缺點(diǎn)。但在5G 核心機(jī)房中，供電距離短、維護(hù)方便以及系統(tǒng)簡單等特點(diǎn)已經(jīng)成為5G 核心機(jī)房對(duì)電源的新需求。采用無人值守UPS 的供電方式可以減少部署成本和時(shí)間；同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)集中式架構(gòu)到無人值守架構(gòu)的過渡，提高系統(tǒng)可靠性。因此，5G 核心機(jī)房采用無人值守UPS 不僅可以降低成本，還能提高系統(tǒng)可靠性。

1.2 優(yōu)化電源設(shè)備選型

電源設(shè)備選型對(duì)節(jié)能減排有重要影響，可以有效降低能耗和設(shè)備成本，這是提高核心機(jī)房供電質(zhì)量的關(guān)鍵。①高可靠設(shè)備。通過增加冗余、保護(hù)等措施保證設(shè)備的可靠性。從可靠性角度來看，通信電源系統(tǒng)不應(yīng)存在單點(diǎn)故障。當(dāng)一個(gè)電源單元發(fā)生故障，則整個(gè)系統(tǒng)都可能發(fā)生故障，而且無法進(jìn)行修復(fù)。②智能化。實(shí)現(xiàn)電源設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別、自診斷、自我管理以及自動(dòng)故障處理等功能，將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及故障狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給監(jiān)控系統(tǒng)并及時(shí)進(jìn)行處理，保證核心機(jī)房的安全可靠運(yùn)行。③模塊化。靈活配置不同的供電方式和功率等級(jí)，可以根據(jù)用戶的實(shí)際需求來選擇相應(yīng)的供電方案。模塊化電源系統(tǒng)能夠靈活地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化配置，大大減少了投資費(fèi)用。④高效節(jié)能。通過采用新技術(shù)、新材料，從電源本身和各種輔助設(shè)備兩方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。例如，采用全直流輸入、輸出和輸入開關(guān)電源技術(shù)，優(yōu)化設(shè)備參數(shù)和布局、選用高效節(jié)能的高效制冷裝置等。⑤智能管理。通過實(shí)現(xiàn)智能化的監(jiān)控與管理提升電源系統(tǒng)的可靠性和安全性。例如，采用智能監(jiān)控模塊對(duì)各個(gè)電源單元進(jìn)行監(jiān)控與管理，采用智能監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的在線監(jiān)測與管理，采用智能監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)重要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測等。⑥綠色環(huán)保。通過采用低環(huán)境污染、低噪音等環(huán)保節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品可以減少對(duì)環(huán)境的影響及降低能源消耗，通過采用新型綠色材料、綠色生產(chǎn)等方式可降低對(duì)環(huán)境的影響。

1.3 采用大容量機(jī)房電源

5G 核心機(jī)房采用大容量電源，其可保證在電源故障、電源系統(tǒng)不可用或出現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)仍能為機(jī)房內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備提供電力。5G 核心機(jī)房采用高可靠、高功率密度和大容量電源，主要體現(xiàn)在以下方面：①模塊化架構(gòu)。5G 核心機(jī)房的機(jī)架規(guī)模相比4G 核心機(jī)房要大得多，機(jī)架數(shù)可達(dá)上萬臺(tái)。針對(duì)這樣的情況需要采用模塊化架構(gòu)來設(shè)計(jì)，可以靈活地配置不同模塊數(shù)量和功率密度。5G核心機(jī)房的機(jī)架、機(jī)柜數(shù)量多、功率密度大，如果采用傳統(tǒng)的模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)可以輕松地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。對(duì)于5G 核心機(jī)房可以將不同的模塊進(jìn)行組合、堆疊，形成更大的模塊化機(jī)柜空間。②高效熱管理技術(shù)。5G 核心機(jī)房可采用更高效的熱管理技術(shù)，包括智能熱分配、智能熱補(bǔ)償?shù)葋硖岣吣茉蠢寐?，降低能耗。③快速部署和運(yùn)維管理。5G 核心機(jī)房要實(shí)現(xiàn)快速部署和運(yùn)維管理可以通過統(tǒng)一集中運(yùn)維管理平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)還可以采用快速部署和無人值守技術(shù)來提高能源利用率。

1.4 合理規(guī)劃電源容量

在電源容量規(guī)劃方面應(yīng)從“整體設(shè)計(jì)、合理分配”出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前建設(shè)情況對(duì)設(shè)備配置方案進(jìn)行優(yōu)化，滿足未來發(fā)展需求。在規(guī)劃電源容量時(shí)應(yīng)充分考慮以下因素：①供電范圍。根據(jù)設(shè)備功率配置方式、電源冗余情況確定。根據(jù)機(jī)房情況和現(xiàn)有電源情況確定的供電范圍應(yīng)盡量大一些，避免因供電范圍太小而導(dǎo)致電源容量不足的現(xiàn)象。②冗余情況。根據(jù)不同設(shè)備數(shù)量和容量配置情況適當(dāng)增加冗余容量，以保證設(shè)備供電的可靠性。當(dāng)采用傳統(tǒng)電源時(shí)可以增加1～2 臺(tái)UPS，當(dāng)采用新能源、儲(chǔ)能等新型電源時(shí)可以增加2～3 臺(tái)UPS。③環(huán)境條件。在滿足電源可靠性要求的前提下盡可能減少配電柜數(shù)量和柜內(nèi)設(shè)備容量。減少配電柜數(shù)量和柜內(nèi)設(shè)備容量可以減少配電系統(tǒng)中的配電電纜、開關(guān)及配電箱數(shù)量。機(jī)房環(huán)境是影響IT 設(shè)備功耗的主要因素。對(duì)于空調(diào)配置較低的機(jī)房和環(huán)境較為惡劣的機(jī)房，應(yīng)盡可能保證UPS、空調(diào)等設(shè)施的工作性能。在空調(diào)系統(tǒng)中配置適當(dāng)?shù)睦鋮s模塊和相應(yīng)容量的冷卻塔、風(fēng)道、空調(diào)等設(shè)施可以有效降低能耗。

1.5 應(yīng)用“云”技術(shù)

5G 核心機(jī)房需要實(shí)現(xiàn)電力的智能監(jiān)控、管理，如電源在線監(jiān)測、熱平衡系統(tǒng)、UPS 電源監(jiān)控系統(tǒng)等，為管理人員提供精準(zhǔn)的電力數(shù)據(jù)。智能電力監(jiān)測系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)房內(nèi)的溫濕度、UPS 等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)可以及時(shí)通知運(yùn)維人員處理，同時(shí)提供精準(zhǔn)的電力數(shù)據(jù)。熱平衡系統(tǒng)可將傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行收集并處理，通過風(fēng)冷系統(tǒng)將廢熱轉(zhuǎn)化為冷量，從而實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。采用智能溫控技術(shù)可對(duì)空調(diào)進(jìn)行智能管理，提高空調(diào)運(yùn)行效率。

UPS 電源監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)機(jī)房內(nèi)的電力信息，并可提供多種可視化方式以便于運(yùn)維人員及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)。圖1 為智能電力監(jiān)測系統(tǒng)。

圖1 智能電力監(jiān)測系統(tǒng)

2 “雙碳”目標(biāo)下通信運(yùn)維系統(tǒng)模式

2.1 “無人值守”模式

“無人值守”模式是指網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維模式的前提下，通過新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控、告警管理、故障處理、性能優(yōu)化等功能?！盁o人值守”模式的優(yōu)勢(shì)是可以提升網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的工作效率以及提高服務(wù)質(zhì)量，節(jié)約人力資源和降低能耗。但在實(shí)際應(yīng)用中也存在諸多問題，比如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不直觀，缺乏有效的監(jiān)控手段；需要定期人工檢查維護(hù)，存在安全風(fēng)險(xiǎn)等。通信網(wǎng)絡(luò)“無人值守”模式應(yīng)用場景如下：現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)中心等功能已全部部署在數(shù)據(jù)中心或機(jī)房內(nèi)，運(yùn)行人員通過遠(yuǎn)程訪問方式進(jìn)行操作維護(hù)。對(duì)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及告警信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，例如，針對(duì)基站的溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。故障處理及性能優(yōu)化功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作維護(hù)或故障處理。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)可通過網(wǎng)絡(luò)切片、流量監(jiān)測等方式實(shí)現(xiàn)可視化管理。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)與成熟技術(shù)相結(jié)合的方式已成為當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)運(yùn)維模式的發(fā)展方向[1]。

2.2 “機(jī)器人巡檢”模式

在“雙碳”目標(biāo)下，通信行業(yè)積極響應(yīng)國家節(jié)能減排號(hào)召制定了一系列的節(jié)能減排方案，通信設(shè)備運(yùn)維方面也開展了一系列的節(jié)能減排工作。在通信設(shè)備的巡檢工作中，目前主要采用人工巡檢和“機(jī)器人巡檢”兩種方式，在人工巡檢工作中，通信運(yùn)維人員通過現(xiàn)場巡檢器對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行巡檢，巡檢工作具有時(shí)間不固定、人員流動(dòng)性大等特點(diǎn)，工作效率低且人力成本高。同時(shí)通信設(shè)備存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。在“機(jī)器人巡檢”工作中，通過機(jī)器人代替人工開展巡檢工作具有巡檢點(diǎn)分布廣、巡檢效率高、巡檢結(jié)果可視化等特點(diǎn)。機(jī)器人巡檢主要是通過在現(xiàn)場部署的各種智能設(shè)備對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和自動(dòng)巡檢。“機(jī)器人巡檢”模式能夠有效提升通信設(shè)備巡檢效率、降低人力成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。通信設(shè)備數(shù)量多且分布廣，僅靠人工進(jìn)行巡檢難以完成所有的巡檢任務(wù)，傳統(tǒng)的人工巡檢工作受環(huán)境因素影響較大，在惡劣天氣和人員不足的情況下很難完成所有的巡檢點(diǎn)，“機(jī)器人巡檢”模式需要大量的通信設(shè)備進(jìn)行部署，目前部分運(yùn)營商已經(jīng)部署了大量的通信設(shè)備，部署完成后需要大量的運(yùn)維人員進(jìn)行維護(hù)管理[2]。圖2 為智能巡檢機(jī)器人。

圖2 智能巡檢機(jī)器人

2.3 “模塊化監(jiān)控系統(tǒng)”模式

“模塊化監(jiān)控系統(tǒng)”模式是一種在通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的運(yùn)維系統(tǒng)運(yùn)行模式?！澳K化監(jiān)控系統(tǒng)”是通過對(duì)傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、轉(zhuǎn)換和處理，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間信息數(shù)據(jù)共享、深度分析與智能預(yù)測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、故障預(yù)警、維護(hù)診斷、安全監(jiān)控、資源管理等功能的系統(tǒng)，其核心功能是通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集與處理。這種模式具有以下優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)了各設(shè)備間信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分析處理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備狀態(tài)的全面監(jiān)測，提供了準(zhǔn)確的故障診斷依據(jù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)效率。實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，解決了傳統(tǒng)模式下人工管理成本高、效率低、易出錯(cuò)等問題。實(shí)現(xiàn)了對(duì)通信系統(tǒng)中電力資源的合理配置和利用，達(dá)到了節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的目的?！澳K化監(jiān)控系統(tǒng)”模式也存在一定程度上的不足：由于涉及不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享和處理，在一定程度上增加了通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)部署所需的硬件和軟件資源，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)需要部署大量服務(wù)器、交換機(jī)等硬件設(shè)備，通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)部署所需機(jī)房面積大及能耗高。因此模塊化監(jiān)控系統(tǒng)模式下通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)維護(hù)與管理工作量較大[3]。圖3 為模塊化監(jiān)控系統(tǒng)。

圖3 模塊化監(jiān)控系統(tǒng)

2.4 “智能運(yùn)維系統(tǒng)”模式

“智能運(yùn)維系統(tǒng)”模式是一種“云大物移智”的運(yùn)維模式，它融合了互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源（如IT 設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在感知層對(duì)各類信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳遞給各類分析工具，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速分析和處理，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化配置，并為各類應(yīng)用系統(tǒng)提供智慧化支撐?！爸悄苓\(yùn)維系統(tǒng)”模式的運(yùn)維流程中包含了大量的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，而這些數(shù)據(jù)則為后續(xù)大數(shù)據(jù)分析提供了重要的參考。“智能運(yùn)維系統(tǒng)”模式可以有效提升通信運(yùn)維系統(tǒng)的能源利用效率和資源配置效率，有效地降低電力消耗，大大降低電能利用效率（power usage effectiveness, PUE），為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供更好的保障[4]。圖4 為智能運(yùn)維系統(tǒng)。圖5 為智能運(yùn)維系統(tǒng)流程。

圖4 智能運(yùn)維系統(tǒng)

圖5 智能運(yùn)維系統(tǒng)流程

3 結(jié)語

為響應(yīng)“雙碳”目標(biāo)，運(yùn)營商、通信設(shè)備廠商等將更多的資源投入了5G 核心機(jī)房建設(shè)上，通過高效UPS、采用大容量電源、應(yīng)用云技術(shù)等措施，保證機(jī)房供電，并合理運(yùn)用模塊化監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢等運(yùn)維系統(tǒng)模式滿足當(dāng)前需求的同時(shí)推動(dòng)行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步。