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瓦特驱动比特:共建绿色全联接世界

2015-04-07 文/华为网络能源产品线副总裁 方良周

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  比特作为数字信息的基本单位,在以瓦特为基本单位的能源的驱动下,沿MBB和FBB通信管道传送到全球每个角落。全球来看,宽带数据消费在几年间增长了数千倍,信息享受成本越来越低。但由于能源供应持续短缺,电费等能源成本越来越高,致使运营商增量不增收的压力越来越大。在MBB和FBB时代,电信运营商需要提升瓦特驱动比特的效率,有效降低能耗。

  过去10年,人们围绕碳排放与气候变化展开的辩论愈来愈多,这使得每一种新兴技术在诞生之时,都会被小心翼翼地评估碳排放足迹。面对IT与CT的快速交互融合,以及移动互联与云计算的急剧扩张,运营商在提升营业收入和减少能源成本方面面临的压力越来越大。

节能减排意义重大

  20年前,全球人口总数为56亿,而移动用户数不到1亿,站点数量仅20万,联接数低于0.5亿。2015年上半年,全球人口总数已超过73亿,移动用户数已激增至48亿以上,站点数量超过660万,联接数超过80亿。未来20年内,预计世界人口总数将新增15亿,伴随着大数据时代ICT行业的急剧发展,运营商需要提供更多更好的移动通信服务。

  2014年,全球耗电量已达24万亿度,全球电力供需缺口超过2万亿度。与此同时,ICT行业成为全球第五大耗能产业,ICT行业的能耗及碳排放数量占全球总量的2%-4%,并仍将以每年4%-5%的速度增长。相关研究表明,如果不采取任何措施,到2020年,ICT行业的二氧化碳排放量相比2007年将翻番。

  据统计,2014年全球运营商OPEX超过1.6万亿美元,其中能源费用约占运营支出的20%,高达3000亿美元。如果从能耗收入比(ECR,Energy Cost per Revenue)这个指标来看待能源成本,欧洲运营商ECR平均值为1.1%左右,发展中国家运营商通常在2%-6%之间,缺电、少电区域由于多采用站点油机发电,ECR更高,最高可达10%。

  近期,澳大利亚的研究表明,在云计算整体环境中,无线接入网技术在云计算整体能源消耗中占90%,是数据中心消耗量的10倍。网络本身,特别是电信基础设施和用户设备之间的最终连接,是整个云系统中能量消耗的巨头,是影响云计算服务可持续发展的关键。

  由于互联网企业对电信运营商传统业务形成的冲击,未来电信业务收入增长将进一步放缓,而能源成本将持续上升,最终呈现增量不增收的局面。节能减排,已经不止停留在企业的社会责任层面,还对运营商降低能源成本,保持或增长利润,具有重要意义。

运营商纷纷制定能源战略

  随着社会持续数字化和移动通信业务高速增长,在LTE规模部署阶段,数据流量年增长可达100%,能耗增长预计将超过20%。节能减排引起了全球运营商共同关注,纷纷制定节能减排战略目标。

  Telefonica提出2015年相比2008年能耗降低30%;沃达丰制定了2020年相比2006年碳排放量降低50%的目标;Telenor明确2016年碳排放相比2007年降低40%;法国电信给出了2020年相比2006年碳排放量降低20%的目标;德国电信提出2020年相比1995年碳排放量降低20%;Verizon预计2017年相比2007年碳排放减少达到20%;英国电信更是拿出2020年相比1996年碳排放降低80%的目标……

  明确了战略目标后,运营商们纷纷制定了具体的节能计划,并行动起来。

  沃达丰创新中心主管Kyris指出,ICT未来发展的主要挑战之一是降低通信网络能耗。沃达丰近年来分阶段实施了2G、3G设备改造,改造老旧供电设备,实施能源网管,自2006年以来,已累计节能590TWh。

  Telstra能源基础设施执行总监John Romano表示,Telstra已引入98%效率的超高效电源,来改造90%效率的传统老旧电源,通过实现高效能源转换,能源损耗降低75%,仅此项改造可使单个站点节约1.4万度电,能源改造ROI小于1.5年。同时,站点引入太阳能供电,不仅能提高供电可靠性,还能实现清洁能源的接入,进一步节省用电。

  VIP集团巴基斯坦子网Mobilink的站点解决方案战略专家Adil分享,伴随大规模的网络扩容,Mobilink通过采用混合供电解决方案,减少因电力不稳采用油机供备电带来的相关能源成本,并通过部署NetEco智能能源网络管理系统,让全网能效可视、可控,成功提升全网运维效率,OPEX年节省4000万美元。

  Optus能源主管David则如此介绍,Optus通过专业设计的自助服务分析工具,基于资产、国家、气候、能耗等信息,导入流量数据,自动绘制基于GB/kWh的站点能源网络,可以简单地实现对站点的能耗管理,通过运用网络提供的各项数据、信息,加速能源业务的发展。

  国际电信联盟ITU WP3/5主席Paolo Gemma指出,ITU作为能效领域的国际权威标准组织,致力于研究ICT领域能效提升及节能减排,制定统一的能效标准NEE/NIEE/NTEE等网络能源效率定义,有助于帮助运营商衡量现网能效,以制定更有效的能效提升计划。

  华为以ICT行业节能减排为己任,倡导网络能效标准的制定与实施,并提出切实可行的网络能效标准和KPI建议,并针对运营商所面临的节能降耗挑战,从网络架构、站点架构、网络设备、基础设施,包括供电、新能源等领域,引入详细的端到端解决方案,并分享其全球实践经验。

创新技术共建绿色全联接世界

  5G作为即将到来的无线通信核心技术,将实现千亿联接、1ms超低时延、10Gbps传输速率,运营商在大胆采用各类创新技术的同时,无疑都会考虑能源效率的提升。这些新技术更好地满足了全联接世界的需求,也奠定了发展绿色网络的基础,其中主要包括“云化的新架构、多频多模共站建设、创新调制方式的新空口、Massive MIMO新天线、设备动态能耗管理,以及站点级甚至网络级的高效供电方案等等。

  扁平化的网络架构。网络转型不断借鉴云计算、虚拟化、软件化,通过NFV、SDN等新技术,使移动网络、IP承载网络、传送网络、数据中心等领域,实现多种网络架构的虚拟化与扁平化。这样的架构可将设备利用率提高超过60%,大容量、少局点的变化可实现能源消耗减少30%以上。

  多频多模共站建设。运营商想在现有站点部署新的业务,就要求原来的GSM/UMTS网络支持LTE,硬件完全融合,甚至未来能平滑演进支持5G,同一站点支持多频段、多模式已经成为必然趋势。GigaSite解决方案基于华为成熟的SingleRAN方案,能最大程度满足运营商多频段、多模式、共站点的建设要求。另外,分布式射频拉远单元RRU沿着多模、多频、多发多收、多扇区的方向不断发展创新,通过不断提高的宽频和功放技术,提升单位体积和单位功耗效率。

  DPMT动态能耗管理技术。DPMT可以根据业务负载压力自动监控当前设备的资源使用情况,并根据资源利用率动态调整设备运行状态,按业务需求提供最低供电,将服务器功耗降到最低。DPMT包括端口控制技术、智能风扇技术、动态功率控制技术。载频级功放关断是在小区处于低话务量时期,BSC根据一定的专用算法,对小区内空闲载频实施关断的省电措施。时隙级功放关断能够根据时隙的占用情况,对占到基站功耗70%左右的功放进行瞬时关断和开启,达到节能的目的。动态能耗管理技术从技术层面上,能达到站点节能近90%的效果。

  Massive MIMO。Massive MIMO成为越来越受到人们关注的5G关键技术之一。Massive MIMO可以增加系统容量10倍以上,提高能量辐射效率100倍以上。Massive MIMO降低了功放和射频(微波)链路线性的要求,用多个小功率、工作在线性区的功放代替传统大功率功放,通过天线阵增益,达到传统大功率功放相同的覆盖范围。

  一体化智能站点与智能能效管理技术。随着4G与5G网络架构的演进,传统站点基础设施形态也在发生着变化,从传统土建机房与拼装机房,逐渐向一体化室内站点、 一体化室外站点和一体化小型站点的方向发展。“一体化”拥有站址易获取、快速部署、尺寸迷你、节省能耗与运营OPEX等巨大优势。例如一体化室外站点方案,采用高效分舱温控,可助力站点节能40%以上,主设备能耗占比可提高到90%,将在基础设施上的能耗降至最低。智能能效管理技术,变传统被动式运维管理为主动预防式运维管理,变依靠人工上站的低效模式为远程可视可管可控的高效模式,整体而言运维效率提升50%以上,大大减少与网络基础设施运维相关的成本。

  数字化、网络化、智能化技术手段是发展趋势。数字化是通过数字传感器把非智能设备的信息,如电流、电压、温湿度等,转换为数字信号,并通过控制器把数字信号转换为对设备的控制,如开关、机械动作、电压电流的调节,从而达到运用数字技术控制非智能设备的目的。网络化是通过数字信息传递的通道,实现网络能源基础设施的全联接和信息的汇聚与共享,从而为进一步对信息的处理与应用提供可能。智能化是通过对信息和数据的分析及处理,从中发现规律,进而对整个网络能源系统行为进行优化的过程。数字化、网络化、智能化将从根本上改变网络能源系统长期缓慢演进的状态,伴随互联网、大数据思维日渐渗透,为产品和解决方案带来革命性影响,使其不局限于从单台设备功能出发,以智能站点、智慧数据中心为代表的数字化、网络化能源系统,将逐渐成为主流。

  通过比特(Bit)管理瓦特(Watt),以更少的瓦特驱动更多的比特,支撑FBB、MBB的发展,是华为的使命与战略。基于“三化”理念,华为提出设备级、站点级和网络级三层次节能战略和E2E智能化管理,并推出全系列全场景网络能源解决方案,与客户一起打造绿色智能的通信网络,共建更美好的绿色全联接世界!

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