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绿色网络,优化能效实现绿色发展

绿色话题引发了各方关注,也逐渐被各行各业落实到行业发展的实践中。基于此,ICT产业不仅要助力千行百业智能化转型,帮助千行百业改善能耗效率,同时也要持续提升自身网络能效,为应对气候变化不断贡献自己的力量。

文/华为网络Marketing与解决方案销售部总工程师 翟海鹏
《营赢》第40期
翟海鹏

ICT技术,走向绿色和智能社会的钥匙

“碳中和”是2021年的热点话题,也是全球各行各业的共同挑战与目标。ICT行业也不例外,全球ICT产业的碳排放占比约为2%,以中国为例,中国三大运营商的能源总消耗占比不到全国的1%。ICT产业更多是肩负着助力千行百业数字化转型的任务,从而助力达成“碳中和”目标。从ICT产业自身来看,也将持续优化通信网络能效,提 高清洁能源比例。那么,ICT产业将如何优化自身的能源利用效率,并提高清洁能源比例?

优化能源利用效率的目标是使ICT产业的能耗增长率低于流量增长率,即降低每比特的能源消耗。举例来说,每台固网终端的功耗从PSTN(公共交换电话网络)时代到千兆时代,提高了近20倍,但是带宽增长了千倍甚至万倍,能源利用效率提高了几十、几百倍,这当中就是通信人的努力和贡献。

网络能效,清洁能源

绿色网络,系统优化整体能效

为了帮助运营商高效地减排节能加快迈向碳中和,华为公司提出了“绿色站点-绿色网络-绿色运营”系统性解决方案,其中绿色网络方案从整网结构入手,通过技术方案优化组网,达到显著的节电成效。

绿色网络有三个主要特征,即全光、极简和智能。“全光”涵盖两个方面:一是光交换代替电交换,二是固定接入网的“光进铜退”;“极简”是指通过全融合路由器、OTN改造老旧SDH、Massive MIMO、全融合核心网等实现对网络的技术升级和简化;“智能”是指通过对网络引入智能,实现网络闲时功耗降低。

第一,全光。

众所周知,在通信网络中,“光-电-光”的转换过程及电信号处理环节最为耗电。如果能减少网络中“光-电-光”转换的次数,便可以大幅优化网络能效。在承载网方面,采用以OXC(光交叉连接)为代表的“光交换”替代“电交换”,能够极大地降低能耗。据测算,一个96T容量的核心节点,在基于OXC技术的配置下,典型功耗为1000瓦,每年消耗低于1万度电,而基于电转发技术则典型功耗为4万瓦以上,每年的用电量超过38万度,是OXC方案功耗的40倍以上。如果全面推广OXC组网,其优化网络能效的效果将非常显著。OXC属于超高集成度的光层调度方案,即使与传统的ROADM(可重构型光分插复用器)方案相比,也能够节省40%的电力和90%的机房空间。

在接入网方面,采用“光进铜退”之后,把网络侧及终端侧的节能叠加起来,每年每户可节省约19度电,100万户每年可节省1900万度电,如果采用的是火电的话,相当于0.9万吨的碳排放(按照全球平均电碳转换值),约等于40万棵树的碳汇价值。目前,全球约有4亿多铜线及同轴电缆宽带用户,如果全部迁移到光纤宽带,每年至少可减少360万吨的碳排放。除此之外,光纤和铜线在生产环节上也存在差异,冶炼铜所消耗的能源和水资源不仅远远大于冶炼光纤的消耗量,而且还伴有大量废酸、废碱、重金属和尾矿的排放。

第二,极简。

由于技术的快速演进,现存于运营商网络中的“烟囱式”网络和老旧设备因为技术老旧,大多单功能、单制式,每比特功耗高企。如承载着大量政企专线的SDH(同步数字系列)老旧设备,单功能的传统路由器,包括业务路由器、BRAS(宽带接入服务器)、IPSec(互联网安全协议)、 CGN(电信级网络地址转换)等,单制式的2G/3G/4G/5G语音和数据核心网网元,无线接入网现存的收发效率相对较低的2T射频单元。通过新技术对老旧设备进行升级改造,可以实现“烟囱式”网络的收编和网络的简化,享受到技术发展红利,降低每比特功耗,优化网络能效。

通信网络中普遍存在的老旧SDH设备,由于使用的是十几或二十几年前的技术,每比特能耗高企,长期业务的增删导致僵尸时隙大量存在,与ODF(光纤配线架)一起占据了大量中心局点机房空间,叠加空调等开销,能效很差。而用新型OTN(光传送网络)改造SDH后,在保持业务SLA(服务等级协议)的前提下,可实现老旧SDH网络收编和网络简化,享受到百倍的单比特能耗降低,并大量释放机房空间。

随着家宽业务和2B业务的发展及CDN(内容分发网络)的下移,汇聚中心局点乃至接入中心局点需要部署BRAS、CGN和IPsec能力,传统上这些功能需要单独的路由器来实现,增加了中心局点的能耗,而新型路由器可以做到SR(段路由)、BRAS、CGN和IPsec四合一,可降低中心局点的能耗压力。

随着全球进入4G和5G时代,运营商面临着2G、3G和4G、5G多核心网并存的挑战,传统的单制式叠加建网模式,将加剧运营商的建网成本、运维成本及运营能耗。华为全融合核心网支持2/3/4/5G多网合一,并借助统一的NFV资源池调度、微服务按需动态编排、潮汐弹性扩缩容和软件性能提升等技术,相比传统设备单比特能耗可下降30%,使客户每年节省更多的硬件投资和能耗。

无线接入网中,传统的2T射频单元的每比特功耗比最新的64T64R Massive MIMO射频单元的每比特功耗高20倍左右。在C-Band频段上,与32T32R的射频单元相比,64T64R的射频单元可以1:1的利用已有站点进行部署,避免新建站点,网络更简化,也节省了新建站成本、维护成本和新站点的能耗开销。

传统的OLT(光线路终端)基本都部署在中心局点机房内,随着技术发展、偏远覆盖和灵活部署需求的增长,一部分OLT的部署可以从室内走向室外,以AirPON的方式进行部署,得以免空调、免风扇部署,从而实现节电。

通信机房里还常配置电池,铅酸电池最佳环境温度是24~25℃,当温度高于25℃时,铅酸电池寿命会受到很大影响。而锂电池在35℃度的环境里,仍能保持最佳的工作状态,将中心局点的铅酸电池更换为锂电池,可以放宽对环境温度的要求,同时锂电池体积比铅酸电池小60%以上,两个因素叠加起来可以减少空调能耗。

第三,智能。

网络有忙时和闲时,在闲时链路负载虽然大幅下降,传统的设备缺少智能关断能力,设备功耗仍维持在较高水平。路由器和微波设备可以通过流量感知,实现在闲时把相关的射频部件和电路进行静默、关断、降频,以降低闲时能耗;在流量起来的时候,自动将射频部件和电路进行解静默、唤醒、升压。网络智能化是实现功耗与容量解耦、功耗与流量挂钩。

提升清洁能源占比

无论是运营商还是设备供应商,均可通过提高绿色能源的采购比例,降低化石能源以及源自化石能源的电力采购,直接减少碳排放。

数据中心(DC)在运营商能源消耗中占比在攀升,在DC能效提升方面,一方面要采用高能效、低PUE的DC方案;另一方面在DC选址时要讲究靠近清洁能源提供源地区及低气温地区,用绿电代替火电,以自然制冷代替空调制冷。运营商差异化的DC选址方案,是通过基于网络的低能耗的信息传送替代基于电力传输网的高损耗的电力传送,这是提升运营商自身清洁能源使用占比的有效措施之一。

总之,保护环境任重而道远,低碳减排光荣而艰巨,我们需要持续降低单位通信业务量的能耗和碳排放,并为千行百业的智能化转型,尤其是为工业部门改善能耗效率、减少碳排放,提供更好的支持,做出更大的贡献。