下一代互联网绿色节能解决方案.docx
下一代互联网绿色节能解决方案GreenEnergy-savingSolutionsforNextGenerationInternetAbstract：Withtherapiddevelopmentof5Gnetworks,thenetworkenergyconsumptionofoperatorshasalsoincreasedrapidly.Howtoreducenetworkpowerconsumptionandoperatingcostswhileensuringnetworkservicequalityhasbecomeanurgentproblemthatoperatorsneedtosolve.Thispaperanalyzesthedevelopmenttrendoftheenergyconsumptionandtrafficbandwidthofthenetworkequipmentofthetwogenerationsofoperators,discussesthegreenenergysavingschemeofthenextgenerationInternettoreduceenergyconsumptionfromthethreedimensionsofsinglemachineenergysaving,managementenergysavingfandnetworkarchitectureenergysaving,andconductspilottestsonthesinglemachineenergysavingschemeintheoperatornetwork.Keywords：Greenandenergy-saving;Singlemachineenergysaving;Managementenergysaving;Networkarchitectureenergysaving引用格捣罗家尧，方遒铿，余金波，等.下T短联网绿色节能解决方案J.邮电设计技术，2024(4)39-45.1蛔近年来，随着5G网络的迅速发展，运营商网络的能耗也快速增长。据统计，2019年我国5G基站耗电量约占全社会用电量的0.05%,到2023年，5G基站耗电量占全社会用电量的1.3%。能耗成本也同步快速增长，目前约占运营商非业务类成本的1/3功耗的倍增给运营商带来了新的挑战，一方面面临电源动力基础设翩模更新的投资成本（CAPEX）压力，另一方面收稿日期:2024-03-12也面临着运营成本（OPEX）大幅提升的压力如何在保障网络服务质量的前提下降低网络能耗，降低由此带来的投资成本和运营成本，成为运营商亟需解决的问题。2网络能耗分析2.1 能耗关键指标定义分析网络能耗，制订网络能耗的压降方案，不能仅观察设备本身能耗水平的变化，还需要考虑重新定义如下3个指标作为下一代网络能耗的关键指标。a）单设备每Gb带宽能耗。单设备总功耗除以业务板卡总带宽折合Gb数可得出每Gb带宽下设备的功耗。在同类可比的设备上，这个指标主要考察设备本身能耗效率，与设备设计能力、芯片能力、集成能力相关，与设备实际承载业务负荷无关。b）单设备每Gb流量能耗。设备承载了业务流量后，单设备总功耗除以实际流量流速折合Gb数可得出每Gb流量下设备的功耗。在同类可比的设备上，这个指标除了与每Gb带宽能耗相关外，还受到设备的带宽利用率、管理节能能力等因素的影响。C）端到端每Gb流量能耗。在同类可比的网络中，所有网络设备总功耗除以从网络入口到网络出口的总业务流量流速折合Gb数可得出端到端每Gb流量能耗。这个指标除了与单节点每Gb流量能耗相关外，还受网络架构、流量路径合理性等因素影响，与运营商网络规划能力和运营能力直接相关。2.2 现网能耗分析按照单设备每Gb带宽能耗指标的定义，选择IPRAN和智能城域网2代路由器设备进行能耗分析。因为汇聚设备与接入设备从设备形态、能力和应用场景上差异较大，汇聚设备一般采用框式设备，带宽大、路由能力强，接入设备一般采用盒式设备，设计比较紧凑，因此在分析中需要分别进行对比。2.2.1 IPRAN设备能耗统计现网2个IPRAN厂家同层级设备相同板卡配置下的功耗，结果如表1所示。2.2.2 智能城域网设备能耗统计现网智能城域网2个厂家同层级设备相同板卡配置下的功耗，结果如表2所示。2.2.3 设备能耗对比分析汇总IPRAN和智能城域网功耗2张表，并合入设备端口利用率和峰值流量速率，可计算得出IPRAN和智能城域网设备功耗对比（见表3）从表3可以看出，汇聚设备从IPRAN演进到智能城域网后，虽然总体功耗上升明显，但单设备每Gb带宽能耗下降也较为明显，说明设备能耗效率有一定提升。而接入设备演进后，总体功耗上升明显，但单设备每Gb带宽能耗下降并不明显，设备能耗效率提升不明显，与每代产品10倍的带宽增长,能耗翻番的愿景差距较大。考虑到接入设备部署量巨大，三大运营商在网设备数量超过百万台，后续接入设备能耗效率进一步提升的需求和空间很大，设备商应关注并完善相应解决方案。表12个IPRAN厂家同板卡配置设备功耗对比设备层级厂家配置总功粕W板卡类型数量汇聚层厂家A主控板21460.2路IOGE光接口板+32路GE光接口板2交换板1风扇模块2厂家B主控板21242.572路IoGE光接口板+20路GE光接口板2交换板1风扇模块2接入层厂家A主控板2107.408路GE光接口板21路IoGE光接口板2风扇模块1厂家B主控板2123.308路GE光接口板21路IOGE光接口板2风扇模块1表2智能城域网2个厂家同板卡配置设备功耗对比设备层级厂家配置总功希W板卡类型数量汇聚层厂家A主控板23236.28路50GE汨妾口板240路IOGE光接口板1交换板2风扇模块3厂家B主控板23412.308路50GE光接口板240路IOGE光接口板1交换板2风扇模块3接入层厂家A主控板2311.8010路IOGE光接口板28路GE光接口板1风扇模块1厂家B主控板2308.4210路IOGE燎口板28路GE光接口板1风扇模块1进一步结合现网的利用率和流量情况分析单设备每Gb流量能耗，结果如表4所示。从表4可以看出，由于智能城域网建网时间短，端口利用率和带宽利用率较低，当前折算单设备每Gb流表3IPRAN和智能城域网设备功耗对比层级网络厂家总带宽/GB总功耗/W单设备每Gb带宽能耗/W汇聚IPRAN厂家A1041460.14.038厂家B801242.5715.532智能城域网厂家A83236.204.045厂家B8003412.304.265接入IPRAN厂家A36107.402.983厂家B36123.303.425智能城域网厂家A108311.802.887厂家B108308.422.856表4结合现网利用率和流量情况分析单设备每Gb流量能耗层级网络厂家总功相W峰值流量速率（GB）端口利用率/%单设备每Gb流量能耗/W汇.聚IPRAN厂家A1460.0097.9222.0514.910厂家B1242.5792.1632.1213.483智能城域网厂家A3236.2052.1722.9162.034厂家B3412.3047.11342272.433援入IPRAN厂家A107.4010.0850.0110.655厂家B123.3012.5241.339.848智能城域网厂家A311.804.0314.2877.370厂家B308.425.0218.2561.438量能耗远高于原有IPRAN设备o由于设备从投产到达到利用率峰值之间有较长周期，期间设备存在一个低负荷运行的时间段，如果能够在该时间段根据设备实际负荷和利用率实施相应的管理节能手段，也能够节约大量的能耗投入。某设备商曾经提出过oObitOwatt,的口号，是对这个场景的一个较好的愿景规划。3网络节能方案网络节能可以划分为3个层次，第1个层次是设备单机节能，主要通过分析设备能耗组成，通过硬件设计和软件设计实现低能耗运行，一般由设备商实现；第2个层次是设备管理节能，结合设备负荷监测进行相应节能干预，由设备商和运营商共同实现；第3个层次是网络架构节能，通过架构设计优化调整，降低端到端能耗，主要由运营商来实现。3.1 单机节能方案3.1.1 能耗组成路由器设备耗能部件主要是线路板、交换网板、风扇模块、电源模块和主控板，其中占据大比例的是线路板，约占一台设备耗能部件的76%。主控板功耗最小，设备必备基本配置，很难再进一步节能电源模块可根据设备对动力条件的要求按需配置，功耗跟主要耗能部件强相关，可考虑进一步提升电源转换效率。风扇模块的功耗跟转速成立方的关系，且和设备所处的环境强相关。表5所示为智能城域网一台核心设备的板卡实时功耗，可直观看出线路板在整机功耗的比重。路由器节能基本策略是以线路板和交换网板为设计重点，从单板、芯片、链路到功能模块的层层节能。表5智能城域网某台核心设备板卡实时功耗时隙PCB板卡电压/V电流/A功耗/W最大功耗/W1GP1.4TA53.3117.41928.201241.002GP1.4TA53.2617.40927.001241.003GP1.4TA53.4217.77949.301241.004GP1.2TA53.3210.36552.60790.5GP1.2TA53.3110.98585.40790.9GPMPUB12.1272287.60181.10GPMPUB12.097.5591.30181.00SFU1GPSFU08FB12.109.30112.60225.SFU2GPSFU08FB12.119.27112.30225.SFU3GPSFU08FB12.109.50115.225.SFU4GPSFU08FB12.099.34113.00225.SFU5GPSFU08FB12.099.28112.30225.00SFU6GPSFU08FB12.109.52115.30225.00SFU7GPSFU08FB12.089.27112.00225.00SFU8GPSFU08FB12.109.42114.00225.00FAN1FAN2000.00FAN2FAN2000.FAN3FAN-2000.3.1.2 设备节能模式设备节能是指在满足设
