陳仕聰

（中國通信服務澳門有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

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

1 “雙碳”目標下通信核心機房電源優(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 核心機房的基礎電源設備，其為整個機房提供不間斷供電支持，所以UPS 是核心機房的“心臟”。在5G 時代5G 核心機房對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。隨著國產(chǎn)UPS 廠商在技術方面不斷突破，5G 核心機房用UPS 已經(jīng)實現(xiàn)了無人值守、自動監(jiān)測、智能運維等功能。在傳統(tǒng)核心機房中，UPS 一直采用集中式的架構，存在供電距離長、維護不便、系統(tǒng)復雜等缺點。但在5G 核心機房中，供電距離短、維護方便以及系統(tǒng)簡單等特點已經(jīng)成為5G 核心機房對電源的新需求。采用無人值守UPS 的供電方式可以減少部署成本和時間；同時還能實現(xiàn)從傳統(tǒng)集中式架構到無人值守架構的過渡，提高系統(tǒng)可靠性。因此，5G 核心機房采用無人值守UPS 不僅可以降低成本，還能提高系統(tǒng)可靠性。

1.2 優(yōu)化電源設備選型

電源設備選型對節(jié)能減排有重要影響，可以有效降低能耗和設備成本，這是提高核心機房供電質(zhì)量的關鍵。①高可靠設備。通過增加冗余、保護等措施保證設備的可靠性。從可靠性角度來看，通信電源系統(tǒng)不應存在單點故障。當一個電源單元發(fā)生故障，則整個系統(tǒng)都可能發(fā)生故障，而且無法進行修復。②智能化。實現(xiàn)電源設備的自動識別、自診斷、自我管理以及自動故障處理等功能，將系統(tǒng)運行狀態(tài)及故障狀態(tài)實時反饋給監(jiān)控系統(tǒng)并及時進行處理，保證核心機房的安全可靠運行。③模塊化。靈活配置不同的供電方式和功率等級，可以根據(jù)用戶的實際需求來選擇相應的供電方案。模塊化電源系統(tǒng)能夠靈活地對系統(tǒng)進行模塊化配置，大大減少了投資費用。④高效節(jié)能。通過采用新技術、新材料，從電源本身和各種輔助設備兩方面實現(xiàn)節(jié)能減排。例如，采用全直流輸入、輸出和輸入開關電源技術，優(yōu)化設備參數(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)控模塊對各個電源單元進行監(jiān)控與管理，采用智能監(jiān)控模塊實現(xiàn)電源系統(tǒng)的在線監(jiān)測與管理，采用智能監(jiān)控模塊實現(xiàn)對重要設備運行狀態(tài)的實時監(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)能技術和產(chǎn)品可以減少對環(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)等方式可降低對環(huán)境的影響。

1.3 采用大容量機房電源

5G 核心機房采用大容量電源，其可保證在電源故障、電源系統(tǒng)不可用或出現(xiàn)電網(wǎng)故障時仍能為機房內(nèi)的關鍵設備提供電力。5G 核心機房采用高可靠、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。5G 核心機房的機架規(guī)模相比4G 核心機房要大得多，機架數(shù)可達上萬臺。針對這樣的情況需要采用模塊化架構來設計，可以靈活地配置不同模塊數(shù)量和功率密度。5G核心機房的機架、機柜數(shù)量多、功率密度大，如果采用傳統(tǒng)的模塊化架構設計可以輕松地實現(xiàn)動態(tài)擴容。對于5G 核心機房可以將不同的模塊進行組合、堆疊，形成更大的模塊化機柜空間。②高效熱管理技術。5G 核心機房可采用更高效的熱管理技術，包括智能熱分配、智能熱補償?shù)葋硖岣吣茉蠢寐?，降低能耗。③快速部署和運維管理。5G 核心機房要實現(xiàn)快速部署和運維管理可以通過統(tǒng)一集中運維管理平臺來實現(xiàn)。同時還可以采用快速部署和無人值守技術來提高能源利用率。

1.4 合理規(guī)劃電源容量

在電源容量規(guī)劃方面應從“整體設計、合理分配”出發(fā)，結合當前建設情況對設備配置方案進行優(yōu)化，滿足未來發(fā)展需求。在規(guī)劃電源容量時應充分考慮以下因素：①供電范圍。根據(jù)設備功率配置方式、電源冗余情況確定。根據(jù)機房情況和現(xiàn)有電源情況確定的供電范圍應盡量大一些，避免因供電范圍太小而導致電源容量不足的現(xiàn)象。②冗余情況。根據(jù)不同設備數(shù)量和容量配置情況適當增加冗余容量，以保證設備供電的可靠性。當采用傳統(tǒng)電源時可以增加1～2 臺UPS，當采用新能源、儲能等新型電源時可以增加2～3 臺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)設備容量。減少配電柜數(shù)量和柜內(nèi)設備容量可以減少配電系統(tǒng)中的配電電纜、開關及配電箱數(shù)量。機房環(huán)境是影響IT 設備功耗的主要因素。對于空調(diào)配置較低的機房和環(huán)境較為惡劣的機房，應盡可能保證UPS、空調(diào)等設施的工作性能。在空調(diào)系統(tǒng)中配置適當?shù)睦鋮s模塊和相應容量的冷卻塔、風道、空調(diào)等設施可以有效降低能耗。

1.5 應用“云”技術

5G 核心機房需要實現(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的電力數(shù)據(jù)。智能電力監(jiān)測系統(tǒng)可以對機房內(nèi)的溫濕度、UPS 等進行實時監(jiān)測，當出現(xiàn)異常時可以及時通知運維人員處理，同時提供精準的電力數(shù)據(jù)。熱平衡系統(tǒng)可將傳統(tǒng)機房設備運行產(chǎn)生的廢熱進行收集并處理，通過風冷系統(tǒng)將廢熱轉化為冷量，從而實現(xiàn)能源的高效利用。采用智能溫控技術可對空調(diào)進行智能管理，提高空調(diào)運行效率。

UPS 電源監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控整個機房內(nèi)的電力信息，并可提供多種可視化方式以便于運維人員及時掌握設備狀態(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”目標下通信運維系統(tǒng)模式

2.1 “無人值守”模式

“無人值守”模式是指網(wǎng)絡維護人員在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡運維模式的前提下，通過新技術、新設備的應用實現(xiàn)對網(wǎng)絡運行的實時監(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)勢是可以提升網(wǎng)絡維護人員的工作效率以及提高服務質(zhì)量，節(jié)約人力資源和降低能耗。但在實際應用中也存在諸多問題，比如設備運行狀態(tài)不直觀，缺乏有效的監(jiān)控手段；需要定期人工檢查維護，存在安全風險等。通信網(wǎng)絡“無人值守”模式應用場景如下：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)中心或機房內(nèi)，運行人員通過遠程訪問方式進行操作維護。對現(xiàn)場設備運行狀態(tài)及告警信息等進行實時監(jiān)控，例如，針對基站的溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測。故障處理及性能優(yōu)化功能可實現(xiàn)對設備的遠程操作維護或故障處理。網(wǎng)絡運行狀態(tài)可通過網(wǎng)絡切片、流量監(jiān)測等方式實現(xiàn)可視化管理。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設運維經(jīng)驗與成熟技術相結合的方式已成為當前數(shù)據(jù)中心建設運維模式的發(fā)展方向[1]。

2.2 “機器人巡檢”模式

在“雙碳”目標下，通信行業(yè)積極響應國家節(jié)能減排號召制定了一系列的節(jié)能減排方案，通信設備運維方面也開展了一系列的節(jié)能減排工作。在通信設備的巡檢工作中，目前主要采用人工巡檢和“機器人巡檢”兩種方式，在人工巡檢工作中，通信運維人員通過現(xiàn)場巡檢器對通信設備進行巡檢，巡檢工作具有時間不固定、人員流動性大等特點，工作效率低且人力成本高。同時通信設備存在很大的安全風險。在“機器人巡檢”工作中，通過機器人代替人工開展巡檢工作具有巡檢點分布廣、巡檢效率高、巡檢結果可視化等特點。機器人巡檢主要是通過在現(xiàn)場部署的各種智能設備對通信設備進行監(jiān)控和自動巡檢。“機器人巡檢”模式能夠有效提升通信設備巡檢效率、降低人力成本和安全風險。通信設備數(shù)量多且分布廣，僅靠人工進行巡檢難以完成所有的巡檢任務，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，“機器人巡檢”模式需要大量的通信設備進行部署，目前部分運營商已經(jīng)部署了大量的通信設備，部署完成后需要大量的運維人員進行維護管理[2]。圖2 為智能巡檢機器人。

圖2 智能巡檢機器人

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)絡中廣泛應用的運維系統(tǒng)運行模式?！澳K化監(jiān)控系統(tǒng)”是通過對傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡中不同設備之間的數(shù)據(jù)進行集成、轉換和處理，實現(xiàn)各設備間信息數(shù)據(jù)共享、深度分析與智能預測，進而實現(xiàn)對通信網(wǎng)絡進行遠程監(jiān)測、故障預警、維護診斷、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備之間的數(shù)據(jù)采集與處理。這種模式具有以下優(yōu)勢：實現(xiàn)了各設備間信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和分析處理，對網(wǎng)絡中設備狀態(tài)的全面監(jiān)測，提供了準確的故障診斷依據(jù)，提高了網(wǎng)絡的運行維護效率。實現(xiàn)了對通信網(wǎng)絡中設備的遠程集中監(jiān)控，解決了傳統(tǒng)模式下人工管理成本高、效率低、易出錯等問題。實現(xiàn)了對通信系統(tǒng)中電力資源的合理配置和利用，達到了節(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)絡運維系統(tǒng)部署所需的硬件和軟件資源，在對數(shù)據(jù)進行實時采集和處理時，通信網(wǎng)絡運維系統(tǒng)需要部署大量服務器、交換機等硬件設備，通信網(wǎng)絡運維系統(tǒng)部署所需機房面積大及能耗高。因此模塊化監(jiān)控系統(tǒng)模式下通信網(wǎng)絡運維系統(tǒng)維護與管理工作量較大[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 “智能運維系統(tǒng)”模式

“智能運維系統(tǒng)”模式是一種“云大物移智”的運維模式，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，通過對網(wǎng)絡資源（如IT 設備、網(wǎng)絡系統(tǒng)）進行實時監(jiān)測，在感知層對各類信息進行實時采集，并將其轉化為數(shù)字信號傳遞給各類分析工具，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速分析和處理，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的優(yōu)化配置，并為各類應用系統(tǒng)提供智慧化支撐。“智能運維系統(tǒng)”模式的運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?！爸悄苓\維系統(tǒng)”模式可以有效提升通信運維系統(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），為實現(xiàn)“雙碳”目標提供更好的保障[4]。圖4 為智能運維系統(tǒng)。圖5 為智能運維系統(tǒng)流程。

圖4 智能運維系統(tǒng)

圖5 智能運維系統(tǒng)流程

3 結語

為響應“雙碳”目標，運營商、通信設備廠商等將更多的資源投入了5G 核心機房建設上，通過高效UPS、采用大容量電源、應用云技術等措施，保證機房供電，并合理運用模塊化監(jiān)控系統(tǒng)、機器人巡檢等運維系統(tǒng)模式滿足當前需求的同時推動行業(yè)發(fā)展和進步。