大容量通信設(shè)備能耗測試的簡易方法研究

李韶英+莊湛海+陳昊

【摘 要】為了降低大容量設(shè)備能耗測試的成本和難度，簡化測試工作，在傳統(tǒng)測試方法的基礎(chǔ)上，通過分析歷史測試數(shù)據(jù)，研究了電源轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定后業(yè)務(wù)板卡與整機(jī)能耗的線性模型，提出了大容量通信設(shè)備能耗測試的簡易方法，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室測試驗(yàn)證了該方法的可行性。

【關(guān)鍵詞】大容量設(shè)備 能耗測試 電源轉(zhuǎn)化率

Research on a Simple Method of the Energy Consumption Test

for the Large Capacity Communication Equipment

[Abstract] In order to reduce the cost and difficulty of large capacity equipment energy consumption test and simplify the testing work， the traditional testing method was analyzed in this paper. Based on the historical data of the energy consumption test， the linear model of service card and equipment energy consumption in the case of the stable power conversion rate was studied to propose a simple method of the energy consumption test for the large capacity communication equipment. Laboratory tests validate the feasibility of the proposed method.

[Key words]large capacity equipment energy consumption test power conversion rate

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的爆炸式增長，通信設(shè)備向著高集成度、大容量方向發(fā)展。目前通信設(shè)備的槽位和設(shè)計(jì)容量越來越大，涉及的產(chǎn)品單板、模塊和部件等檢測物料數(shù)量多，測試環(huán)境復(fù)雜，這些都無疑增加了測試的難度，并造成測試的人力和物料成本的提高，因此迫切需要在日常的測試工作中研究探索切實(shí)可行的大容量通信設(shè)備的能耗測試方法。本文在傳統(tǒng)測試方法的基礎(chǔ)上，提出了大容量通信設(shè)備能耗測試的簡易方法，以此降低大容量設(shè)備能耗測試的成本和難度，簡化測試工作。

2 大容量通信設(shè)備能耗測試傳統(tǒng)方法

由于通信設(shè)備的能效水平受設(shè)備的配置、業(yè)務(wù)流量大小以及設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境等因素的影響，充分考慮到產(chǎn)品的配置及流量對(duì)產(chǎn)品能效水平的影響，通常采用產(chǎn)品綜合能效比的方法評(píng)價(jià)設(shè)備的能效水平。綜合能效比計(jì)算方法如下：

參數(shù)說明：EER為設(shè)備綜合能效比；Ti為產(chǎn)品在某一固定配置模型下的最大吞吐量；Pi為產(chǎn)品在某一固定配置模型下的設(shè)備綜合功耗；Ci為產(chǎn)品在某一固定配置模型的應(yīng)用權(quán)重，C1～Cn之和等于1；Bj為產(chǎn)品在某一固定配置型下業(yè)務(wù)流量占比權(quán)重，B1～Bn之和等于1；Pj為設(shè)備在不同負(fù)荷水平，如0%、30%、100%等負(fù)荷下的綜合功耗（注：0%代表設(shè)備無業(yè)務(wù)流量，但處于鏈接狀態(tài)下的設(shè)備功耗）。其中Pj是通過對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行滿配后加載不同負(fù)荷下進(jìn)行的整機(jī)能耗測試數(shù)值。

由于大容量通信設(shè)備涉及的產(chǎn)品單板、模塊和部件等檢測物料數(shù)量多，搭建測試環(huán)境復(fù)雜，檢測周期長，工作進(jìn)度緩慢，測試耗費(fèi)的人力和物料成本都比較高，因此迫切需要簡易的能耗測試方法。

3 大容量通信設(shè)備能耗測試的簡易方法

理論基礎(chǔ)

通過對(duì)主流廠家的大容量IP路由器（設(shè)備容量≥

3.2 Tbps）以及OTN設(shè)備（交叉矩陣容量≥25 Tbps）測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)板卡部分能耗約占整機(jī)能耗的80%，其他部分（網(wǎng)板、主控板等）能耗約占20%。因此能耗測試重點(diǎn)在于業(yè)務(wù)板卡部分。如果能找到業(yè)務(wù)板卡與能耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以摸索尋找一種簡易的能耗測試方法。

理論而言，通信設(shè)備的整機(jī)功耗等于風(fēng)扇、主控板、交換板與業(yè)務(wù)板功耗之和。常溫下風(fēng)扇的調(diào)速策略為固定轉(zhuǎn)速，功耗不隨業(yè)務(wù)板數(shù)量增加而增加；業(yè)務(wù)板板卡功耗隨業(yè)務(wù)量變化而變化；主控板功耗也是穩(wěn)定不變；交換網(wǎng)板功耗包括公共部分固定功耗和隨業(yè)務(wù)板數(shù)量變化的可變功耗，理論上該部分功耗與業(yè)務(wù)板數(shù)量呈線性關(guān)系。

因此大容量通信設(shè)備整機(jī)功耗理論上可歸納為以下公式：

P=[P公共+n（P業(yè)務(wù)板+Pi）]/a （3）

其中，a為電源轉(zhuǎn)換效率；P公共為風(fēng)扇+主控板+交換網(wǎng)板公共部分的功耗；n為業(yè)務(wù)板配置數(shù)量；P業(yè)務(wù)板為單塊業(yè)務(wù)板自身的功耗；Pi為交換網(wǎng)板每增加一塊業(yè)務(wù)板而增加的功耗。

從公式（3）可以得出，理論上當(dāng)設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換效率固定不變時(shí)，設(shè)備的整機(jī)功耗和業(yè)務(wù)板配置數(shù)量是呈線性關(guān)系的。

如圖3所示，選取了主流的大容量通信設(shè)備，包括大容量的IP路由器和OTN設(shè)備進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電源負(fù)載率達(dá)到20%以上時(shí)，電源轉(zhuǎn)換效率趨于穩(wěn)定。

根據(jù)測試的結(jié)果，推斷出對(duì)于測量設(shè)備的整機(jī)能耗，只需配置適量的業(yè)務(wù)板卡使設(shè)備電源轉(zhuǎn)換效率趨于穩(wěn)定，之后因增加業(yè)務(wù)板所帶來的整機(jī)能耗的提升，可以用線性疊加的方式計(jì)算得出，而不需要進(jìn)行整機(jī)測試。對(duì)于大容量的設(shè)備，因?yàn)闃I(yè)務(wù)板卡多，這樣可減少測試板卡的數(shù)量，減少加載的測試流量，降低測試的難度。

4 大容量通信設(shè)備能耗簡易測試方法測

試驗(yàn)證

根據(jù)以上理論對(duì)大容量設(shè)備滿載能耗測試簡化流程如下：

（1）按要求配置設(shè)備主控板、交換網(wǎng)板、風(fēng)扇；

（2）逐步增加業(yè)務(wù)板卡，并按要求配置業(yè)務(wù)流量，檢測設(shè)備的電源負(fù)載率和電源轉(zhuǎn)化效率；

（3）當(dāng)設(shè)備電源效率穩(wěn)定時(shí)，將此時(shí)增加的一塊業(yè)務(wù)板卡所帶來的功耗增量作為之后每增加一塊業(yè)務(wù)板卡所帶來的功耗增量；

（4）通過公式計(jì)算設(shè)備滿配時(shí)的功耗。

以某主流大容量IP路由器為例，配置不同單板和不同業(yè)務(wù)負(fù)載下分別進(jìn)行設(shè)備的功耗測試驗(yàn)證。

當(dāng)測試的IP路由器配置的是100G板卡時(shí)候，實(shí)測的整機(jī)能耗測試數(shù)據(jù)如表1所示。

按照目前的測試規(guī)范，IMIX（Internet混合幀長）流量下的加權(quán)功耗計(jì)算公式如下：

其中，Bj對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)流量負(fù)載占比分別為0%、30%和100%的占比權(quán)重分別為0.1、0.8和0.1（注：IMIX流量配置為“64字節(jié)：600字節(jié)：1524字節(jié)=7：4：1”，包含4 byte CRC；0%代表設(shè)備無業(yè)務(wù)流量，但處于鏈接狀態(tài)下的設(shè)備功耗）。

（5）測試設(shè)備配置6塊業(yè)務(wù)板的加權(quán)功耗為：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×1736+0.8

×1800+0.1×1969=1810.5 W

其中，P1、P2、P3分別對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)流量負(fù)載分別為0%、30%和100%對(duì)應(yīng)的設(shè)備能耗。

根據(jù)以上測試數(shù)據(jù)，計(jì)算出每增加一塊業(yè)務(wù)板后。

（1）從數(shù)據(jù)可以得到不管業(yè)務(wù)量的大小，從第4塊板卡開始，設(shè)備在不同業(yè)務(wù)負(fù)載下，整機(jī)功耗大致呈線性增加趨勢(shì)。

（2）假設(shè)現(xiàn)在只有4塊單板，需要測量配置6塊單板時(shí)的整機(jī)加權(quán)功耗，按照設(shè)想測算如下：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×（1380+180×2）

+0.8×（1423+191×2）+0.1×（1544+215×2）

=174+1444+197.4=1815.4 W （6）

（3）實(shí)際測量值為：1810.5 W，測算值與實(shí)際測量值誤差小于1%。

當(dāng)測試的IP路由器配置的是40G板卡時(shí)候

增加業(yè)務(wù)板（配40G單板）整機(jī)增加的功耗

（1）按照目前的測試規(guī)范，得出整機(jī)加權(quán)功耗為：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×1981+0.8×2027

+0.1×2096=2029.3 W （7）

（2）假設(shè)現(xiàn)在只有5塊單板，需要測量配置8塊單板時(shí)的整機(jī)加權(quán)功耗，根據(jù)理論推算得到：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×（1520+153×3）

+0.8×（1559+156×3）+0.1×（1606+162×3）=197.9

+1621.6+209.2=2028.7 W （8）

計(jì)算值與實(shí)際測量值誤差不超過1%。

另外取了大容量OTN設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測試，當(dāng)電源負(fù)載達(dá)到20%以上時(shí)候，設(shè)備的電源轉(zhuǎn)換效率趨于穩(wěn)定，之后設(shè)備的整機(jī)功耗和業(yè)務(wù)板配置的數(shù)量也呈線性關(guān)系，通過該方法得到的能耗值與實(shí)際測量值誤差不超過1%。經(jīng)過多次測試驗(yàn)證，大容量通信設(shè)備能耗簡易測試方法的推算結(jié)果與實(shí)際測量值基本相符。

5 結(jié)束語

本文在傳統(tǒng)測試方法的基礎(chǔ)上研究了電源轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定后設(shè)備的能耗模型，提出了大容量通信設(shè)備能耗測試的簡易方法，并通過實(shí)驗(yàn)室測試驗(yàn)證了該方法的可行性。該方法可簡化測試環(huán)境、設(shè)備配置，有效提升測試效率，為大容量通信設(shè)備的能耗檢測工作提供了參考。

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