動態節能在寬帶接入網中的研究與應用

董兆梅，王道東，黃晴川，利曉華

（1.中國電信股份有限公司廣東分公司，廣東 廣州 510081；2.中通服軟件科技有限公司，廣東 廣州 510656）

0 引 言

千兆光網作為新一代信息通信網絡的發展方向，其與5G 構成的“雙千兆”網絡是我國新基建的重要組成部分。作為寬帶接入網“最后一公里”的光接入網已經逐步成為主流，規模越來越大，能耗越來越高，其能耗增長也備受關注。目前寬帶網特別是光接入網已經成為電信網絡的能耗大戶。

光接入網能耗與節能技術的研究已成為一個重要的課題，在典型寬帶接入站點的能耗結構里，寬帶接入主設備的能耗占比為69%。降低接入設備能耗能有效帶動整體能耗下降，光接入網主設備（Optical Line Terminal，OLT）的節能是重中之重[1,2]。

典型電信光接入網的組網如圖1 所示。廣東電信光接入網主要由OLT、光分配線網（Optical Distribution Network，ODN）以及光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）組成。其中，OLT安裝部署在局端，ONU 一般為家庭網關或者政企網關，基本放置在用戶側，均為有源設備，只要設備處于工作狀態，必產生能耗。ODN 為OLT 和ONU 之間的光線路，包括光纖配線架（Optical Distribution Frame，ODF）、光纜、纖芯組以及分光器等[3-5]。

圖1 典型電信光接入網組網

首先，OLT 設備的整機單板容量大，功耗較高；其次，OLT 為電信局端設備，對設備可進行控制和管理。因此，為實現千兆光網建設，重點打造立體綜合的動態節能系統，需要對接入設備及網管系統進行軟件升級，自主研發接入網綜合節能的整體方案。動態監控OLT 的版本、板卡、端口、環境以及端口流量狀態等數據，同時結合寬帶用戶數據，最終制定OLT設備節能等級，動態調整OLT 設備能耗模式和板卡運行模式，使得板卡和端口可以根據業務狀態變化實時開關。在保障業務水平不下降的情況下，實現光接入設備的動態節能。

1 動態節能實現方案

目前，全廣東省OLT 約2.0 萬臺，均按最大能力運行，對于空閑、空載以及輕載狀態下的設備無效空跑，存在較大節能空間。針對全量OLT 用算法進行智慧化設備工作模式管理調節，實現動態降耗。主要分為用戶板卡、端口節能管理及風扇節能管理，如圖2 所示。

圖2 節能模塊

1.1 用戶板卡和端口節能管理模塊

基于設備的不同特性，用戶板卡和端口節能模式分為2 種。第一種是設備節能，設備本身支持智能節能模式，可設置設備節能模式，實現設備對用戶板卡端口節能的自管理，完成設備節能側邊緣計算。第二種是綜合節能，設備不支持智能節能模式，則使用綜合節能模式。對設備的板卡、端口配置、端口狀態、端口流量以及配置ONU 數據進行采集分析，再結合配置業務的數據分析，對空閑、空載、輕載狀態下的設備保持開啟或關閉節能模式。

1.1.1 設備節能管理

目前，華為MA5800 系列和中興C6XX 系列均支持設備節能模式。

（1）華為MA5800 系列的主要節能模式。第一，標準節能模式（Standard mode）：出廠模式，設備運行過程默認啟用節能技術。第二，基本節能模式（Basic mode）：未配置業務或用戶不在線時，對相關未用器件啟用關閉、休眠操作。第三，深度節能模式（Deep mode）：對正常業務啟動動態能耗調節，根據業務情況自動調整，對相關未用器件啟用關閉、休眠操作。

（2）中興C6XX 系列的節能模式原理。第一，自動關閉未使用的線卡：該線卡上未配置任何ONU，如果配置ONU 后將自動取消線卡節能。第二，自動關閉不匹配的線卡：實際線卡和配置的線卡類型不匹配，如果開啟該功能，則自動將該線卡關閉。第三，自動關閉未使用的PON 口：該PON 口下未配置任何ONU，如果有配置ONU 后將自動取消PON 口節能。

1.1.2 綜合節能管理

現網大部分存量設備均不支持設備節能模式，需采用綜合節能模式。通過綜合節能管理模塊的采控功能，采集板卡和端口的信息、分析節能，主動控制空閑無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）用戶端口及用戶板卡的關閉。針對投產的端口、板卡進行實時端口開啟、板卡上電等措施，退出節能模式，實現節能的全生命周期管理。整個綜合節能管理模塊分為采集流程和節能流程，采集流程下包括板卡、端口信息采集，節能流程包括節能開啟和退出流程，如圖3 所示。

圖3 綜合節能模塊

采集流程中指標類型分為板卡和端口，具體指標如下。（1）板卡指標：板卡配置類型、板卡實際配置類型、板卡主備狀態、板卡管理狀態、板卡運行狀態、板卡電源開閉狀態。（2）端口指標：端口名稱、端口位置（所屬機架、機框、槽位、端口）、端口運行狀態、端口管理狀態、端口所屬保護組、端口下掛ONU 數量。

節能流程分為端口關閉、端口開啟、板卡關電以及板卡開電，具體流程如下。

（1）端口節能流程。端口關閉邏輯：啟動非設備自主節能模式，當PON 口配置的ONU 數量為0，PON 口未配置保護組成員，因此端口運行狀態為up。端口開啟邏輯：PON 口通過系統自動開通模塊配置了ONU 數據或者人工主動在系統界面添加ONU 數據，PON 口被加入保護組，因此端口管理狀態為down。

（2）業務板卡節能流程。業務板卡關電邏輯：啟動非設備自主節能模式，板卡所有端口都被節能模塊關閉。業務板卡開電邏輯：板卡處于shutdown 狀態，則板卡下有PON 口被打開，或被加入保護組。

1.2 風扇節能管理模塊

OLT設備溫度受設備工作狀態和機房溫度的影響。目前，大部分OLT 設備支持智能風扇調速，具備風扇調速檔位的精細化能力，將風扇轉速與環境、設備板卡的溫度進行關聯，自動控制風扇轉速。

風扇節能管理模塊利用單板上的溫度傳感器，對設備機框內關鍵部件溫度進行監控，實現溫度采集。經過數據分析后，設置不同的速率模式，以改變風扇的轉速，達到最優的節能效果。通過對OLT 風扇模式進行控制，結合設備溫度及環境溫度的數據進行分析，動態調整風扇的轉速率，以降低設備功耗和噪聲，同時還能延長風扇的使用壽命。典型的風扇運行模式如表1 所示。

表1 典型風扇運行模式

2 動態節能實現部署情況

目前已全網部署，截至2022 年11 月底，廣東電信光接入網共納入OLT 設備18 971 臺，均已實現動態節能。

3 動態節能成果和分析

3.1 用戶板卡和端口節能分析

根據廠商資料和實驗室測試，板卡類型及功耗關系如表2 所示。

表2 板卡類型和功耗關系

通過實驗室驗證，設備節能模式和綜合節能模式可以主動關閉空閑狀態下的板卡，幾乎都可實現單板100%能耗的節省。板卡功耗節能效益分析如表3所示。

表3 板卡功耗節能效益分析

對空閑狀態下的端口進行關閉，單個端口平均節能2 W，端口功耗節能效益分析如表4 所示。

表4 端口功耗節能效益分析

3.2 風扇節能數據分析

在不同的風扇轉速下，從OLT 設備讀取電源功率和風扇耗電情況，得出結論：設備功耗隨著風扇轉速增加而提高。風扇速率和功耗關系如表5 所示。

表5 中興OLT 風扇速率和功耗關系

按照表5 測算結果，對于全廣東省16 臺中興C6XX 系列OLT 和333 臺C3XX 系列OLT，當風扇轉速超80%且環境溫度達標時，修改OLT 風扇策略，轉速從100%調整至60%。調整后OLT 風扇節能效益評估如表6 所示。

表6 中興OLT 風扇節能效益評估

通過設備節能數據分析，目前累計已節約用電890 萬kW·h，在實際生產中用電費用節約623 萬元，節能減排效果明顯，實現了預期的目標。

4 結 論

廣東電信利用動態節能技術實現了光接入網的節能減排，產生了較大的經濟效益和社會效益。本文介紹了在寬帶接入網中的動態節能方案，節能分為“用戶板卡和端口節能”和“風扇節能”，分別測試與驗證。結果表明，動態節能技術通過用戶單板節能、空閑端口節能、智能風扇調速節能等模式的開啟，可以有效節省光接入網能耗，達到節能減排的目標。但是，目前各廠商設備節能的成效參差不齊，某些型號尚不支持能耗采集、板卡關斷、風扇調速的功能。因此，建議后續推動建立OLT 設備節能側邊緣的計算標準。