核心传输机房工艺布局优化的研究与应用

陈骋，赵莹映

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

1 引言

伴随中国通信业务的高速发展，通信核心机房需新增大量通信设备来满足业务发展需求，机房面临着机房空间及电源紧张、机房内布线距离长、跳纤难度大等问题。前期简单的机房工艺布局未详细规划计算机房内各类设备的配比，无法对各类设备进行有机组合，已无法适应未来超大功耗的设备安装需求，当前急需一种更符合后期业务发展需求的机房工艺布局方案。

本文旨在通过分析核心机房内有源设备、无源设备以及电源设备等因素，对核心机房传输区域工艺布局提出改进方法，从而最大程度地发挥机房性能、提高机房使用效率。

2 工艺布局主要因素分析

核心机房中传输区域的工艺布局主要考虑因素包括：传输设备布局、电源设备布局、ODF（optical distribution frame，光纤分配架）布局等[1-7]。

本文试图分析传输设备数量、电源柜数量、设备侧ODF数量以及线路侧ODF数量之间的配比关系，直至探究得到最佳设备配比[2]。

为了方便统计各类不同尺寸的设备数量，将占地尺寸为600 mm×600 mm的机柜等效为一个“标准机柜”，其余不同尺寸设备机柜均等效为标准机柜进行数量统计。（例如：2个600 mm×300 mm机柜可等效为1个标准机柜，1个900 mm×600 mm可等效为1.5个标准机柜）。

2.1 传输设备分析

传输设备工艺布局中的主要考虑对象为传输设备，目前常用传输设备基本参数见表1。

2.2 电源分析

2.2.1 设备功耗预估

传输核心汇聚机房主要安装的设备为 OTN（optical transport network，光传输网络）设备、PTN（packet transport network，分组传输网络）设备以及少量其他设备。

（1）OTN设备功耗估算

基于现网设备配置，一个装满光层子架的标准机柜功耗约为2 kW，一个装满电层子架的标准机柜功耗为10 kW，通常光层设备与电层设备数比例为 2：1，故平均单个标准机柜功耗为4.6 kW。

（2）PTN设备功耗估算

基于现网设备配置，单个装满PTN设备的标准机柜功耗约为2.6 kW。

假设OTN与PTN设备数量相等，则单个标准机柜的平均功耗约为3.75 kW。

考虑后期设备端口集成度逐渐提高，预计提升 20%的设备功耗，因此预计后期单个标准机柜的功耗约为4.5 kW。

2.2.2 电源柜容量预估

当前主流的3种型号的电源柜主要有以下3种型号，其电源容量分别为500 A、400 A和300 A。

基于第2.2.1节中估算出的设备功耗，能够计算出每种型号电源柜可承载标准机柜的上限，计算式如下：

其中，N为单个电源柜可承载标准机柜数的上限，N为正整数且向下取整，P电为单个电源柜可用功耗，P设为单个标准机柜所需功耗，S为电源柜电源容量，V为电源柜工作电压，ρ为电源柜负载安全系数。

通常传输设备的工作电源为-48 V，负载安全系数为 0.7，标准机柜功耗按第 2.2.1节估算的4.5 kW计算。将上述数值代入式（1）便能够计算出3种型号电源柜的承载能力，见表2。

表1 目前常用传输设备基本参数

表2 3种型号电源柜的信息

基于表2可知，理论上，传输设备数量：电源柜数量≈1：0.3。

2.3 ODF分析

ODF分为设备侧ODF和线路侧ODF。

2.3.1 设备侧ODF

设备侧ODF主要用于OTN/PTN设备支路侧板卡的端口成端。考虑到不同厂商设备的板卡配置存在差异，本文综合了目前3个主流厂商的设备配置。对OTN设备而言，1个等效标准机柜配置16块单端口100GE板卡和16块8端口10GE板卡，合计需成端288芯；对PTN设备而言，1个等效标准机柜配置24块8端口10GE板卡和8块24端口GE板卡，合计需成端768芯。

单架900 mm×300 mm机柜的设备侧ODF配置10个子框，每子框72芯，共计720芯，等效成1个标准机柜的设备侧ODF可成端960芯。

设备侧ODF数量估算见表3。

根据上述条件，能够计算出传输设备与设备侧ODF的数量比例约为1：0.55。结合第2.2.2节的传输设备与电源柜的配比，则能够计算出各类设备的最优配比，即传输设备：电源柜：设备侧ODF≈1：0.3：0.55。

2.3.2 线路侧ODF

大型地市通常具有4个省内干线出口，组网拓扑为全网状结构，每个核心机房光缆需求大约为：3～4条干线光缆、3～4条本地汇聚层光缆、6～8条城区汇聚层光缆、4～6条综合业务接入区光缆、8条楼间中继光缆以及零散的接入光缆。

中小型地市通常具有两个核心汇聚机房，为地市省内干线出口，其每个核心机房光缆需求大约为：3～4条干线光缆、3～4条本地汇聚层光缆、4～6条城区汇聚层光缆、4条综合业务接入区光缆、4～8条楼间中继光缆以及零散的接入光缆。

考虑后期新增业务的收敛以及网络发展所需的调整，核心机房光缆全部采用144芯光缆敷设。单架900 mm×300 mm机柜的线路侧ODF配置10个子框，每子框72芯，共计720芯，等效成1个标准机柜的线路侧ODF可成端960芯光缆。

光缆需求及线路侧ODF数量见表4。

根据上述条件，向上取整计算出大型地市核心机房需配置5个标准机柜的线路侧ODF，中小型地市核心机房初期需配置4个标准机柜的线路侧ODF。

表3 设备侧ODF数量估算

表4 光缆需求及线路侧ODF数量

2.4 其他影响因素

2.4.1 设备散热方式

当前传输设备的散热方式主要分为3种：下进风上出风、中进风上下出风和前进风后出风，如图1所示[2]。

上述3种方式中，方式1（下进风上出风）最为常见，方式2（中进风上下出风）最罕见，方式3（前进风后出风）主要用于核心层传输设备以及数据设备，每个核心局房均有少量此类设备。因此机房中主要布置冷通道、少数列间布置热通道。

2.4.2 设备列间距

为保证通信机房的正常搬运、日常维护以及消防等要求，通常机房中设备列之间的间隔需大于1 m，设备头尾至墙体的距离需大于1 m。

2.4.3 线路侧ODF分散排列

考虑到光缆路由的安全性，需要将不同局向的光缆路由完全分离，从而更好地满足光缆维护需求。通常核心机房至少具有两个出局路由，因此将线路侧ODF分散规划在机房两侧排列。

3 实际案例

以下将通过对某真实机房进行模拟测试来比较两种工艺布局方案的优劣。案例中的核心机房建筑面积为1 518 m2，机房内面积约为1 155 m2，机房尺寸约为55 m×22 m，其总体布局如图2所示。其中电源设备区域、空调设备区域等已经规划完成，以下将提出两种“传输设备区域”规划方案。

3.1 方案1

布局思路：首尾两列全部放置线路侧ODF，其余每列均放置电源柜、主设备以及设备侧ODF。对每一列而言，列头尾各放置一个电源柜，相邻电源柜放置2架设备侧ODF，其余部分布置传输设备。空调采用地板下送风，第一列与最后一列规划为热通道，中间机列全部规划为冷通道。传输设备区域规划如图3（a）所示。

3.2 方案2

布局思路：第01列、35列为线路侧ODF列，第09列、17列、25列、33列为设备侧ODF列，其余均为设备列。设备列的列头尾布置电源柜，其余部分布置传输设备。空调采用地板下送风，头尾规划3列热通道，中间机列全部规划为冷通道。传输设备区域布局如图3（b）所示。

3.3 方案对比

图1 常用设备的3种散热方式

图2 案例中核心传输机房总体规划

图3 两种方案的传输设备区域规划示意

表5 等效标准机柜数量对比

两种方案的各类设备等效机柜数量见表5。方案1、2的合计等效标准机柜数量基本相等。方案1中，电源柜数量：传输设备数量：设备侧ODF数量=1：3：1.5；方案2中，电源柜数量：传输设备数量：设备侧ODF数量=1：4.5：1.75。

就电源方面而言，方案1的电源柜数量较多且有源设备总量较小，因此单个电源柜负载率为55%，能够满足紧急业务的临时开通需求，也为今后大容量设备加电作铺垫；方案2电源柜数量较少且有源设备数量较大，因此其电源柜的负载率为 82.5%，超过 70%的安全系数，存在一定风险。故就电源方面而言，方案1更优。

表6 电源参数对比

电源参数对比见表6。

结合上述对等效设备标准机柜数量、空调系统以及电源系统的分析后可知，方案1中，传输设备数量：电源柜数量：设备侧 ODF数量=1：0.33：0.5；方案 2中，传输设备数量：电源柜数量：设备侧ODF数量=1：0.22：0.39。方案1的设备配比更接近第2节求得的理论最优比例，说明方案1的电源系统能够充分满足传输设备加电需求，设备侧ODF也能基本满足传输设备板卡成端需求；而方案2中，单个电源柜承载的传输设备过多，对电源负载压力较大，并且没有足够的设备侧ODF用于设备板卡成端，存在后期传输设备无法成端的风险，可能会导致业务管理不方便甚至难以管理的风险。因此，综合考虑更推荐采用方案1，但若用户迫切希望在机房内安装最大数量的传输设备并且允许电源系统面临较大的承载压力以及设备板卡无需全部成端在设备侧ODF架上，则也可以采用方案2。

4 结束语

随着网络的快速发展，核心机房传输区域面临着承载前所未有的压力与考验，曾经笼统的机房工艺规划方式已无法适应今后网络的发展，唯有采用更科学、更精细的布局方案才能提高机房利用率。

本文首先对机房工艺布局等主要因素分析，提出了传输设备、电源柜及设备侧ODF数量的最优配比，随后结合实际案例对方案进行对比，最终选择出最佳的机房工艺布局方案，为运营商的核心机房传输区域建设提供了参考方案以及规划思路。值得一提的是，本文采用当前主流的传输设备、电源柜参数进行计算，不同用户可以根据实际情况调整本文提及的各类设备参数，从而推导出最适合自身情况的设备配比。

最后，机房工艺布局规划是一项复杂的、系统性的工作，任何一个因素出现变化都会影响整体布局，本文推荐的方案并非适用于全部场景，面对不同机房需要具体问题具体分析，唯有结合机房实际情况并反复推敲细节才能制定出优质的机房工艺布局方案。

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