通信运营商汇聚机房电源及配套建设研究

2021-04-14褚善杰

通信电源技术 2021年21期

褚善杰

（辽宁邮电规划设计院有限公司，辽宁大连 116001）

1 通信运营商汇聚机房的构成特点分析

在通信运营商的网络中，汇聚机房主要起到承上启下的作用，负责将本地业务节点与骨干节点相连，并通过物理及逻辑网络将相关业务汇聚、疏导到相应的业务收容节点[1]。该机房的构成特点如下。

（1）通常情况下，我国城市的人口密度如果达到密集或以上水平，则一个汇聚节点的最佳覆盖面积上下限临界值分别为2 km2和5 km2。对于人口密度压力较轻的城市，一个汇聚节点的覆盖范围可达到5～10 km2。在城市的郊区等人口数量相对稀少的地区，同一个汇聚节点的覆盖面积可达到10～20 km2。以密集型城市的汇聚节点覆盖范围为例进行分析，如果同一个汇聚节点的覆盖范围小于2 km2，则会导致汇聚节点被浪费；如果超过5 km2，则会导致通信运营商为用户提供的网络通信服务质量下降。但需要注意的是，上述两项数据仅作一般参考，通信运营商在实际构建汇聚机房时还需结合目标地区的实际情况。如果一个汇聚节点的覆盖范围已经超过5 km2，但由于该范围内用户数量可能尚未饱和，则通信质量并非绝对会受到影响。同理，如果一个汇聚节点覆盖范围尚未达到2 km2，但区域内同一通信运营商的用户数量已经超过饱和临界值，则用户通过蜂窝移动通信网络上网时便会感到卡顿。

（2）汇聚节点必须汇聚一定数量的基站以及综合业务接入点。一般来说，一个汇聚节点终期汇聚的基站最佳应控制在30～50个，如果采用双汇聚点的接入方式，则汇聚基站的最佳数值应为50～80个。与上文所述类似，在城市的开发新区以及城郊结合部等人口密度并不大的地区，汇聚基站的数量可适当减少。但根据我国的实际情况，该类地区汇聚基站最少应有20个。与此同时，一个汇聚点收容的综合业务接入点数量应控制在10～20个。

（3）目前，现代城市正在探索基于“社区”的新型规划方案。采用此种规划模式的主要目的在于进一步提高土地资源利用率。在此背景下，“大社区”将成为城市的主流。面对此种情况，通信运营商设置汇聚机房的思路需要调整，应该满足用户可就近通过条件较好的基站或经综合业务点进行收容，不宜单独设置汇聚点的原则。汇聚机房的规划建设与空间布局如图1所示。

综上所述，通信运营商的汇聚机房必须能够满足用户的多种远程访问需求，除了技术因素之外，电源及配套设施的建设质量也会在很大程度上影响用户体验，必须予以重视。

2 通信运营商汇聚机房电源及配套建设存在的问题分析

2.1 供电容量无法满足需求

就当前的运行情况来看，部分汇聚机房依旧会存在供电侧容量不足的问题。该问题在实际建设中主要体现在现有市电和油机容量难以满足实际发展需求，低压配电柜缺少维护、老化破损，在性能方面也很难满足实际需求，容量和配电端子数量不足等方面，进而对整体机房业务的推进也会产生十分不利的影响。

2.2 机房内供电系统结构组成缺乏统一标准

由于在机房内供电系统结构方面缺乏一个统一的标准，因此在实际运行过程中势必会出现系统结构混乱无序、难以形成统一调配的问题。其中主要表现在设备用电与空调用电没有合理分开以及不同类型设备混接在同一套电源上的问题。除此以外，在生产用电和办公用电设置方面也存在着很大的问题，严重增加了油机房管理的安全隐患[2]。

2.3 机房内开关电源的供电能力较弱

现阶段，机房内开关电源供电能力不足的情况依然较为突出，其主要原因是现有机房开关电源已有的负荷比较高，因此很难进一步满足其他负荷需求。与此同时，现有的蓄电池后备时间明显不足，并不能保证其停电后备时间可以达到4 h，这也成为了影响机房运行水平的重要因素之一。

2.4 机房内承重、层高等基础条件并未经过严格的梳理

一直以来，相关建设单位都没有给予机房建设足够的重视，导致在实际应用的过程中暴露出很多建设方面的问题。一方面，在前期规划的过程中，整体机房的面积规划的比较小，而后期需要安装的设备又比较多，因此整个机房内部的可使用面积较小，看起来也会显得凌乱、拥挤。另一方面，机房内承重、层高等基础条件并没有得到严格审核与梳理，从其总体基础条件来看，也很难满足工程运行的实际需求。

3 通信运营商汇聚机房电源及配套建设改造思路分析

3.1 全面整理汇聚机房内的各类负载需求

结合当前的实际发展情况来看，数据网新增设备需求主要是完成各汇聚机房的扩容工作，将网关设备有效接入到系统当中，而传输网新增设备需求主要是完成各个层级的新增传输设备需求。对于5G新增设备需求来说，应充分考虑到5G网络的部署情况，进而做好相关汇聚机房的配套能力建设工作。与此同时，结合当前汇聚机房运行情况来看，还存在很多站点供电能力不足的情况，因此需要开展有效的改造与优化[3]。此外，为进一步提升不同设备的运行水平，最好可以为不同业务设定不同的站点供电保障时间。除了负载需求之外，为了保障汇聚机房内所有设备均能维持稳定运行状态，还需在机房内设置智能监控系统，随时监测每台设备的运行参数，如温度、室内湿度等。汇聚机房内设备运行参数监控如图2所示。

图2 汇聚机房内设备运行参数监控

3.2 汇聚机房规划设计新方案简述

在进行汇聚机房规划设计的过程中主要包括两个环节。第一是建设新的机房，在此过程中应有效规划整体定位，并充分结合相应的业务需求来进行分区分模块建设。第二是对现有的机房加以改造，如果机房内部还留有较大的剩余空间，则可以对新增设备进行合理规划；如果留有的剩余空间较小，则需要对现有设备的运行情况进行评估，并通过相应措施实现装机能力的提升；而如果机房剩余空间过小，则应注意在业务规划的时候尽量避免扩容建设。

3.3 基于交流供电侧的有效解决方案

3.3.1 汇聚机房交流供电总容量的测算

为了从根本上解决汇聚机房供电方面的问题，一种行之有效的方式为对机房的交流供电总容量进行提前测算。中通服咨询设计研究院有限公司研究员周丹提出了一项建议，即通信运营商应该协同多个部门共同确认汇聚机房的后期发展能力，提前足量预留供电容量[4]。周研究员发表在《通信电源技术》杂志的文章中列举出了汇聚机房交流用电类型和具体的设备负荷。

首先，在设备用电方面，无线设备4G的一般负荷量处于2～4 kW，无线设备5G的一般负荷量处于5～10kW，传输设备的一般负荷量与无线设备4G相同，数据设备的一般负荷量处于5～8kW。其次，汇聚机房的空调用电与无线设备5G完全相同，处于5～10kW。最后，汇聚机房的其他电能消耗（如监控设备、照明设备等）与设备及空调用电相比显得“微不足道”，一般处于2 kW左右。

将上文所述的汇聚机房3种用电分类的具体值相加之后可得出结论，即汇聚机房一般的交流供电总容量处于22～38 kW。因此，提前预留供电容量的最低值应至少保持在20 kW以上，在机房运行时需同时接通电源，可保证机房的用电需求[4]。

3.3.2 汇聚机房交流供电系统结构梳理

通信运营商梳理并构建汇聚机房交流供电系统结构的具体流程如下。（1）按照上文所述的汇聚机房3种用电类型，对相关设备的供电线路进行分隔处理，保证每一种类型的用电消耗均处于相对独立的状态。（2）在汇聚机房内建设智能电表检测系统，对汇聚机房的用电情况进行全面监控，并借助大数据分析软件进一步明确每一类型用电损耗的具体值。（3）为了保证原始数据信息的准确性，所有设备的耗电量具体值均应从汇聚机房内交流配电箱中的电表处获取。（4）如果一个基站内当前的交流用电设备依然实行传统的取电模式，即并没有统一按照从交流配电箱中取电的模式，则应进行系统性的改造，务必保证汇聚机房内所有设备的交流用电均从交流配电箱中获取。（5）如果同一个汇聚机房内设置多个交流配电箱，则在计量耗电量时应分开计量，使各类型的设备耗电量保持对应增加，避免出现遗漏数据的问题。

低压配电设备的电流来源有两个，一是市电，此为汇聚机房中必须设置的采集点，二是交流应急发电设备，此种模式可根据机房的实际建设情况以及设备的用电需求决定是否设置。低压用电设备包含上文所述的3种用电设备类型，为了保证通信电源的稳定运行，还需在汇聚机房中额外设置直流应急发电系统。作为与通信电源直接连接的通信设备，在必要的情况下可以采用新能源发电，如太阳能或风能等。

3.3.3 汇聚机房油机供电问题的有效解决方式

综合来看，油机问题在汇聚机房电源问题中的占比最高，且出现故障的复杂性也较高，具体的解决思路如下。

（1）为了达到在增加油机运行效率的同时降低成本的目的，三大通信运营商均不在汇聚机房内设置固定的油机，而且相当数量汇聚机房的土建建设水平较差，此种机制决定了汇聚机房油机问题频出。为了从根本上解决这一问题，通信运营商应该安装固定油机。如果机房所在区域的实际情况较为特殊，则在必要的情况下可使用车载式、移动式油机。据报道，有些地区的汇聚机房还启动了快速直流充电差异化方案。在理想状态下，每一个汇聚机房站点均应配置油机接口箱，全面保证油机的稳定运行[5]。

（2）目前，三大运营商新建的汇聚机房一般位于建筑地下室、一层的商业网点。如果机房与公路或者建筑地下停车场的直线距离在50 m之内时，可以将油机接口箱安装在汇聚机房。如果不满足上述条件，即汇聚机房并未建在地下室或一层的商业网点，则油机接口箱可以选择室外合适区域（同样需要离公路和停车场较近）安装。综合考虑安全性和后续维护的便捷性，油机接口箱与地面之间的距离应该至少为2 m[6]。

（3）油机类型选择方面。如果汇聚机房所在地用户对通信运营商提供的通信服务具有较高的要求时，则应配置固定油机；如果是某个企业或其他社会组织机构整体租用某一个汇聚机房，则可以根据该机构的实际需要灵活选择油机类型。一般而言，如果企业规模较大，用户数量较多，则建议选用固定油机；若用户数量较少，则可选择车载式等移动油机。而如果汇聚机房附近的电量供应相对不足，如乡村地区或偏远山区等，则可以选用快速直流充电的方式。

3.4 基于通信电源供应能力的有效提高方式

3.4.1 优化汇聚机房内供电系统的结构

根据汇聚机房的用户数量等，采用分类型分级供电结构模型。如果用户数量及用电类型均较多且汇聚节点的面积较大，重要程度远远超过一般水平，则汇聚机房应采用多套电源分散供电的方式，全面保证机房用电需要。如果机房规模较小，用户数量较少，汇聚节点的覆盖面积存在局限性，则采用集中供电方案即可解决问题[7]。

3.4.2 优化汇聚机房内的通信电源配置

目前，我国通信运营商汇聚机房的供电类型一般为直流-48 V。基于专业的机房等级划分以及机房面积的差异，电源配制方面也应具备针对性。总体而言，汇聚机房的开关电源设置必须要考虑设备对电源端子以及供电容量的需求。例如，如果某个汇聚机房的重要性远远超过一般机房，则通信电源配置模式选择应该充分考虑业务网络的需要。具体而言，综合考虑核心网络、数据承载网络的部署需求，建议采用高压直流电与市电直供相结合的方式。如果仅仅针对传送网、无线网的需求，则可设置为分立式的开关电源，并且该系统的容量应该超过-48 V/2 000 A。针对直流屏，应按照中远期容量进行配置，整流模块应采用N+1的冗余方式完成配置。其中，“N”指代主用整流模块数量，“1”指代备用的整流模块[8]。

相对于重要的汇聚机房，普通汇聚机房的业务量较低，可选择组合式开关电源，建议电源系统的容量至少应该维持在-48 V/600 A以上，并选择满配系统。此种汇聚机房内的通信电源配置模式具备二次下电功能，能够使传送网设备的后备时长有所延长，进而满足更多的需求。

在城郊结合部、乡村或偏远山区处的汇聚机房，由于安装条件相对较差，故建议选择一体化开关电源，具体值控制在400 A左右，上下浮动范围均为200 A。如果选择嵌入式电源，则具体值应控制在125 A左右，上下浮动范围为75 A。