“双碳”目标下通信核心机房电源及运维系统研究

2023-12-13陈仕聪

大科技 2023年51期

关键词：双碳模块化机房

陈仕聪

（中国通信服务澳门有限公司，广东珠海 519000）

0 引言

随着通信设备及网络规模的不断扩大，核心机房电源消耗的电量也在不断增加。在国家“双碳”目标下，核心机房作为通信行业最基础的数据中心需要持续升级优化电源技术，从供电方式、设备选型、容量规划等方面着手，不断提升核心机房的能源利用率。

1 “双碳”目标下通信核心机房电源优化供电方式

1.1 采用高效UPS

不间断电源系统（uninterruptable power system,UPS）是5G 核心机房的基础电源设备，其为整个机房提供不间断供电支持，所以UPS 是核心机房的“心脏”。在5G 时代5G 核心机房对UPS 提出了更高的要求，不仅要保证不间断供电支持，还要保证功耗降低、稳定性强。随着国产UPS 厂商在技术方面不断突破，5G 核心机房用UPS 已经实现了无人值守、自动监测、智能运维等功能。在传统核心机房中，UPS 一直采用集中式的架构，存在供电距离长、维护不便、系统复杂等缺点。但在5G 核心机房中，供电距离短、维护方便以及系统简单等特点已经成为5G 核心机房对电源的新需求。采用无人值守UPS 的供电方式可以减少部署成本和时间；同时还能实现从传统集中式架构到无人值守架构的过渡，提高系统可靠性。因此，5G 核心机房采用无人值守UPS 不仅可以降低成本，还能提高系统可靠性。

1.2 优化电源设备选型

电源设备选型对节能减排有重要影响，可以有效降低能耗和设备成本，这是提高核心机房供电质量的关键。①高可靠设备。通过增加冗余、保护等措施保证设备的可靠性。从可靠性角度来看，通信电源系统不应存在单点故障。当一个电源单元发生故障，则整个系统都可能发生故障，而且无法进行修复。②智能化。实现电源设备的自动识别、自诊断、自我管理以及自动故障处理等功能，将系统运行状态及故障状态实时反馈给监控系统并及时进行处理，保证核心机房的安全可靠运行。③模块化。灵活配置不同的供电方式和功率等级，可以根据用户的实际需求来选择相应的供电方案。模块化电源系统能够灵活地对系统进行模块化配置，大大减少了投资费用。④高效节能。通过采用新技术、新材料，从电源本身和各种辅助设备两方面实现节能减排。例如，采用全直流输入、输出和输入开关电源技术，优化设备参数和布局、选用高效节能的高效制冷装置等。⑤智能管理。通过实现智能化的监控与管理提升电源系统的可靠性和安全性。例如，采用智能监控模块对各个电源单元进行监控与管理，采用智能监控模块实现电源系统的在线监测与管理，采用智能监控模块实现对重要设备运行状态的实时监测等。⑥绿色环保。通过采用低环境污染、低噪音等环保节能技术和产品可以减少对环境的影响及降低能源消耗，通过采用新型绿色材料、绿色生产等方式可降低对环境的影响。

1.3 采用大容量机房电源

5G 核心机房采用大容量电源，其可保证在电源故障、电源系统不可用或出现电网故障时仍能为机房内的关键设备提供电力。5G 核心机房采用高可靠、高功率密度和大容量电源，主要体现在以下方面：①模块化架构。5G 核心机房的机架规模相比4G 核心机房要大得多，机架数可达上万台。针对这样的情况需要采用模块化架构来设计，可以灵活地配置不同模块数量和功率密度。5G核心机房的机架、机柜数量多、功率密度大，如果采用传统的模块化架构设计可以轻松地实现动态扩容。对于5G 核心机房可以将不同的模块进行组合、堆叠，形成更大的模块化机柜空间。②高效热管理技术。5G 核心机房可采用更高效的热管理技术，包括智能热分配、智能热补偿等来提高能源利用率，降低能耗。③快速部署和运维管理。5G 核心机房要实现快速部署和运维管理可以通过统一集中运维管理平台来实现。同时还可以采用快速部署和无人值守技术来提高能源利用率。

1.4 合理规划电源容量

在电源容量规划方面应从“整体设计、合理分配”出发，结合当前建设情况对设备配置方案进行优化，满足未来发展需求。在规划电源容量时应充分考虑以下因素：①供电范围。根据设备功率配置方式、电源冗余情况确定。根据机房情况和现有电源情况确定的供电范围应尽量大一些，避免因供电范围太小而导致电源容量不足的现象。②冗余情况。根据不同设备数量和容量配置情况适当增加冗余容量，以保证设备供电的可靠性。当采用传统电源时可以增加1～2 台UPS，当采用新能源、储能等新型电源时可以增加2～3 台UPS。③环境条件。在满足电源可靠性要求的前提下尽可能减少配电柜数量和柜内设备容量。减少配电柜数量和柜内设备容量可以减少配电系统中的配电电缆、开关及配电箱数量。机房环境是影响IT 设备功耗的主要因素。对于空调配置较低的机房和环境较为恶劣的机房，应尽可能保证UPS、空调等设施的工作性能。在空调系统中配置适当的冷却模块和相应容量的冷却塔、风道、空调等设施可以有效降低能耗。

1.5 应用“云”技术

5G 核心机房需要实现电力的智能监控、管理，如电源在线监测、热平衡系统、UPS 电源监控系统等，为管理人员提供精准的电力数据。智能电力监测系统可以对机房内的温湿度、UPS 等进行实时监测，当出现异常时可以及时通知运维人员处理，同时提供精准的电力数据。热平衡系统可将传统机房设备运行产生的废热进行收集并处理，通过风冷系统将废热转化为冷量，从而实现能源的高效利用。采用智能温控技术可对空调进行智能管理，提高空调运行效率。

UPS 电源监控系统可以实时监控整个机房内的电力信息，并可提供多种可视化方式以便于运维人员及时掌握设备状态。图1 为智能电力监测系统。

图1 智能电力监测系统

2 “双碳”目标下通信运维系统模式

2.1 “无人值守”模式

“无人值守”模式是指网络维护人员在不改变现有网络运维模式的前提下，通过新技术、新设备的应用实现对网络运行的实时监控、告警管理、故障处理、性能优化等功能。“无人值守”模式的优势是可以提升网络维护人员的工作效率以及提高服务质量，节约人力资源和降低能耗。但在实际应用中也存在诸多问题，比如设备运行状态不直观，缺乏有效的监控手段；需要定期人工检查维护，存在安全风险等。通信网络“无人值守”模式应用场景如下：现有网管系统、大数据中心等功能已全部部署在数据中心或机房内，运行人员通过远程访问方式进行操作维护。对现场设备运行状态及告警信息等进行实时监控，例如，针对基站的温度、湿度等环境数据进行实时监测。故障处理及性能优化功能可实现对设备的远程操作维护或故障处理。网络运行状态可通过网络切片、流量监测等方式实现可视化管理。传统数据中心建设运维经验与成熟技术相结合的方式已成为当前数据中心建设运维模式的发展方向[1]。

2.2 “机器人巡检”模式

在“双碳”目标下，通信行业积极响应国家节能减排号召制定了一系列的节能减排方案，通信设备运维方面也开展了一系列的节能减排工作。在通信设备的巡检工作中，目前主要采用人工巡检和“机器人巡检”两种方式，在人工巡检工作中，通信运维人员通过现场巡检器对通信设备进行巡检，巡检工作具有时间不固定、人员流动性大等特点，工作效率低且人力成本高。同时通信设备存在很大的安全风险。在“机器人巡检”工作中，通过机器人代替人工开展巡检工作具有巡检点分布广、巡检效率高、巡检结果可视化等特点。机器人巡检主要是通过在现场部署的各种智能设备对通信设备进行监控和自动巡检。“机器人巡检”模式能够有效提升通信设备巡检效率、降低人力成本和安全风险。通信设备数量多且分布广，仅靠人工进行巡检难以完成所有的巡检任务，传统的人工巡检工作受环境因素影响较大，在恶劣天气和人员不足的情况下很难完成所有的巡检点，“机器人巡检”模式需要大量的通信设备进行部署，目前部分运营商已经部署了大量的通信设备，部署完成后需要大量的运维人员进行维护管理[2]。图2 为智能巡检机器人。

图2 智能巡检机器人

2.3 “模块化监控系统”模式

“模块化监控系统”模式是一种在通信网络中广泛应用的运维系统运行模式。“模块化监控系统”是通过对传统通信网络中不同设备之间的数据进行集成、转换和处理，实现各设备间信息数据共享、深度分析与智能预测，进而实现对通信网络进行远程监测、故障预警、维护诊断、安全监控、资源管理等功能的系统，其核心功能是通信设备之间的数据采集与处理。这种模式具有以下优势：实现了各设备间信息数据的统一采集和分析处理，对网络中设备状态的全面监测，提供了准确的故障诊断依据，提高了网络的运行维护效率。实现了对通信网络中设备的远程集中监控，解决了传统模式下人工管理成本高、效率低、易出错等问题。实现了对通信系统中电力资源的合理配置和利用，达到了节能降耗、提质增效的目的。“模块化监控系统”模式也存在一定程度上的不足：由于涉及不同专业之间的数据共享和处理，在一定程度上增加了通信网络运维系统部署所需的硬件和软件资源，在对数据进行实时采集和处理时，通信网络运维系统需要部署大量服务器、交换机等硬件设备，通信网络运维系统部署所需机房面积大及能耗高。因此模块化监控系统模式下通信网络运维系统维护与管理工作量较大[3]。图3 为模块化监控系统。

图3 模块化监控系统

2.4 “智能运维系统”模式

“智能运维系统”模式是一种“云大物移智”的运维模式，它融合了互联网、物联网、大数据、人工智能等信息技术，通过对网络资源（如IT 设备、网络系统）进行实时监测，在感知层对各类信息进行实时采集，并将其转化为数字信号传递给各类分析工具，从而实现数据的快速分析和处理，最终实现网络资源的优化配置，并为各类应用系统提供智慧化支撑。“智能运维系统”模式的运维流程中包含了大量的数据采集环节，而这些数据则为后续大数据分析提供了重要的参考。“智能运维系统”模式可以有效提升通信运维系统的能源利用效率和资源配置效率，有效地降低电力消耗，大大降低电能利用效率（power usage effectiveness, PUE），为实现“双碳”目标提供更好的保障[4]。图4 为智能运维系统。图5 为智能运维系统流程。