极简策略在基站和机房改造中的应用

2024-04-07左伟丽贾金辉童振民

通信电源技术 2024年2期

左伟丽，贾金辉，童振民

（河南省信息咨询设计研究有限公司，河南郑州 450000）

0 引言

根据加拿大麦克马斯特大学的研究，有人进行趋势预测，预计到2040 年，信息与通信技术行业的碳排放量占全球碳排放量的比重将从2007 年的1.6%攀升到14%。2020 年的数据显示，数据中心在全行业的碳排放中所占比重最大，占比为45%，其次是终端设备和通信网络，占比分别为31%和24%。随着网络信息技术的不断进步，越来越多的人享受到了网络信息技术带来的便捷，这需要海量计算和大的数据存储来支撑，同时伴随着能源消耗的不断增长[1]。

5G 网络各方面的技术革新和变化，使得5G 基站数量翻倍。5G 网络设备功耗大幅增加，意味着人们对基站电源配套和节点机房配套等提出了更高更严的要求[2]。虽然5G 网络每比特数据的平均能耗仅为4G 的1/10，但是5G 基站数是4G 的2 ～3 倍。同时，5G 流量大，单个设备功耗是4G 的3.0 ～3.5 倍，网络整体耗电量是目前的2 倍，每年的耗电量超过1 000 亿kW·h[3]。从2019 年5G 建设元年至今，随着5G 网络的建设和发展，5G 室内基带处理单元（Building Baseband Unit，BBU）和远端射频模块（Remote Radio Unit，RRU）设备功耗的增加，给各大运营商带来了较高的运营成本，加之铁塔机房配套产生的高租金和高电费，近年来运营商的成本负荷不断增加。

如何实现零碳网络，降低运维成本，实现总体拥有成本（Total Cost of Ownership，TCO）最优，是各大运营商需要考虑的重要问题。目前，各大运营商在实现零碳网络领域各显神通，如各大运营商和各节能产品提供商合作，主要从极简站点、极简机房、极简数据中心以及无处不在的绿电等方面实现减碳。极简站点指的是站点形态极简化，从室内站点到室外站点，进一步发展到室外刀片，让机房变机柜、机柜变杆站，实现全面杆站化，达到降低能耗、节省电费和节省租金的目的。极简机房方面，对新建站点的场景，以机柜替代机房；对扩容建设场景，免增机房、免改线缆和免增空调，节省能耗及空间。极简数据中心方面，通过全预制化和模块化建设重构架构，将建设周期从20 个月降至6 个月；通过融合高密度、高效率节能方案重构供电，提升效率，并实现预测性维护；通过间接蒸发冷却和iCooling 等解决方案，重构温控，相比传统冷冻水方案，能耗节省17%；通过智能运维解决方案重构运维，运维效率提升35%[4]。此外，将绿电引入站点、机房及数据中心等，实现全场景叠光，打造绿色联接和绿色计算[5]。

1 研究目的

目前，各大运营商致力打造极简站点和极简机房实现减碳目标，同时降低运营和维护成本，为企业发展增添动力。因早期网络建设组网方式的不同，BBU 下沉分散放置，增加了铁塔租费及高价电费，可将此类站点改造为极简化站点。本次方案主要将4G/5G BBU 搬迁到自有机房集中放置，在塔上配置室外刀片电池，为远端射频模块/有源天线单元（Active Antenna Unit/Remote Radio Unit，RRU/AAU）提供备用电源，最终实现铁塔机房和配套退租。腾退后铁塔订单类型将由“普通地面塔+租赁机房+配套”转换为“普通地面塔+RRU 拉远+配套”，可有效节约铁塔服务费和空调电费。

打造极简机房时，在4G/5G BBU 搬迁到自有机房集中放置后，结合机房内现有BBU 的业务情况、BBU空余端口及板卡情况，整合机房内所有BBU设备，腾退放置BBU 的部分机柜，节约机房空间。BBU 设备腾退后可有效降低设备运行产生的能耗和电费，同时结合其他专业设备进行整合，在降低设备能耗的同时重构空调，从而减少空调运行的能耗。通过打造极简机房，深入开展降本增效，可助力运营商实现低碳可持续发展，加速推进企业碳中和进程。

2 实施原则

2.1 极简站点改造原则

选取铁塔订单类型为“普通地面塔+租赁机房+配套”的基站，结合BBU 回局，优选4G/5G 拉远站点、无家宽/无专线设备基站。分析站点租金电费、站址重要性程度、投资回收期、基站一年内断电次数及每次断电时长共5 个因素，按照重要性为每项因素设置加权值，最后加权平均计算后赋分，按照优先级排序选取站点进行改造，最大限度利旧现网资源开展极简改造，确保站点改造价值大、施工难度小。

2.2 BBU 回局及BBU 整合原则

按照“极简、高效、先进、绿色”的目标，综合考虑业务需求、服务感知需求和安全需求，重构放置BBU 的机房，包含核心局房、汇聚局房、接入机房及基站机房，形成“结构清晰、架构最简、效能最优、投资最省”的机房布局。设备根据新架构重新改造、整合、腾退，从而打造极简机房。

2.2.1 BBU 回局

BBU 回局应以综合业务接入网点为单位，综合考虑4G/5G 存量和增量站点的BBU 集中设置方案，制定BBU 集中机房、基础设施及传送网改造方案，按照多专业TCO 综合成本最优原则进行整改。制定整体前瞻方案，原则上BBU 回退至就近的BBU 集中点机房（基站机房/综合业务接入点/汇聚/核心）。优先利旧现有集中设置BBU 的基带板空余端口，其次是新增基带板，最后是新增BBU（利旧拆除设备）。在综合考虑配电系统、机房空间、传输资源、网络安全及运行维护的前提下，各类机房放置BBU 的最大数量需结合机房分类情况而定。

2.2.2 BBU 整合

BBU 的整合分为利旧端口整合和利旧板卡整合，同一机房存在多个同一制式或可兼容制式BBU。根据可用端口/可用板卡槽道进行整合：首先，提升BBU 端口利用率/BBU 板卡槽道利用率；其次，BBU端口/板卡整合后要注意基站数据的添加、修改和删除；最后，整合后腾退的BBU 基带板/BBU 机框登记造册，建立台账，后期用于新建工程建设。

3 实施方案

3.1 极简站点改造

根据站点实施原则选取站点进行极简站点改造，优先对排名第一的基站进行改造。站点目前网络制式是L900 和NR2100，共计6 台RRU。BBU 回局后，仅6 台RRU 使用铁塔机房配套。极简站点改造后，订单变更为“普通地面塔+RRU 拉远+配套”。改造后基站采用高度集成的电池，为RRU 设备提供备用电源，节省了塔租和空调使用费。经过测算，改造后的站点每年可节省费用6 953 元。改造前后站点设备布置对比如图1 所示。

图1 改造前后站点设备布置对比

3.2 BBU 整合案例

选取一个机房进行BBU 整合案例示范，测试整合前后电源负荷数据，对比能耗缩减和网络设备运行安全性，制定BBU 整合方案。运营商支局2 楼机房共有16台BBU，其中4 台NR2100 频段的BBU，5 台900 MHz频段的BBU，7台4G BBU。各个BBU板卡的已使用数量、端口已使用数量和端口剩余数量，如表1 所示。

表1 运营商支局2 楼机房现有BBU 数量统计表单位：个

从表1 可以看出，运营商支局2 楼机房内的16 台BBU 空余端口数较多。结合实际数据业务情况、网络制式频段以及维护云网部门的意见，不同频段的BBU 暂不整合，只整合同一频段的BBU。其中：900 MHz BBU 按照4 个基站1 个BBU 进行整合；NR2100 BBU 按照3 个基站1 个BBU 进行整合；4G BBU 按照2 个基站1 个BBU 进行整合。一般情况下，3 个小区共用1 个基站并占用3 个端口。整合后的方案如表2 所示。