蔣 燕，莊湛海

（1.廣州優(yōu)億信息科技有限公司 廣州510630；2.中國電信股份有限公司廣東研究院 廣州510630）

1 前言

隨著“寬帶中國”的戰(zhàn)略性推進(jìn)，寬帶接入網(wǎng)的“最后一公里”光接入網(wǎng)已經(jīng)逐步成為主流，規(guī)模越來越大，接入網(wǎng)絡(luò)的能耗也越來越高，因此，光接入網(wǎng)能耗與節(jié)能技術(shù)的研究已成為一個(gè)重要的課題。

光接入網(wǎng)的基本組成包括光線路終端（OLT）、光配線網(wǎng)（ODN）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）三大部分。其中，OLT放置在局端，ONU放置在用戶端，兩者均是有源設(shè)備，其工作過程帶來能源消耗；ODN是OLT和ONU之間的光線路子系統(tǒng)，是由一系列無源光器件（如光纖光纜、光連接器、光分路器等）組成的純無源光分配網(wǎng)，本身不產(chǎn)生能耗。由于OLT設(shè)備容量大、功耗高，且包含設(shè)備自身的特點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等方面的原因，因此其存在較大的節(jié)能空間。本文通過對(duì)OLT設(shè)備有效節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，提出了光接入網(wǎng)節(jié)能的實(shí)施方案和策略，為光接入網(wǎng)的節(jié)能減排提供了依據(jù)和建議。

2 OLT設(shè)備節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

2.1 功耗影響因素

OLT主要功能單元包括用戶單元、主控單元、上行網(wǎng)絡(luò)接口、電源模塊和風(fēng)扇模塊，其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 OLT功能結(jié)構(gòu)

圖1 中，主控單元、電源模塊、風(fēng)扇模塊、上行網(wǎng)絡(luò)接口為所有用戶共用，是OLT設(shè)備的公共功能單元，因此，公共單元功耗是主控單元、電源模塊、風(fēng)扇模塊和上行網(wǎng)絡(luò)接口的能耗總和，OLT設(shè)備的功耗構(gòu)成如圖2所示。

圖2 OLT設(shè)備的功耗組成

圖2 中，公共功耗中的主控板卡和電源板卡的功耗相對(duì)穩(wěn)定，在設(shè)備配置和工作溫度確定后基本不變；現(xiàn)網(wǎng)中風(fēng)扇辦卡的控制策略一般推薦采用智能調(diào)控模式，根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)換檔位，從而產(chǎn)生不同的功耗；上行板卡的功耗區(qū)別主要在于板卡類型和上行板卡帶寬，上行板卡帶寬一般是GE或者10GE，一般來說，10GE板卡的功耗高于GE板卡的功耗，不同的平均分配帶寬和ONU數(shù)量決定上行板卡采用GE接口或者10GE接口。用戶板卡是指下行的PON板卡，包括EPON業(yè)務(wù)板卡和GPON業(yè)務(wù)板卡，這些板卡只要PON口下掛一個(gè)ONU，工作就必須正常運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗電能，因此單個(gè)PON口下掛的ONU數(shù)量對(duì)PON口功耗影響不大，ONU數(shù)量對(duì)功耗的影響主要表現(xiàn)為對(duì)PON口數(shù)量的影響。綜上所述，OLT設(shè)備一旦確定，其功耗就主要受用戶數(shù)量、用戶平均分配帶寬、設(shè)備所處環(huán)境溫度以及OLT的實(shí)際業(yè)務(wù)流量大小的影響。OLT設(shè)備各功能模塊功耗與影響因素的關(guān)系如圖3所示。

2.2 節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)OLT設(shè)備能耗分布特點(diǎn)，OLT設(shè)備的節(jié)能應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注有效的節(jié)能技術(shù)，OLT設(shè)備可采用的關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)主要包含空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)、空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)、風(fēng)扇智能調(diào)速技術(shù)等。

圖3 OLT設(shè)備功耗影響因素關(guān)系

（1）空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)

對(duì)于OLT上沒有業(yè)務(wù)發(fā)放的空閑端口，使用端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)，可以降低端口的實(shí)際功耗?？臻e端口關(guān)斷技術(shù)原理如圖4所示。

圖4 空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)

用戶板卡上包含多個(gè)功能模塊和芯片，可以分為板卡共用模塊和端口專用模塊。當(dāng)采用空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)時(shí)，若設(shè)備檢測(cè)到端口無業(yè)務(wù)通過，則自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)的端口模塊，從而降低端口功耗。理論上，空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)應(yīng)能將端口專用模塊完全關(guān)閉，以最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如圖4所示，端口PHY和SFP屬于端口專用模塊，深灰色表示其處于關(guān)閉狀態(tài)，其余模塊則為板卡上所有端口共用模塊，淺灰色代表其處于正常工作狀態(tài)。端口關(guān)斷后重新啟用需要一定的時(shí)延，但對(duì)業(yè)務(wù)開通和使用無影響。

（2）空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)

現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備存在預(yù)先配置但未實(shí)際使用的用戶單板。對(duì)于所有端口均未開放業(yè)務(wù)的單板，可使用單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)，讓這些用戶單板進(jìn)入深度休眠狀態(tài)或者直接下電關(guān)斷，最大限度地節(jié)省功耗。與空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)類似，當(dāng)設(shè)備啟用空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)時(shí)，若設(shè)備檢測(cè)到單板無業(yè)務(wù)通過，則自動(dòng)關(guān)閉單板，切斷單板與背板的連接，單板進(jìn)入深度休眠或下電狀態(tài)，從而降低功耗，空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)原理如圖5所示。

圖5 空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)

如圖5所示，理論上，當(dāng)采用空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)時(shí)，單板功耗為0 W。單板關(guān)斷后重啟也需一定的時(shí)延，但對(duì)業(yè)務(wù)開通和使用無影響。

山東省先后印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)海水利用工作的意見》《關(guān)于加強(qiáng)污水處理回用工作的意見》等，加大污水處理回用、海水淡化等非常規(guī)水源的開發(fā)利用，納入?yún)^(qū)域水資源統(tǒng)一調(diào)度配置。在水資源論證與取水許可審批工作中，對(duì)污水處理再生水等非常規(guī)水的水量和水質(zhì)能夠滿足建設(shè)項(xiàng)目用水需求的，優(yōu)先配置使用非常規(guī)水，嚴(yán)格控制取用新水特別是地下水。

（3）風(fēng)扇智能調(diào)速技術(shù)

OLT設(shè)備溫度受設(shè)備工作狀態(tài)和機(jī)房溫度的影響。智能風(fēng)扇調(diào)速技術(shù)采用更精細(xì)化的風(fēng)扇調(diào)速檔位，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與散熱瓶頸點(diǎn)的溫度綁定，根據(jù)溫度自動(dòng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，達(dá)到有效降低風(fēng)扇模塊功耗的目的。風(fēng)扇智能調(diào)速原理如圖6所示。

圖6（a）中，風(fēng)扇板各風(fēng)扇統(tǒng)一設(shè)置，無論環(huán)境和設(shè)備溫度如何，均保持設(shè)定好的恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)；圖6（b）則采用智能控制，風(fēng)扇板各風(fēng)扇根據(jù)部件的溫度智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。兩種方式下的能耗比較如圖7所示。

實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇智能調(diào)速需要系統(tǒng)能夠自動(dòng)采集溫度，然后通過網(wǎng)管設(shè)置風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的溫度控制狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇智能調(diào)速。通常情況下，可以通過對(duì)機(jī)框內(nèi)關(guān)鍵部件溫度的監(jiān)控（單板上溫度傳感器）實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使得風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速更加精確，以達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。采用風(fēng)扇智能調(diào)速技術(shù)不僅能降低設(shè)備功耗和噪聲，同時(shí)也能延長風(fēng)扇使用壽命。

圖6 風(fēng)扇智能調(diào)速技術(shù)

圖7 風(fēng)扇不同控制策略下的功耗對(duì)比

3 光接入網(wǎng)OLT設(shè)備節(jié)能測(cè)試

根據(jù)以上的技術(shù)研究，通過光接入網(wǎng)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)評(píng)估實(shí)際的節(jié)能效果。本測(cè)試采用4個(gè)主流光接入網(wǎng)設(shè)備廠商提供的4款主流OLT設(shè)備，涉及GPON和EPON兩種接入板卡和終端。

3.1 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試環(huán)境如圖8所示[1]。

圖8 測(cè)試環(huán)境

圖8 中，OLT通過5 dB或10 dB的光衰減器連接ONU，流量測(cè)試儀分別連接OLT的上聯(lián)端口和ONU的用戶端口，分別向OLT和ONU發(fā)送流量以模擬實(shí)際業(yè)務(wù)流量[2,3]。

3.2 測(cè)試分析

（1）空閑端口關(guān)斷節(jié)能測(cè)試

從測(cè)試結(jié)果可以看出，采用空閑端口關(guān)斷技術(shù)后，4款設(shè)備中，EPON單個(gè)端口最高節(jié)能能耗比例達(dá)32%左右，GPON單個(gè)端口最高節(jié)能能耗比例約為21%。

表1 空閑端口關(guān)斷節(jié)能測(cè)試結(jié)果

（2）空閑單板關(guān)斷節(jié)能測(cè)試

空閑單板關(guān)斷節(jié)能測(cè)試主要測(cè)試和記錄了設(shè)備中空閑單板下電功能開啟前后的能耗變化情況，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 空閑單板關(guān)斷節(jié)能測(cè)試結(jié)果

如圖4所示，空閑單板關(guān)斷時(shí)，幾乎可實(shí)現(xiàn)100%單板能耗的節(jié)省，但明顯可以看出，各廠商在設(shè)備實(shí)現(xiàn)上相差較大，并非全部實(shí)現(xiàn)整個(gè)單板關(guān)斷，僅能關(guān)斷部分模塊。這應(yīng)該成為后續(xù)產(chǎn)業(yè)推進(jìn)的一個(gè)重點(diǎn)。

（3）風(fēng)扇智能調(diào)速節(jié)能測(cè)試

風(fēng)扇調(diào)速節(jié)能測(cè)試驗(yàn)證了OLT設(shè)備的風(fēng)扇智能調(diào)速功能的實(shí)現(xiàn)情況，并研究分析了風(fēng)扇調(diào)速的節(jié)能效果。測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 風(fēng)扇智能調(diào)速技術(shù)測(cè)試結(jié)果

結(jié)果分析如下所述。

·表3的數(shù)據(jù)表明，隨著風(fēng)扇檔位的增加，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增高，其功耗也相應(yīng)增大。

·風(fēng)扇啟用智能調(diào)節(jié)功能后，轉(zhuǎn)速隨環(huán)境溫度變化而自動(dòng)調(diào)整，節(jié)能效果也比較明顯，當(dāng)然部分廠商設(shè)備并不支持智能調(diào)節(jié)功能。

·由于測(cè)試條件的限制，智能調(diào)速僅測(cè)試了實(shí)驗(yàn)室溫度（約25℃）下的功耗，其功耗值約相當(dāng)于風(fēng)扇最低轉(zhuǎn)速時(shí)的功耗，因此，當(dāng)設(shè)備工作溫度適宜時(shí)，采用智能調(diào)速模式可大大節(jié)省風(fēng)扇功耗。

4 結(jié)束語

可以采用多種技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)光接入網(wǎng)的節(jié)能減排，本文對(duì)其進(jìn)行了研究、測(cè)試和分析，結(jié)果表明，空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)、空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)和智能風(fēng)扇調(diào)速節(jié)能技術(shù)能有效節(jié)省光接入網(wǎng)能耗，而且均不會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。但目前各廠商設(shè)備實(shí)現(xiàn)情況參差不齊。因此，當(dāng)前運(yùn)營商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)應(yīng)選用支持空閑端口關(guān)斷節(jié)能技術(shù)、空閑單板關(guān)斷節(jié)能技術(shù)和智能風(fēng)扇調(diào)控技術(shù)的OLT設(shè)備；整個(gè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)該推動(dòng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化和設(shè)備開發(fā)進(jìn)程，在滿足寬帶業(yè)務(wù)持續(xù)規(guī)模發(fā)展、支撐“寬帶中國”戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，盡可能地降低能耗，為社會(huì)的綠色健康發(fā)展打好基礎(chǔ)。

1 中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).GB/T 28519.通信產(chǎn)品能耗測(cè)試方法通則,2012

2 中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).YDB 067.接入網(wǎng)設(shè)備節(jié)能技術(shù)要求和測(cè)試方法_EPON系統(tǒng),2011

3 中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).YDB 068.接入網(wǎng)設(shè)備節(jié)能技術(shù)要求和測(cè)試方法_GPON系統(tǒng),2011