张博文,张小龙,何云龙,祁永新
(1.江苏省邮电规划设计院有限责任公司,江苏南京210006 2.中国移动通信集团甘肃有限公司,甘肃兰州730070)
甘肃省的两个核心节点机房分布在兰州的东西两个片区。随着网络扩容,设备用电需求的不断增加,现有电力电池室可装机面积已经基本用尽,而设备区仍有一定富余。如何更加合理规划现有机房的使用功能,同时对新建大楼提出电源区和设备区面积配比关系是一个新课题。本文以兰州的这两个核心节点机房为基础研究对象,同时结合未来设备用电发展趋势对这一课题进行分析,最后给出合理化的建议。
甘肃省的两个省级核心节点机房分布在兰州的东西两个片区,具体如表1、表2所示。
由表1可以发现,按照规划初期各机房的使用功能来推算,电力电池室区域与机房总面积配比的结论是705:3159=1∶4.48。而根据现有各机房已经使用的面积来看,实际的配比关系为615∶2457=1∶4。目前主设备机房使用情况为75%,而电力电池室使用率为87%。
下面再来分析一下西片区机房的情况。
表1 东片区机房面积及功耗现状
表2 西片区机房面积及功耗现状
由表2可以发现,按照机房规划初期各机房的使用功能来计算,电力电池室区域与机房总面积配比的结论为755∶4075=1∶5.39。根据目前设备摆放的面积占比分析电力区面积与机房面积的配比关系为700∶2 172=1∶4.1。目前机房使用情况为68%。电力电池室使用率为93%。由此可见如果未来不开辟新的电力电池区域,该机房发展到后期时电力电池室面积将严重不足。
通过对以上两个机房的现状分析,发现现有电力电池室的面积需求都比当初规划的值要大。那么对于核心机房尤其是新建的核心机房大楼到底如何配置各机房面积的大小,这一问题有待深入的探讨。
一般机房按照功能可以划分为传输、交换(含少量无线设备)、数据这几大类。因此,按各专业能耗占比对以上2个机房进行统计,见表3。
表3 各专业能耗占比(功耗:kW;功率密度:kW/m2)
通过以上两个机房的分析:传输用电平均占比为5.45%,交换用电平均占比为45.91%,数据用电平均占比为48.65%。两栋枢纽楼功率密度也非常相近,传输为 0.23 kW/m2,交换平均为 0.53 kW/m2,数据平均为0.49 kW/m2。由此发现相同类型的大楼,用电结构应该是比较接近的。
依照对未来各主设备用电发展趋势的预测,下面将进一步分析其对用电量及面积的影响。
我国传输设备技术发展经历了数个阶段,见表4所示;表5为对传输设备功耗发展的预测;传输设备速率、功耗、平均速率的发展见图1。
表4 传输设备技术与功耗发展历程
由设备分类的发展的趋势来看,PDH-SDH-PTN为发展路线之一,WDM-OTN是发展演进之二。
由图1可以看出每Mbit/s的功耗已经下降到很低的水平,采用幂级数的趋势外推法,可以看出未来每Mbit/s的功耗下降相对较小,变化最大的在传输速率与带宽利用率上。通过对比SDH 10G的功耗在1.5 kW,而PTN 10GE的功耗为2.1 kW。单位机架的功率密度由原来的4.44 kW/m2,增加到5.83 kW/m2,增长比为1.31。所以未来传输设备区域的功率密度较现在必然增加。
表5 传输设备功耗发展预测
图1 传输设备速率、功耗、平均速率发展图
以某厂家无线设备为例,目前甘肃省使用的BSC主要是 BSC32、BSC6000,其中 BSC32将陆续由BSC6000替代。表6为设备配置及生产时间详情,图2为无线设备速率、功耗、平均速率发展图。
表6 无线设备功耗发展预测
图2 无线设备速率、功耗、平均速率发展图
由表6可以看出无线设备无论是机架面积、耗电量都有明显的下降。近年来,设备虽然在整架的功耗上没有什么变化,不过在单位载频功耗的耗电量上也有比较明显的下降。通过趋势外推法可以看出,未来单位载频耗电量仍将会继续下降。不过随着未来设备换型,G网的建设速度放缓,因此G网的BSC对电源区面积需求将减缓。
交换技术应用与传输技术应用明显不同,在机房设备中没有明显的发展界限,从电路交换到IP电话再到软交换设备都有,见表7。
表7 交换技术发展趋势及设备典型功耗
现有交换网元有:DS/DM/GS/GM/HLR/SGSN/GGSN,CE和AR是IP承载网设备。在未来五年的时间里,存在变化的主要是IMS的出现和分布式HLR的演进。IMS主要在地市将新增CE,SBC以及防火墙,新增功耗在5~17 kW左右。分布式HLR将原有HLR分成两个FE和BE,FE功耗在3 kW左右,BE功耗为5 kW,一般BE将统一设置在省会城市,而FE将设置在各地市。目前各地市现有的HLR设备通过升级可以兼顾FE的功能,因此对于地市来说,功耗需求的增加主要是新增的IMS设备功耗。因此设备的占地面积需要增加,另外新增IMS设备的单架功耗在4.5~6 kW之间,而分布式HLR的单架功耗在5 kW左右,与现有交换机架平均3 kW左右的功耗有明显增加。未来交换设备单架功耗将接近4 kW。因此对于机房功率密度也将接近0.69 kW/m2。
数据机房及功耗发展历程:从服务器能耗最主要的来源,服务器CPU的设计趋势看,从过去30多年里单纯追求摩尔定律,通过提高晶体管密度和时钟频率来提高性能;到1990年代末期,DEC和IBM意识到单纯提高晶体管密度和降低制程即将面临瓶颈,开始在Alpha和Power4上研究CMP(单芯片多处理器架构),接着2003年以后AMD和Intel也朝着CMP的方向转变,注重芯片和服务器系统的实际效能,具体见表8。
表8 数据机房发展历程表
目前衡量服务器处理能力的指标为TPCC(业务处理系统)。表9为在不同时期下的 CPU数量及TPCC值对比。
由表9可以看出单架设备的最大功耗不断提升,而单位功耗下的处理能力不断上升。因此数据机房的功率密度必然上升。
表9 不同时期下的CPU数量及TPCC值对比
BOSS机房:从2006年到2009年BOSS机房处理量增长了6倍左右,在过去5年当中,BOSS机房能耗翻了一倍。但是考虑到机架扩容以及机房制冷局限,未来机架的功耗不会无限制的增加。单个机架将可能会接近5~7 kW,较现有机架功耗提升40% ~90%。
为了能指导未来新建大楼的建设,首先要建立一个严格符合相关核心机房标准化建设指导意见的电力电池室模型,以便于研究机房的功率密度,如图3所示。
图3 电力电池室模型
枢纽楼电池室面积参考模型:内建6套2 000 A的开关电源,4套160 kVA的UPS,总面积为341 m2。该面积能提供662 kW,对应功率密度1.93 kW/m2。另外通过多次建模发现,如果按照相关标准化指导意见进行建设,不同电力电池室的功率密度应该是相似的。因此电力电池室的功率密度可以取值为1.93 kW。
通过结合设备用电趋势发展的分析,同时与相关指导意见的结合,传输和数据机房未来的功率密度将接近移动集团标准化指导意见的上限。而交换的功率密度0.69对应移动集团公司的0.8上限还有一些距离。因此本文给出的核心枢纽楼机房的功率密度如表10。
表10 核心枢纽楼机房的功率密度
同时对交换、数据、传输机房的用电需求占比进行统计,得表11。
表11 交换、数据、传输机房对用电需求占比
由表10,表11可以计算得出,1 m2电力电池室能提供 1.28 m2交换区,1.01 m2数据区,0.27 m2传输区设备用电需求,因此电力电池室面积与机房总面积配比为1∶3.56。考虑到机房内有ODF/DDF架等无源设备的占地需求,另外空调占地需求以及机房具体形状对设备摆放的限制等多方面原因综合判定电力电池室面积与机房面积配比最小不得小于1∶3.81,最大不超过 1∶3.56。