大容量通信设备能耗测试的简易方法研究

李韶英+庄湛海+陈昊

【摘 要】为了降低大容量设备能耗测试的成本和难度，简化测试工作，在传统测试方法的基础上，通过分析历史测试数据，研究了电源转化率稳定后业务板卡与整机能耗的线性模型，提出了大容量通信设备能耗测试的简易方法，并经过实验室测试验证了该方法的可行性。

【关键词】大容量设备 能耗测试 电源转化率

Research on a Simple Method of the Energy Consumption Test

for the Large Capacity Communication Equipment

[Abstract] In order to reduce the cost and difficulty of large capacity equipment energy consumption test and simplify the testing work， the traditional testing method was analyzed in this paper. Based on the historical data of the energy consumption test， the linear model of service card and equipment energy consumption in the case of the stable power conversion rate was studied to propose a simple method of the energy consumption test for the large capacity communication equipment. Laboratory tests validate the feasibility of the proposed method.

[Key words]large capacity equipment energy consumption test power conversion rate

1 引言

随着互联网业务的爆炸式增长，通信设备向着高集成度、大容量方向发展。目前通信设备的槽位和设计容量越来越大，涉及的产品单板、模块和部件等检测物料数量多，测试环境复杂，这些都无疑增加了测试的难度，并造成测试的人力和物料成本的提高，因此迫切需要在日常的测试工作中研究探索切实可行的大容量通信设备的能耗测试方法。本文在传统测试方法的基础上，提出了大容量通信设备能耗测试的简易方法，以此降低大容量设备能耗测试的成本和难度，简化测试工作。

2 大容量通信设备能耗测试传统方法

由于通信设备的能效水平受设备的配置、业务流量大小以及设备的应用环境等因素的影响，充分考虑到产品的配置及流量对产品能效水平的影响，通常采用产品综合能效比的方法评价设备的能效水平。综合能效比计算方法如下：

参数说明：EER为设备综合能效比；Ti为产品在某一固定配置模型下的最大吞吐量；Pi为产品在某一固定配置模型下的设备综合功耗；Ci为产品在某一固定配置模型的应用权重，C1～Cn之和等于1；Bj为产品在某一固定配置型下业务流量占比权重，B1～Bn之和等于1；Pj为设备在不同负荷水平，如0%、30%、100%等负荷下的综合功耗（注：0%代表设备无业务流量，但处于链接状态下的设备功耗）。其中Pj是通过对通信设备进行满配后加载不同负荷下进行的整机能耗测试数值。

由于大容量通信设备涉及的产品单板、模块和部件等检测物料数量多，搭建测试环境复杂，检测周期长，工作进度缓慢，测试耗费的人力和物料成本都比较高，因此迫切需要简易的能耗测试方法。

3 大容量通信设备能耗测试的简易方法

理论基础

通过对主流厂家的大容量IP路由器（设备容量≥

3.2 Tbps）以及OTN设备（交叉矩阵容量≥25 Tbps）测试数据发现业务板卡部分能耗约占整机能耗的80%，其他部分（网板、主控板等）能耗约占20%。因此能耗测试重点在于业务板卡部分。如果能找到业务板卡与能耗的对应关系，就可以摸索寻找一种简易的能耗测试方法。

理论而言，通信设备的整机功耗等于风扇、主控板、交换板与业务板功耗之和。常温下风扇的调速策略为固定转速，功耗不随业务板数量增加而增加；业务板板卡功耗随业务量变化而变化；主控板功耗也是稳定不变；交换网板功耗包括公共部分固定功耗和随业务板数量变化的可变功耗，理论上该部分功耗与业务板数量呈线性关系。

因此大容量通信设备整机功耗理论上可归纳为以下公式：

P=[P公共+n（P业务板+Pi）]/a （3）

其中，a为电源转换效率；P公共为风扇+主控板+交换网板公共部分的功耗；n为业务板配置数量；P业务板为单块业务板自身的功耗；Pi为交换网板每增加一块业务板而增加的功耗。

从公式（3）可以得出，理论上当设备的电源转换效率固定不变时，设备的整机功耗和业务板配置数量是呈线性关系的。

如图3所示，选取了主流的大容量通信设备，包括大容量的IP路由器和OTN设备进行了测试，发现当电源负载率达到20%以上时，电源转换效率趋于稳定。

根据测试的结果，推断出对于测量设备的整机能耗，只需配置适量的业务板卡使设备电源转换效率趋于稳定，之后因增加业务板所带来的整机能耗的提升，可以用線性叠加的方式计算得出，而不需要进行整机测试。对于大容量的设备，因为业务板卡多，这样可减少测试板卡的数量，减少加载的测试流量，降低测试的难度。

4 大容量通信设备能耗简易测试方法测

试验证

根据以上理论对大容量设备满载能耗测试简化流程如下：

（1）按要求配置设备主控板、交换网板、风扇；

（2）逐步增加业务板卡，并按要求配置业务流量，检测设备的电源负载率和电源转化效率；

（3）当设备电源效率稳定时，将此时增加的一块业务板卡所带来的功耗增量作为之后每增加一块业务板卡所带来的功耗增量；

（4）通过公式计算设备满配时的功耗。

以某主流大容量IP路由器为例，配置不同单板和不同业务负载下分别进行设备的功耗测试验证。

当测试的IP路由器配置的是100G板卡时候，实测的整机能耗测试数据如表1所示。

按照目前的测试规范，IMIX（Internet混合帧长）流量下的加权功耗计算公式如下：

其中，Bj对应业务流量负载占比分别为0%、30%和100%的占比权重分别为0.1、0.8和0.1（注：IMIX流量配置为“64字节：600字节：1524字节=7：4：1”，包含4 byte CRC；0%代表设备无业务流量，但处于链接状态下的设备功耗）。

（5）测试设备配置6块业务板的加权功耗为：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×1736+0.8

×1800+0.1×1969=1810.5 W

其中，P1、P2、P3分别对应业务流量负载分别为0%、30%和100%对应的设备能耗。

根据以上测试数据，计算出每增加一块业务板后。

（1）从数据可以得到不管业务量的大小，从第4块板卡开始，设备在不同业务负载下，整机功耗大致呈线性增加趋势。

（2）假设现在只有4块单板，需要测量配置6块单板时的整机加权功耗，按照设想测算如下：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×（1380+180×2）

+0.8×（1423+191×2）+0.1×（1544+215×2）

=174+1444+197.4=1815.4 W （6）

（3）实际测量值为：1810.5 W，测算值与实际测量值误差小于1%。

当测试的IP路由器配置的是40G板卡时候

增加业务板（配40G单板）整机增加的功耗

（1）按照目前的测试规范，得出整机加权功耗为：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×1981+0.8×2027

+0.1×2096=2029.3 W （7）

（2）假设现在只有5块单板，需要测量配置8块单板时的整机加权功耗，根据理论推算得到：

Pw=0.1×P1+0.8×P2+0.1×P3=0.1×（1520+153×3）

+0.8×（1559+156×3）+0.1×（1606+162×3）=197.9

+1621.6+209.2=2028.7 W （8）

计算值与实际测量值误差不超过1%。

另外取了大容量OTN设备进行实验室测试，当电源负载达到20%以上时候，设备的电源转换效率趋于稳定，之后设备的整机功耗和业务板配置的数量也呈线性关系，通过该方法得到的能耗值与实际测量值误差不超过1%。经过多次测试验证，大容量通信设备能耗简易测试方法的推算结果与实际测量值基本相符。

5 结束语

本文在传统测试方法的基础上研究了电源转化率稳定后设备的能耗模型，提出了大容量通信设备能耗测试的简易方法，并通过实验室测试验证了该方法的可行性。该方法可简化测试环境、设备配置，有效提升测试效率，为大容量通信设备的能耗检测工作提供了参考。

参考文献：

[1] 李韶英，庄湛海，倪伟彬. 基于LTE网络的智能关断技术研究[J]. 移动通信， 2014，38（18）： 45-49.

[2] 李韶英，庄湛海，倪伟彬. 基于博弈论的LTE基站自优化节能方法研究和试验[J]. 移动通信， 2014，38（20）： 92-96.

[3] 凌泽军，许森，张光辉，等. 绿色移动网络的实践与发展趋势[J]. 电信技术， 2013（12）： 29-33.

[4] 庄湛海，陈昊. 基于LTE网络的智能关断技术试验与分析[J]. 移动通信， 2015，39（18）： 46-52.

[5] 凌泽军，许森，张光辉，等. 绿色移动网络的实践与发展趋势[J]. 电信技术， 2013（12）： 29-33.

[6] 蔡华城. IP网络路由节能技术的研究[D]. 成都： 电子科技大学， 2012.

[7] 王刚. 网络管理系统温备份的切换检测技术[J]. 光通信研究， 2008（4）： 28-30.

[8] 工业和信息化部节能与综合利用司. 工业和信息化部关于进一步加强通信业节能减排工作的指导意见（〔2013〕48号）[EB/OL]. （2013-04-26）. http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057674/n3057678/c3863632/content.html.

[9] 宗文. “互联网+”时代，通信业节能减排更需加强创新[EB/OL]. （2015-10-27）. http：//www.cnii.com.cn/wlkb/rmydb/content/2015-10/27/content_1642464.htm.

[10] 殿欣. 中國电信推进低碳绿色运营[EB/OL]. （2014-04-24）. http：//www.cnii.com.cn/telecom/2014-04/24/content_1349373.htm.