动态节能在宽带接入网中的研究与应用

董兆梅，王道东，黄晴川，利晓华

（1.中国电信股份有限公司广东分公司，广东 广州 510081；2.中通服软件科技有限公司，广东 广州 510656）

0 引 言

千兆光网作为新一代信息通信网络的发展方向，其与5G 构成的“双千兆”网络是我国新基建的重要组成部分。作为宽带接入网“最后一公里”的光接入网已经逐步成为主流，规模越来越大，能耗越来越高，其能耗增长也备受关注。目前宽带网特别是光接入网已经成为电信网络的能耗大户。

光接入网能耗与节能技术的研究已成为一个重要的课题，在典型宽带接入站点的能耗结构里，宽带接入主设备的能耗占比为69%。降低接入设备能耗能有效带动整体能耗下降，光接入网主设备（Optical Line Terminal，OLT）的节能是重中之重[1,2]。

典型电信光接入网的组网如图1 所示。广东电信光接入网主要由OLT、光分配线网（Optical Distribution Network，ODN）以及光网络单元（Optical Network Unit，ONU）组成。其中，OLT安装部署在局端，ONU 一般为家庭网关或者政企网关，基本放置在用户侧，均为有源设备，只要设备处于工作状态，必产生能耗。ODN 为OLT 和ONU 之间的光线路，包括光纤配线架（Optical Distribution Frame，ODF）、光缆、纤芯组以及分光器等[3-5]。

图1 典型电信光接入网组网

首先，OLT 设备的整机单板容量大，功耗较高；其次，OLT 为电信局端设备，对设备可进行控制和管理。因此，为实现千兆光网建设，重点打造立体综合的动态节能系统，需要对接入设备及网管系统进行软件升级，自主研发接入网综合节能的整体方案。动态监控OLT 的版本、板卡、端口、环境以及端口流量状态等数据，同时结合宽带用户数据，最终制定OLT设备节能等级，动态调整OLT 设备能耗模式和板卡运行模式，使得板卡和端口可以根据业务状态变化实时开关。在保障业务水平不下降的情况下，实现光接入设备的动态节能。

1 动态节能实现方案

目前，全广东省OLT 约2.0 万台，均按最大能力运行，对于空闲、空载以及轻载状态下的设备无效空跑，存在较大节能空间。针对全量OLT 用算法进行智慧化设备工作模式管理调节，实现动态降耗。主要分为用户板卡、端口节能管理及风扇节能管理，如图2 所示。

图2 节能模块

1.1 用户板卡和端口节能管理模块

基于设备的不同特性，用户板卡和端口节能模式分为2 种。第一种是设备节能，设备本身支持智能节能模式，可设置设备节能模式，实现设备对用户板卡端口节能的自管理，完成设备节能侧边缘计算。第二种是综合节能，设备不支持智能节能模式，则使用综合节能模式。对设备的板卡、端口配置、端口状态、端口流量以及配置ONU 数据进行采集分析，再结合配置业务的数据分析，对空闲、空载、轻载状态下的设备保持开启或关闭节能模式。

1.1.1 设备节能管理

目前，华为MA5800 系列和中兴C6XX 系列均支持设备节能模式。

（1）华为MA5800 系列的主要节能模式。第一，标准节能模式（Standard mode）：出厂模式，设备运行过程默认启用节能技术。第二，基本节能模式（Basic mode）：未配置业务或用户不在线时，对相关未用器件启用关闭、休眠操作。第三，深度节能模式（Deep mode）：对正常业务启动动态能耗调节，根据业务情况自动调整，对相关未用器件启用关闭、休眠操作。

（2）中兴C6XX 系列的节能模式原理。第一，自动关闭未使用的线卡：该线卡上未配置任何ONU，如果配置ONU 后将自动取消线卡节能。第二，自动关闭不匹配的线卡：实际线卡和配置的线卡类型不匹配，如果开启该功能，则自动将该线卡关闭。第三，自动关闭未使用的PON 口：该PON 口下未配置任何ONU，如果有配置ONU 后将自动取消PON 口节能。

1.1.2 综合节能管理

现网大部分存量设备均不支持设备节能模式，需采用综合节能模式。通过综合节能管理模块的采控功能，采集板卡和端口的信息、分析节能，主动控制空闲无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）用户端口及用户板卡的关闭。针对投产的端口、板卡进行实时端口开启、板卡上电等措施，退出节能模式，实现节能的全生命周期管理。整个综合节能管理模块分为采集流程和节能流程，采集流程下包括板卡、端口信息采集，节能流程包括节能开启和退出流程，如图3 所示。

图3 综合节能模块

采集流程中指标类型分为板卡和端口，具体指标如下。（1）板卡指标：板卡配置类型、板卡实际配置类型、板卡主备状态、板卡管理状态、板卡运行状态、板卡电源开闭状态。（2）端口指标：端口名称、端口位置（所属机架、机框、槽位、端口）、端口运行状态、端口管理状态、端口所属保护组、端口下挂ONU 数量。

节能流程分为端口关闭、端口开启、板卡关电以及板卡开电，具体流程如下。

（1）端口节能流程。端口关闭逻辑：启动非设备自主节能模式，当PON 口配置的ONU 数量为0，PON 口未配置保护组成员，因此端口运行状态为up。端口开启逻辑：PON 口通过系统自动开通模块配置了ONU 数据或者人工主动在系统界面添加ONU 数据，PON 口被加入保护组，因此端口管理状态为down。

（2）业务板卡节能流程。业务板卡关电逻辑：启动非设备自主节能模式，板卡所有端口都被节能模块关闭。业务板卡开电逻辑：板卡处于shutdown 状态，则板卡下有PON 口被打开，或被加入保护组。

1.2 风扇节能管理模块

OLT设备温度受设备工作状态和机房温度的影响。目前，大部分OLT 设备支持智能风扇调速，具备风扇调速档位的精细化能力，将风扇转速与环境、设备板卡的温度进行关联，自动控制风扇转速。

风扇节能管理模块利用单板上的温度传感器，对设备机框内关键部件温度进行监控，实现温度采集。经过数据分析后，设置不同的速率模式，以改变风扇的转速，达到最优的节能效果。通过对OLT 风扇模式进行控制，结合设备温度及环境温度的数据进行分析，动态调整风扇的转速率，以降低设备功耗和噪声，同时还能延长风扇的使用寿命。典型的风扇运行模式如表1 所示。

表1 典型风扇运行模式

2 动态节能实现部署情况

目前已全网部署，截至2022 年11 月底，广东电信光接入网共纳入OLT 设备18 971 台，均已实现动态节能。

3 动态节能成果和分析

3.1 用户板卡和端口节能分析

根据厂商资料和实验室测试，板卡类型及功耗关系如表2 所示。

表2 板卡类型和功耗关系

通过实验室验证，设备节能模式和综合节能模式可以主动关闭空闲状态下的板卡，几乎都可实现单板100%能耗的节省。板卡功耗节能效益分析如表3所示。

表3 板卡功耗节能效益分析

对空闲状态下的端口进行关闭，单个端口平均节能2 W，端口功耗节能效益分析如表4 所示。

表4 端口功耗节能效益分析

3.2 风扇节能数据分析

在不同的风扇转速下，从OLT 设备读取电源功率和风扇耗电情况，得出结论：设备功耗随着风扇转速增加而提高。风扇速率和功耗关系如表5 所示。

表5 中兴OLT 风扇速率和功耗关系

按照表5 测算结果，对于全广东省16 台中兴C6XX 系列OLT 和333 台C3XX 系列OLT，当风扇转速超80%且环境温度达标时，修改OLT 风扇策略，转速从100%调整至60%。调整后OLT 风扇节能效益评估如表6 所示。

表6 中兴OLT 风扇节能效益评估

通过设备节能数据分析，目前累计已节约用电890 万kW·h，在实际生产中用电费用节约623 万元，节能减排效果明显，实现了预期的目标。

4 结 论

广东电信利用动态节能技术实现了光接入网的节能减排，产生了较大的经济效益和社会效益。本文介绍了在宽带接入网中的动态节能方案，节能分为“用户板卡和端口节能”和“风扇节能”，分别测试与验证。结果表明，动态节能技术通过用户单板节能、空闲端口节能、智能风扇调速节能等模式的开启，可以有效节省光接入网能耗，达到节能减排的目标。但是，目前各厂商设备节能的成效参差不齐，某些型号尚不支持能耗采集、板卡关断、风扇调速的功能。因此，建议后续推动建立OLT 设备节能侧边缘的计算标准。