华为绿色通信节能方案和关键技术

    引言

    世界经济飞速发展，导致能源日趋匮乏，污染严重。据国际能源机构(IEA)2008年的统计，从1973年到2006年，全球能源消耗上升73％，C02排放增长了79％。能源的消耗导致了温室效应和一系列的自然灾害，保护环境、防治气候变化成了人类面临的重要的挑战，节能减排刻不容缓。我国通讯行业每年耗电超过200亿度，消耗煤炭量达675万吨。国际组织、各国政府纷纷制定了相关政策法规。

    华为致力于提供更节能的网络，以实现“绿色通信，绿色华为，绿色世界”的目标。早在2000年，华为率先响应环保节能计划，第一次提出绿色网络的概念，并作为公司创新的一个最重要的要素和整个公司的考核绩效之一，贯彻到规划、设计、研发和制造中去，对产品进行全流程节能减排管理，推行产品全生命周期碳排放评估，低碳节能技术不断创新，推广环保材料与清洁能源，最大限度地重复使用资源，形成了绿色站点、绿色机房、绿色传输、绿色能源等端到端的绿色信息通信方案，目前华为所提供的全部产品比业界传统的方案，要节省30%以上的能源消耗。

    绿色节能是行业发展的新的使命

    绿色节能已经成为行业发展的新的使命，每位负责任的通信行业成员都在推动其不断往前发展。全球通信行业的节能标准研究行动正迅速展开，国际知名电信运营商和设备商制定的诸多节能环保标准也相继出台。

图1 全球著名运营商的绿色建网计划

    华为从低碳着手、从创新觅路、从责任出发，积极为信息通信产业可持续的发展贡献着力量。
2007年底华为与中国移动通信集团公司签订了“中国移动绿色行动计划战略合作协议”，开发了可循环使用的绿色包装、环保型基站和机房节能技术。节能环保型基站可大幅度降低能耗和资源的占用，节约设备功耗达30%，节约占地面积40%。

    2008年华为加入了“GeSI组织”（全球电子可持续性发展促进会），与全球大T、厂商一起推动对替代能源利用、环境保护、ICT对社会影响的研究。

    2010年华为与工信部签署了节能自愿协议，预示了华为在绿色产品和解决方案、公司自身节能环保战略、全球节能技术标准（规范）的研究和制定以及绿色创新等方面继续全程投入。根据此次协议约定，华为以2009年发货产品单位业务量的平均能耗为基准，到2012年12月底实现发货产品单位业务量的平均能耗下降35%。

    华为OTN 绿色节能方案和关键技术

    3.1华为OTN概况

    华为于2007年业界首家推出OTN设备以来，超过90,000套的OTN设备已广泛服务于全球100多个国家的200多个运营商。华为系列化OTN设备包括OSN 8800 T64/T32/T16, OSN 6800, OSN 3800以及OSN 1800，覆盖从城域接入，城域核心到长途骨干的端到端业务传送需求。华为是业界首家将OTN，ROADM，PID以及智能控制平面等关键技术与波分平台有机融合，提供“零浪费，零等待，零中断”带宽云解决方案，实现了“带宽完全共享，业务快速发放，网络高度可靠”。

    多年来，华为坚持开发OTN网络的绿色技术，使得OTN单位带宽的平均能耗持续降低，当前华为OTN系统能效比降到2009年的55%，且在多家顶尖运营商的测试中表现优异，跻身世界领先水平。OTN系统能效比需从两个方面来度量，其一是网络能效比，其二是设备能效比，两者缺一不可。前者是基于给定的网络业务模型来构建设备配置模型，而后量测网络的功耗所得；后者直接通过设备的配置模型量测而得。由于后者易于操作，易于比较，被广泛采用；但前者由于缺乏统一的标准，难于操作，因此极易被忽略。事实上，通过合理的网络架构，业务策略来降低网络能效比对传送网以及OTN的节能减排有着非常深远的意义。华为全方位的绿色节能方案包括网络层面降能耗如ASON控制平面OTN组网Mesh化，以及设备和器件层面降能耗如光电集成PID技术，ASIC工艺持续提升，光模块降功耗，以及动态功率管理等措施。

    3.2 华为OTN绿色节能方案和关键技术

    ASON控制平面OTN组网MESH化使单位带宽的网络能耗减少20%以上

    传统的环状网络，利用1+1保护，需预留50%的带宽作为保护带宽；而ASON打破环网限制，支持网状网组网，通过网络路由智能算法实现动态路由管理，针对不同业务服务级别（SLA）提供不同的业务路由策略，加强带宽资源的共享，提升资源利用率，显著减少网络的能耗。

    以最简单的3个节点下1+1保护和ASON保护对比为例，如下图。假设A-B间业务带宽为100G，B-D间业务带宽为100G，考虑1+1 SNCP保护，环网上A-B,B-D,D-A链路所需容量均为200G；倘若考虑ASON保护，D-A链路所需容量仅需100G，使得网络总带宽节省了16.67%，因此网络能耗也减少了16.67%。

图2-1 3个节点1+1保护和ASON保护对比

    以此类推，更多节点和更多维度的网状网组网中，带宽利用率更高，网络能效比平均降低20%以上。

    光电集成PID技术使单位带宽的能耗减少15%

    PID全称Photonics Integration Device。概括的说，PID是一个光电集成器件（OEIC），是将多个光收发器及合分波器集成起来的单片WDM系统（System On Chip）。华为将PID 技术和 OTN平台有机结合在一起，一方面极大的提升了OTN的集成度，使得单位带宽的能耗减少了15%左右，另一方面还大大的简化了OTN系统的光层规划和调测，真正实现了“数字化OTN”,类SDH组网，免规划，免调测，即插即用；

    ASIC工艺持续提升，OTN单位带宽能耗降低30%以上

    图 2-2列出OTN系统中所包含的关键模块及其功耗占比，由此可看出，ASIC的功耗在OTN系统中占比高达42%以上，是影响OTN能耗比的最关键的因素。

图2-2 OTN设备功耗与业务板功耗分布图

    华为的OTN系统设计一直紧跟芯片工艺改进的步伐享受升级带来的巨大节能收益，业务单板的降功耗成果显著。相比2009年，华为OTN系统业务单板的能耗平均减少了30%以上。

图2-3 ASIC工艺改进节能效果

    光模块持续降功耗

    在业务单板中，光模块的功耗也占有相当的比例，因此降低光模块的功耗，也具有重要意义。华为一直紧跟光模块技术的演进，设计的光模块功耗处于业界领先地位，并实现了单板只需要自然散热而不需要附加散热设施，进一步降低了设备的散热单元功耗。

图2-4 光模块典型功耗

    动态功率管理使OTN功耗管理精细化

    随着ASIC工艺不断改进，光模块小型化发展，OTN的设备容量和集成度大幅提升，这固然能大幅减少单位带宽的能耗，却不可避免的导致机房的热密度的上升，最终导致机房空调耗电增加。华为完善的动态功率管理技术可在很大程度改善了热密度提升带来的“副作用”。

    交叉单元智能温备份技术：华为采用了业界首创的交叉温备份技术，在保证网络和设备性能的情况下，用于备份的交叉单元的功耗降低60%以上，因此OTN系统的交叉单元总功耗可降低30%。

    先进散热技术：华为OTN采用先进的散热技术，可使设备可长期运行在30℃-35℃室温环境，从而大幅减少机房空调耗电。

    智能风扇技术：智能风扇技术可根据温度检测实时调整风扇转速，以减少低功耗时风扇功耗。风扇功耗最高占OTN设备总功耗的9％，采用智能风扇技术，设备常温工作状态，风扇可运行在50％转速，此时可节省70％的风扇功耗；

图2-5风扇功耗与转速之间的关系曲线

    端口控制技术：通过对空闲端口和空闲通道的自动关断等控制技术，可显著减少OTN系统能耗。

    电源模块效率提升技术：电源效率的提升对整个设备的功耗降低起到了不可小觑的作用，因为所有单板都用到电源模块，即便是4%的效率提升，节省的能耗也是惊人的。对于单板电源效率提升，华为采取了多种措施如48V采用MOS管合路、电源种类减少、优化电源架构和采用自制的高效率的电源模块等，使得电源效率可提升至85-90％

    节能可视化：采用业界首创的网络能耗配置与管理，在网管上可以对节能模式进行配置，并可对单板、网元、网络的能耗数据进行实时查询，节能效果及时明确掌握，利于节能措施开展和网络规划。

    结束语

    华为将持续通过关键技术的发展和核心科技的创新，秉承绿色的承诺，持续降低OTN设备和网络的能效比，将OTN节能进行到底。华为携最优的绿色节能方案，助力全球客户，共建绿色通信的未来。g