姚利民，喬月強(qiáng)，楊 銳，尹祖新，何世東（.中國(guó)聯(lián)通江西省分公司，江西 南昌 0000；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 50007；.中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 0008；.廣州杰賽科技股份有限公司，江西 南昌 008）

0 引言

2021 年2 月2 日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》，意見(jiàn)明確了85 項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，要求各地區(qū)貫徹落實(shí)，充分認(rèn)識(shí)建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的重要性和緊迫性，并對(duì)信息服務(wù)業(yè)提出明確要求：加快信息服務(wù)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，做好大中型數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房綠色建設(shè)和改造，建立綠色運(yùn)營(yíng)維護(hù)體系等。

三大運(yùn)營(yíng)商積極全面落實(shí)黨中央和國(guó)務(wù)院關(guān)于“碳達(dá)峰、碳中和”決策部署，中國(guó)移動(dòng)發(fā)布“C2 三能”行動(dòng)計(jì)劃，中國(guó)電信發(fā)布“1236”雙碳行動(dòng)計(jì)劃，中國(guó)聯(lián)通發(fā)布“3+5+1+1”的雙碳行動(dòng)計(jì)劃，堅(jiān)定不移地貫徹新發(fā)展理念，兼顧網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與安全降碳，系統(tǒng)推進(jìn)與重點(diǎn)突破，以新型數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施安全可靠運(yùn)行為前提，從規(guī)、建、維、營(yíng)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全生命周期碳排放管控。

1 新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀

2020 年，國(guó)家發(fā)改委明確“新基建”主要包括5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和大數(shù)據(jù)中心、新能源汽車充電樁、城市軌道交通、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。而通信信息網(wǎng)絡(luò)是提供數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施體系。同年，中共中央政治局常委會(huì)強(qiáng)調(diào)加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新基建建設(shè)進(jìn)度。

基于新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的國(guó)家戰(zhàn)略要求，通信運(yùn)營(yíng)商通過(guò)創(chuàng)新手段加快5G 和數(shù)據(jù)中心的建設(shè)顯得尤為重要。

2 信息通信行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)，2021 年全球碳排放總量達(dá)到330億噸，其中ICT 行業(yè)約14億噸，占比達(dá)到4.2%，CT網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)碳排放2.33億噸，占比1%。而通信運(yùn)營(yíng)商90%的碳排放與電能耗有關(guān)，從通信網(wǎng)絡(luò)層級(jí)方面來(lái)看，占比最高的為接入層網(wǎng)絡(luò)。2021 年國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商無(wú)線接入站點(diǎn)達(dá)到650 萬(wàn)個(gè)、固網(wǎng)接入站點(diǎn)達(dá)到120 萬(wàn)個(gè)，按照無(wú)線接入站點(diǎn)和固網(wǎng)接入站點(diǎn)碳排放分別為22 噸/年/站、9 噸/年/站進(jìn)行測(cè)算，邊緣接入層產(chǎn)生的碳排放總和達(dá)到1.53 億噸，占比65%。運(yùn)營(yíng)商核心機(jī)房達(dá)到5 萬(wàn)個(gè)，匯聚機(jī)房近40 萬(wàn)個(gè)，按照核心機(jī)房和匯聚機(jī)房碳排放分別為454 噸/年/站、128 噸/年/站進(jìn)行測(cè)算，核心匯聚層網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生碳排放也預(yù)計(jì)達(dá)到7 391 萬(wàn)噸，占比31%。全國(guó)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的車輛達(dá)到30萬(wàn)輛，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方面產(chǎn)生碳排放734萬(wàn)噸，占比4%。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署，如果按照傳統(tǒng)的部署方式，預(yù)計(jì)到2025 年碳排放將增加74%，達(dá)到4.06 億噸，同比帶動(dòng)運(yùn)營(yíng)商OPEX 成本整體上漲34%，運(yùn)營(yíng)商的利潤(rùn)將會(huì)受到巨大影響。因此，運(yùn)營(yíng)商紛紛將節(jié)能降碳行動(dòng)作為重要戰(zhàn)略舉措，力爭(zhēng)改善運(yùn)營(yíng)商的經(jīng)營(yíng)狀況，擺脫其普遍面臨的增量不增收的困境。

而傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)能源建設(shè)模式存在能效瓶頸，難以滿足低碳綠色網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需求，因此開(kāi)展“綠色低碳”的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)顯得尤為迫切。

3 綠色低碳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)措施

3.1 5G基站極簡(jiǎn)化

在通信運(yùn)營(yíng)商各網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)基站規(guī)模最大、碳排放占比最高，因此推動(dòng)基站的節(jié)能降碳最為關(guān)鍵，主要可采取如下措施。

3.1.1 5G基站CRAN建設(shè)模式的推廣

5G 前傳有DRAN 和CRAN 2 種部署模式。DRAN部署模式下，AAU和DU同址部署，AAU一般部署在塔上，DU 部署在塔下。CRAN 部署模式下，DU 集中部署，AAU 和DU 一般異址分布，通過(guò)拉遠(yuǎn)方式連接。CRAN 又可細(xì)分為CRAN 小集中和CRAN 大集中（需通過(guò)CU 云化、DU 池組化部署實(shí)現(xiàn)）。5G RAN 部署模式如圖1所示。

圖1 5G RAN部署模式

從上述網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)可以看出，采用CRAN模式，大部分站點(diǎn)AAU 設(shè)備直接安裝在通信鐵塔上，DU/CU設(shè)備集中部署，可大幅節(jié)省機(jī)房建設(shè)/租賃成本、設(shè)備耗電成本，便于提高跨基站協(xié)同效率，但對(duì)光纖資源、機(jī)房空間要求較高，在規(guī)劃和工程建設(shè)中需根據(jù)光纖、機(jī)房條件對(duì)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)維便利性等進(jìn)行綜合評(píng)估。

3.1.2 節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用推廣

目前5G無(wú)線基站設(shè)備功耗較4G設(shè)備功耗高出數(shù)倍，建網(wǎng)初期階段5G 用戶數(shù)量較少，為達(dá)到節(jié)能降碳的目標(biāo)，運(yùn)營(yíng)商需要在保障用戶體驗(yàn)感知的前提下，一是積極推廣主設(shè)備智能關(guān)斷技術(shù)，采用載頻關(guān)斷、符號(hào)關(guān)斷、深度休眠等節(jié)能技術(shù)；二是推廣基于業(yè)務(wù)潮汐效應(yīng)形成智能節(jié)能策略的智能管理方案，實(shí)現(xiàn)4G/5G 系統(tǒng)間協(xié)同節(jié)能；三是通過(guò)推動(dòng)5G 設(shè)備硬件的更新?lián)Q代，降低主設(shè)備的功耗。

3.2 數(shù)據(jù)中心集約化

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心大多處于比較粗放的狀態(tài)，如圖2 所示，特征表現(xiàn)為“小、廢、粗、慢”。數(shù)據(jù)中心亟需轉(zhuǎn)化為集約式的發(fā)展方式，特征表現(xiàn)為“集”和“約”。集，指集中，也指專業(yè)化；約，指節(jié)約，也指部署靈活化。概括來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心目標(biāo)表現(xiàn)將轉(zhuǎn)變?yōu)椤按?、小、精、靈”。

圖2 數(shù)據(jù)中心特征表現(xiàn)

集約化已然成為“雙碳”目標(biāo)下數(shù)據(jù)中心建設(shè)的必然要求，以保障資源、能源等方面的有效性和高效性，但對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)不能為了集約而集約。

集約化，更為關(guān)鍵的是“約”，而不是“集”，集中是指物理設(shè)備在地域上的集中安置，如大型數(shù)據(jù)中心；而集約是指更加高效的資源利用和管理方式，它不完全是指設(shè)備是否集中。未來(lái)，運(yùn)營(yíng)商的IT 系統(tǒng)和CT系統(tǒng)將逐步走向融合，最終建立一個(gè)面向未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)世界的ICT 基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)。為達(dá)成這一目標(biāo)，運(yùn)營(yíng)商積極推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向SDN 化和NFV 化轉(zhuǎn)型。這也意味著，越來(lái)越多的通信功能將在數(shù)據(jù)中心里面實(shí)現(xiàn)，而非傳統(tǒng)的電信機(jī)房，新一代的電信運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)將應(yīng)運(yùn)而生。由于通信本地化屬性較強(qiáng)，現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心無(wú)法承載通信業(yè)務(wù)，因此數(shù)據(jù)中心須下沉，須構(gòu)建由核心DC、區(qū)域DC、本地DC、邊緣DC 組成“四層架構(gòu)”和全國(guó)+省級(jí)管理的“兩級(jí)管理”的模型。循序漸進(jìn)地對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中，并通過(guò)SDN 化、NFV 化等手段加快數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理的進(jìn)程，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心TCO最優(yōu)的有效措施。

3.3 設(shè)備技術(shù)升級(jí)，適應(yīng)DC化數(shù)據(jù)機(jī)房

3.3.1 傳輸設(shè)備送風(fēng)模式改造

傳統(tǒng)傳輸設(shè)備主流設(shè)備尺寸主要包括：2 200×600×300（高×寬×深，單位：mm）和2 200×600×600 等2種類型（高度可選2 600 mm、2 000 mm）。機(jī)柜為矩形六面型，六面均能進(jìn)出風(fēng)。

傳輸設(shè)備和DC 機(jī)房散熱方式如圖3 和圖4 所示，可以看出，傳統(tǒng)的傳輸設(shè)備無(wú)法高效匹配DC 化機(jī)房的發(fā)展，因此對(duì)傳輸設(shè)備的升級(jí)改造也很有必要。為滿足前進(jìn)后出的散熱模式，初期僅需對(duì)傳輸設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可實(shí)現(xiàn)，以某廠家傳輸設(shè)備OSN9600 為例，僅需在設(shè)備子架增加一個(gè)導(dǎo)風(fēng)框即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備氣流組織，由前后進(jìn)風(fēng)、上下出風(fēng)升級(jí)改造為前進(jìn)后出，通過(guò)DC 機(jī)房高效的熱管理，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化散熱，提升了熱交換效率，降低了能耗。OSN9600 氣流組織改造如圖5所示。

圖3 傳輸設(shè)備散熱方式場(chǎng)景

圖4 DC機(jī)房散熱示意

圖5 OSN 9600氣流組織改造圖

3.3.2 高壓直流技術(shù)應(yīng)用

高壓直接系統(tǒng)的節(jié)能功效主要體現(xiàn)在：后端效率提升和供電效率提升。它能夠減少UPS 供電中產(chǎn)生的逆變環(huán)節(jié)，在逆變部分產(chǎn)生的功能消耗一般在5%左右。對(duì)后端設(shè)備而言，能有效減少設(shè)備使用過(guò)程中的功率因數(shù)補(bǔ)償器與原有整流器的使用情況，在提升其使用效率的同時(shí)還能夠有效降低線損。

高壓直流電采用的是模塊化操作，根據(jù)實(shí)際輸出電流的大小情況對(duì)模塊運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行靈活調(diào)控，使整流器的模塊運(yùn)行一直處于較高的水平線上，最終達(dá)到80%以上，而傳統(tǒng)運(yùn)行方式只能達(dá)到35%～53%的運(yùn)行負(fù)載率。

因此將高壓直流供電技術(shù)運(yùn)用于通信建設(shè)中，能夠達(dá)到節(jié)省電能的目的，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)高壓直流技術(shù)在供電可靠性方面也同樣優(yōu)于傳統(tǒng)UPS供電技術(shù)，另外通信設(shè)備電源供電方式改造為高壓直流供電的操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)際操作方面不存在瓶頸。

3.3.3 設(shè)備容量提升

隨著設(shè)備容量提高，單機(jī)柜設(shè)備功耗相應(yīng)提升，這給設(shè)備散熱性能、設(shè)備與機(jī)房匹配帶來(lái)了挑戰(zhàn)。不同速率的傳輸設(shè)備功耗情況如圖6所示。

從圖6 可以看出，目前通信設(shè)備的單位信息流能耗隨著帶寬的提升快速下降，其中傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的單GB 功耗下降60%，核心網(wǎng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)通設(shè)備單GB 功耗下降45%。與此同時(shí)，帶來(lái)單機(jī)柜的功耗密度提升明顯的問(wèn)題，對(duì)機(jī)房散熱要求更高，而數(shù)據(jù)中心DC 化很好地解決了此問(wèn)題，兩者的技術(shù)演進(jìn)相互促進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)單GB功耗和能耗雙降。

圖6 單機(jī)柜設(shè)備功耗密度示意

4 結(jié)束語(yǔ)

在“雙碳”目標(biāo)的牽引下，隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)，通信運(yùn)營(yíng)商不斷地通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新等手段，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的建網(wǎng)模式。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中，逐步實(shí)現(xiàn)CT 網(wǎng)絡(luò)與IT 網(wǎng)絡(luò)的深度融合，最終實(shí)現(xiàn)以DC 為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，“云”與“網(wǎng)”之間高度協(xié)同，單位信息流能耗明顯下降，為國(guó)家的“雙碳”戰(zhàn)略落地提供保障。