核心傳輸機房工藝布局優(yōu)化的研究與應用

陳騁，趙瑩映

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

1 引言

伴隨中國通信業(yè)務的高速發(fā)展，通信核心機房需新增大量通信設備來滿足業(yè)務發(fā)展需求，機房面臨著機房空間及電源緊張、機房內(nèi)布線距離長、跳纖難度大等問題。前期簡單的機房工藝布局未詳細規(guī)劃計算機房內(nèi)各類設備的配比，無法對各類設備進行有機組合，已無法適應未來超大功耗的設備安裝需求，當前急需一種更符合后期業(yè)務發(fā)展需求的機房工藝布局方案。

本文旨在通過分析核心機房內(nèi)有源設備、無源設備以及電源設備等因素，對核心機房傳輸區(qū)域工藝布局提出改進方法，從而最大程度地發(fā)揮機房性能、提高機房使用效率。

2 工藝布局主要因素分析

核心機房中傳輸區(qū)域的工藝布局主要考慮因素包括：傳輸設備布局、電源設備布局、ODF（optical distribution frame，光纖分配架）布局等[1-7]。

本文試圖分析傳輸設備數(shù)量、電源柜數(shù)量、設備側(cè)ODF數(shù)量以及線路側(cè)ODF數(shù)量之間的配比關系，直至探究得到最佳設備配比[2]。

為了方便統(tǒng)計各類不同尺寸的設備數(shù)量，將占地尺寸為600 mm×600 mm的機柜等效為一個“標準機柜”，其余不同尺寸設備機柜均等效為標準機柜進行數(shù)量統(tǒng)計。（例如：2個600 mm×300 mm機柜可等效為1個標準機柜，1個900 mm×600 mm可等效為1.5個標準機柜）。

2.1 傳輸設備分析

傳輸設備工藝布局中的主要考慮對象為傳輸設備，目前常用傳輸設備基本參數(shù)見表1。

2.2 電源分析

2.2.1 設備功耗預估

傳輸核心匯聚機房主要安裝的設備為 OTN（optical transport network，光傳輸網(wǎng)絡）設備、PTN（packet transport network，分組傳輸網(wǎng)絡）設備以及少量其他設備。

（1）OTN設備功耗估算

基于現(xiàn)網(wǎng)設備配置，一個裝滿光層子架的標準機柜功耗約為2 kW，一個裝滿電層子架的標準機柜功耗為10 kW，通常光層設備與電層設備數(shù)比例為 2：1，故平均單個標準機柜功耗為4.6 kW。

（2）PTN設備功耗估算

基于現(xiàn)網(wǎng)設備配置，單個裝滿PTN設備的標準機柜功耗約為2.6 kW。

假設OTN與PTN設備數(shù)量相等，則單個標準機柜的平均功耗約為3.75 kW。

考慮后期設備端口集成度逐漸提高，預計提升 20%的設備功耗，因此預計后期單個標準機柜的功耗約為4.5 kW。

2.2.2 電源柜容量預估

當前主流的3種型號的電源柜主要有以下3種型號，其電源容量分別為500 A、400 A和300 A。

基于第2.2.1節(jié)中估算出的設備功耗，能夠計算出每種型號電源柜可承載標準機柜的上限，計算式如下：

其中，N為單個電源柜可承載標準機柜數(shù)的上限，N為正整數(shù)且向下取整，P電為單個電源柜可用功耗，P設為單個標準機柜所需功耗，S為電源柜電源容量，V為電源柜工作電壓，ρ為電源柜負載安全系數(shù)。

通常傳輸設備的工作電源為-48 V，負載安全系數(shù)為 0.7，標準機柜功耗按第 2.2.1節(jié)估算的4.5 kW計算。將上述數(shù)值代入式（1）便能夠計算出3種型號電源柜的承載能力，見表2。

表1 目前常用傳輸設備基本參數(shù)

表2 3種型號電源柜的信息

基于表2可知，理論上，傳輸設備數(shù)量：電源柜數(shù)量≈1：0.3。

2.3 ODF分析

ODF分為設備側(cè)ODF和線路側(cè)ODF。

2.3.1 設備側(cè)ODF

設備側(cè)ODF主要用于OTN/PTN設備支路側(cè)板卡的端口成端?？紤]到不同廠商設備的板卡配置存在差異，本文綜合了目前3個主流廠商的設備配置。對OTN設備而言，1個等效標準機柜配置16塊單端口100GE板卡和16塊8端口10GE板卡，合計需成端288芯；對PTN設備而言，1個等效標準機柜配置24塊8端口10GE板卡和8塊24端口GE板卡，合計需成端768芯。

單架900 mm×300 mm機柜的設備側(cè)ODF配置10個子框，每子框72芯，共計720芯，等效成1個標準機柜的設備側(cè)ODF可成端960芯。

設備側(cè)ODF數(shù)量估算見表3。

根據(jù)上述條件，能夠計算出傳輸設備與設備側(cè)ODF的數(shù)量比例約為1：0.55。結(jié)合第2.2.2節(jié)的傳輸設備與電源柜的配比，則能夠計算出各類設備的最優(yōu)配比，即傳輸設備：電源柜：設備側(cè)ODF≈1：0.3：0.55。

2.3.2 線路側(cè)ODF

大型地市通常具有4個省內(nèi)干線出口，組網(wǎng)拓撲為全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個核心機房光纜需求大約為：3～4條干線光纜、3～4條本地匯聚層光纜、6～8條城區(qū)匯聚層光纜、4～6條綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)光纜、8條樓間中繼光纜以及零散的接入光纜。

中小型地市通常具有兩個核心匯聚機房，為地市省內(nèi)干線出口，其每個核心機房光纜需求大約為：3～4條干線光纜、3～4條本地匯聚層光纜、4～6條城區(qū)匯聚層光纜、4條綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)光纜、4～8條樓間中繼光纜以及零散的接入光纜。

考慮后期新增業(yè)務的收斂以及網(wǎng)絡發(fā)展所需的調(diào)整，核心機房光纜全部采用144芯光纜敷設。單架900 mm×300 mm機柜的線路側(cè)ODF配置10個子框，每子框72芯，共計720芯，等效成1個標準機柜的線路側(cè)ODF可成端960芯光纜。

光纜需求及線路側(cè)ODF數(shù)量見表4。

根據(jù)上述條件，向上取整計算出大型地市核心機房需配置5個標準機柜的線路側(cè)ODF，中小型地市核心機房初期需配置4個標準機柜的線路側(cè)ODF。

表3 設備側(cè)ODF數(shù)量估算

表4 光纜需求及線路側(cè)ODF數(shù)量

2.4 其他影響因素

2.4.1 設備散熱方式

當前傳輸設備的散熱方式主要分為3種：下進風上出風、中進風上下出風和前進風后出風，如圖1所示[2]。

上述3種方式中，方式1（下進風上出風）最為常見，方式2（中進風上下出風）最罕見，方式3（前進風后出風）主要用于核心層傳輸設備以及數(shù)據(jù)設備，每個核心局房均有少量此類設備。因此機房中主要布置冷通道、少數(shù)列間布置熱通道。

2.4.2 設備列間距

為保證通信機房的正常搬運、日常維護以及消防等要求，通常機房中設備列之間的間隔需大于1 m，設備頭尾至墻體的距離需大于1 m。

2.4.3 線路側(cè)ODF分散排列

考慮到光纜路由的安全性，需要將不同局向的光纜路由完全分離，從而更好地滿足光纜維護需求。通常核心機房至少具有兩個出局路由，因此將線路側(cè)ODF分散規(guī)劃在機房兩側(cè)排列。

3 實際案例

以下將通過對某真實機房進行模擬測試來比較兩種工藝布局方案的優(yōu)劣。案例中的核心機房建筑面積為1 518 m2，機房內(nèi)面積約為1 155 m2，機房尺寸約為55 m×22 m，其總體布局如圖2所示。其中電源設備區(qū)域、空調(diào)設備區(qū)域等已經(jīng)規(guī)劃完成，以下將提出兩種“傳輸設備區(qū)域”規(guī)劃方案。

3.1 方案1

布局思路：首尾兩列全部放置線路側(cè)ODF，其余每列均放置電源柜、主設備以及設備側(cè)ODF。對每一列而言，列頭尾各放置一個電源柜，相鄰電源柜放置2架設備側(cè)ODF，其余部分布置傳輸設備?？照{(diào)采用地板下送風，第一列與最后一列規(guī)劃為熱通道，中間機列全部規(guī)劃為冷通道。傳輸設備區(qū)域規(guī)劃如圖3（a）所示。

3.2 方案2

布局思路：第01列、35列為線路側(cè)ODF列，第09列、17列、25列、33列為設備側(cè)ODF列，其余均為設備列。設備列的列頭尾布置電源柜，其余部分布置傳輸設備?？照{(diào)采用地板下送風，頭尾規(guī)劃3列熱通道，中間機列全部規(guī)劃為冷通道。傳輸設備區(qū)域布局如圖3（b）所示。

3.3 方案對比

圖1 常用設備的3種散熱方式

圖2 案例中核心傳輸機房總體規(guī)劃

圖3 兩種方案的傳輸設備區(qū)域規(guī)劃示意

表5 等效標準機柜數(shù)量對比

兩種方案的各類設備等效機柜數(shù)量見表5。方案1、2的合計等效標準機柜數(shù)量基本相等。方案1中，電源柜數(shù)量：傳輸設備數(shù)量：設備側(cè)ODF數(shù)量=1：3：1.5；方案2中，電源柜數(shù)量：傳輸設備數(shù)量：設備側(cè)ODF數(shù)量=1：4.5：1.75。

就電源方面而言，方案1的電源柜數(shù)量較多且有源設備總量較小，因此單個電源柜負載率為55%，能夠滿足緊急業(yè)務的臨時開通需求，也為今后大容量設備加電作鋪墊；方案2電源柜數(shù)量較少且有源設備數(shù)量較大，因此其電源柜的負載率為 82.5%，超過 70%的安全系數(shù)，存在一定風險。故就電源方面而言，方案1更優(yōu)。

表6 電源參數(shù)對比

電源參數(shù)對比見表6。

結(jié)合上述對等效設備標準機柜數(shù)量、空調(diào)系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)的分析后可知，方案1中，傳輸設備數(shù)量：電源柜數(shù)量：設備側(cè) ODF數(shù)量=1：0.33：0.5；方案 2中，傳輸設備數(shù)量：電源柜數(shù)量：設備側(cè)ODF數(shù)量=1：0.22：0.39。方案1的設備配比更接近第2節(jié)求得的理論最優(yōu)比例，說明方案1的電源系統(tǒng)能夠充分滿足傳輸設備加電需求，設備側(cè)ODF也能基本滿足傳輸設備板卡成端需求；而方案2中，單個電源柜承載的傳輸設備過多，對電源負載壓力較大，并且沒有足夠的設備側(cè)ODF用于設備板卡成端，存在后期傳輸設備無法成端的風險，可能會導致業(yè)務管理不方便甚至難以管理的風險。因此，綜合考慮更推薦采用方案1，但若用戶迫切希望在機房內(nèi)安裝最大數(shù)量的傳輸設備并且允許電源系統(tǒng)面臨較大的承載壓力以及設備板卡無需全部成端在設備側(cè)ODF架上，則也可以采用方案2。

4 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡的快速發(fā)展，核心機房傳輸區(qū)域面臨著承載前所未有的壓力與考驗，曾經(jīng)籠統(tǒng)的機房工藝規(guī)劃方式已無法適應今后網(wǎng)絡的發(fā)展，唯有采用更科學、更精細的布局方案才能提高機房利用率。

本文首先對機房工藝布局等主要因素分析，提出了傳輸設備、電源柜及設備側(cè)ODF數(shù)量的最優(yōu)配比，隨后結(jié)合實際案例對方案進行對比，最終選擇出最佳的機房工藝布局方案，為運營商的核心機房傳輸區(qū)域建設提供了參考方案以及規(guī)劃思路。值得一提的是，本文采用當前主流的傳輸設備、電源柜參數(shù)進行計算，不同用戶可以根據(jù)實際情況調(diào)整本文提及的各類設備參數(shù)，從而推導出最適合自身情況的設備配比。

最后，機房工藝布局規(guī)劃是一項復雜的、系統(tǒng)性的工作，任何一個因素出現(xiàn)變化都會影響整體布局，本文推薦的方案并非適用于全部場景，面對不同機房需要具體問題具體分析，唯有結(jié)合機房實際情況并反復推敲細節(jié)才能制定出優(yōu)質(zhì)的機房工藝布局方案。

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