基于云网融合的汇聚机房配套改造研究

郑岩立

摘要：伴随汇聚机房定位转型，从传输专用向综合机房转型，云网融合业务已成为抢占云市场的有力武器，从国家层面和省内层面都提出了不同的要求，为进一步满足云网设备下沉安装所需机房空间和配套能力提出了更高要求，快速提出汇聚机房配套改造方案和策略，有效指导分公司进行配套改造建设。

关键词：汇聚机房、云网融合、外市电容量、油机、配套改造。

Abstract: with convergence room positioning transformation, from the transmission to comprehensive room transformation, cloud network fusion business has become a powerful weapon grab cloud market, from the national level and the level in the province are put forward different requirements, in order to further meet the cloud network equipment sinking installation room space and supporting ability put forward higher requirements, quickly put forward gathering room renovation scheme and strategy, effectively guide the branch renovation construction.

Key words: convergence machine room, cloud network fusion, external market electricity capacity, oil machine, supporting transformation.

前言:

为推动企业信息化建设、实现数字化转型，持续加大政策引导，并将推动云服务能力、加快企业上云作为国家层面重点工作；在国家层面：1、工信部、发改委印发《扩大和升级信息消费三年行动计划》，推动中小企业业务向云端迁移。2、工信部印发《推动企业上云实施指南（2018-2020）》，大型企业可建立私有云，中小企业和创业型企业可依托公有云平台。在省内层面，甘肃省内相继出台多项政策指引，提供优惠措施，推动地方企业上云。1、甘肃省数据信息产业发展专项行动计划，以工业云、政务云、金融云等重点行业领域为切入点，推动企业“上云”。在工业互联网、电子政务、银行保险、轨道交通等领域推广应用服务。2、推动工业企业依托工业互联网平台实施网络化、数字化改造。

因此，云网融合业务已成为抢占云市场的有力武器。根据对客户需求和云网融合产品需求，聚焦网络能力建设，对汇聚机房配套提出了更要的要求，包括市电市容量、传输安全性、供电模式、机房环境等要求。

一、基于云网融合的汇聚机房配套需求分析

1、市电容量：随着各类业务简便入云，多种专线（PON、SPN/PTN、OTN、5G专线等）均可一点入多云，云网协同；省内移动云、行业云、边缘云，不同类型云间互通，不同地域间多云互访，造成相关业务接入设备功耗达到8-22kw,相比传统业务接入设备功耗仅有0.5-5kw。目前，存量汇聚机房引接市电容量均在10-80kw，按照远期业务测算，后期新增云网内设备1-5台，市电至少扩容40-110kw才能满足市电要求。

2、安全性：电源的安全和可靠是保证设备正常运行的重要条件。

（1）为保证重要节点机房供电安全，有必要提供柴油发电机组，在市电停电后，能够快速启动（具备自启功能）。

（2）为保证重要汇聚收敛的交流设备不断电，必须具备交流不间断电源（UPS）；

（3）为能够给直流供电设备提供备用电源，机房内必须具备蓄电池，一方面作为启动动力电源，另一方面作为高压配电系统中的直流操作及控制电源。

3、供电方式：针对不同机房承载业务的重要性。机房的电源系统应采用集中供电、分散供电、混合供电等三种不同的供电模式。就一般情况而言，系统供电方式应尽可能实行各机房分散供电，设备特别集中时考虑采用专设电力室集中供电。对多层机房采用分层供电方式。

4、机房环境要求:根据机房内的信息通信设备在网络中所处的地位、设备重要性，以及所服务用户的不同服务等级。

二、现阶段汇聚机房能力的短板

汇聚机房作为战略基础资源，是业务承载落脚地。为进一步促进云网融合发展，提供可靠性、安全性设备安装空间十分重要。通过现网汇聚机房能力摸底，汇聚机房主要从在以下问题：

1、由于未来业务侧需求高速增长，存量机房年份日久，机位资源迅速消耗，设备安装保障瓶颈日渐凸显。

(1)重要汇聚机房布局到位率100%、面积到位率44%、装机达标率75%，核心机楼承担重要汇聚机房角色，且原有办公楼等资源挖潜不到位，未考虑后期资源储备。

(2)城区普通汇聚机房布局到位率100%、面积到位率33%、装机达标率62%，距离面积大于70 ㎡的建设要求差距较大，但可用装机位资源储备相对充足，仅个别市州储备不足

(3)非城区普通汇聚机房布局到位率83%、面积到位率36%、装机达标率89%，乡镇机房需求不明确，结合业务需求仍有208个乡镇需补建，但是因为有48个乡镇临近周边乡镇距离较近，故不需要建设，所以只需要补建160个乡镇普通机房即可；存量乡镇机房有951个机房面积不到位。

(4)业务汇聚机房布局到位率10%、面积到位率32%、装机达标率91%，布局严重不足。

2、机房动力和环境无法满足现阶段和未来装机需求，

(1)重要汇聚机房平均电源容量64kw、平均电源使用率75%；

(2)普通汇聚机房平均电源容量27kw、平均电源使用率62%；

(3)业务汇聚机房平均电源容量24kw、平均电源使用率70%。

三、面向云网融合的汇聚机房配套改造策略

1、外市电改造

(1)市电分类

市电电源的供电条件、线路引入方式及运行状态，将市电供电分为四类[1],一类是从两个独立电源各自引入一路供电线路，两路供电线路不应同时出现有计划检修停电。二类是从一个独立电源引入一路供电线路，供电线路可为专供线路，也可是公共线路。该供电线路允许有计划检修停电。三类是从一个电源引入一路供电线路，可为公共线路。该供电线路平均每月停电次数不应大于4.5次，每次平均故障时间不应大于8h。四类是1）由一个电源引入一路供电线路，经常昼夜停电，供电无保证，达不到三类市电供电要求。2）由一个电源引入一路供电线路，该供电线路可发生季节性停电。

（2）市电要求

原则上应满足10年以上用电规划需求，对于方便分阶段引接和扩容[3]的机房，应按需分期建设，至少满足5年需求，对于不具备分阶段引接的站点，一次性引接到位。

汇聚机房的市电宜采用三类以上（含三类）市电供电，重要及普通汇聚机房交流引入建议采用专用变压器[2]，在不具备建设专用变压器的条件下，优先考虑直供电（提前在公共变压器下开户报备所需容量）。

市电引入需考虑中远期配置的要求，重要汇聚机房要求市电宜采用二类以上（含二类）1路市电供电。外市电建议不低于200KW，后期根据需要分阶段进行增容，不少于五年市电容量需求。对于存在后期增容困难的站点可以考虑一次性引接到位。

普通汇聚机房要求市电宜采用三类以上（含三类）市电供电，城区普通汇聚机房外市电建议不低于70KW引入、非城区（即乡镇）普通汇聚机房外市电建议不低于45KW引入。

业务汇聚机房交流引入应采用直供电，外市电容量报备应不低于30KW。

原有汇聚机房市电容量可根据剩余可装机位确定是否进行增容改造，对没有装机面积的机房严禁市电增容。重要汇聚机房建议以剩余可安装机位功耗按照3-5kw/架估算市电容量；普通/业务汇聚机房建议以剩余可安装机位功耗按照2-3kw/架估算市电容量。

移动油机配置应综合考虑交通情况、维护响应速度、机房数量等因素，合理划分统筹配置区域，确保调度响应时长与蓄电池后备时长匹配，保障区域内机房网络安全。

原则上重要汇聚机房具备安装油机条件的配置固定油机，建议根据机房实际设备功耗选择适中容量油机，其中新配置油机，应具备自启动和倒换功能；普通及业务汇聚机房均不宜配置固定油机，可根据以往停电情况，灵活配置多台移动静音油机，机房必须配置专用油机接口箱。

新建汇聚机房位于地下室、一层商铺，且离公路或停车场50米以内，油机接口箱可安装在汇聚机房内；新建汇聚机房不在地下室或一层商铺时，油机箱可安装在室外，离公路或停车场较近的地方，考虑到安全因素和维护便利，油机接口箱建议离地2000mm，方便维护人员为机房发电。

（3）电源系统供电方式

1）集中供电方式的电源系统

集中供电方式是指将电源设备集中安装电力室或电池室，电能经统一变换分配后集中像各云网设备供电的方式。

特点：供电可靠性差、运维成本高、设备使用性能受限、系统扩容不便。

2）分散供电方式的电源系统

高频开关整流器和蓄电池的出现使通信电源系统采用分散式供电方式成为可能。其中分散式供电模式有半分散供电方式、全分散供电方式、分布式供电方式。

特点：供电可靠性高、经济效益好、能合理配置电源设备、系统扩容不便。

3）混合供电方式的电源系统

对于地处偏远地区市电供电质量不高的汇聚机房，如果有可以利用自然能，通常可采用交流市电电源与太阳能电源（风力发电机）组成混合供电系统。

2、交流供电系统

市电为汇聚机房供电主用电源系统，发电机组为汇聚机房供电的备用电源系统，系统中电力设备及接地均采用TN-S三相五线制的配线形式。

3、直流供电系统

汇聚机房的供电类型为直流-48V，直流开关电源系统容量要根据专业划分的机房等级、机房面积的不同，电源的配置应有所区别，新建机房直流开关电源按照近期网络设备电源负荷进行配置（原则上不超过设计总容量的30%~50%），建议当已使用电源容量占已配置容量的70%时，开展电源系统的扩容。机房开关电源要综合考虑设备对电源端子及容量的需求。

（1）重要汇聚机房应根据业务网络需要配置电源系统，针对核心网、数据承载网、内容源网络部署需求，可相应部署交流电源、高压直流、UPS等；针对传送网、无线网等网络需求配置分立式开关电源，开关电源系统容量建议不低于为-48V/2000A（考虑到初期机位占用及设备功耗），交流屏、直流屏按中远期容量配置，整流模块采用N+1冗余方式配置：其中N为主用整流模块数量。

（2）普通汇聚机房和业务汇聚机房可选用组合式开关电源，城区区域（包含县城）的重点普通汇聚机房可选分立式开关电源，普通汇聚机房电源系统容量建议不低于-48V/1000A，业务汇聚机房电源系统容量建议不低于-48V/600A,选择满配系统。开关电源具备二次下电功能，延长保障传送网设备后备时长要求。

4、机房环境

（1）空调

空调系统按照“满足环境指标、重点解决散热、推广节能技术、保证运行稳定”的原则配置。围绕通信主设备及电源设备工作环境指标，主要解决散热需求，个别季节性高湿地区兼顾除湿。因地制宜采用节能新技术，合理选型、科学设计，确保机房运行稳定。

1)环境指标

机房温度应保持在10~30℃；相对湿度保持在10%～90%。

2)建设要求

综合考虑所在区域、设备类型、设备功耗等多种因素，因地制宜采取不同解决方案。

对于新建重要汇聚机房，位于有冷冻水中央空调的自建机房楼时，应采用冷冻水型机房专用空调或新型空调末端。独立建设时，面积较大的机房采用风冷型机房专用空调，面积较小的机房可采用小型风冷型精密空调。

对于新建普通汇聚机房，位于有冷冻水中央空调的自建机房楼时，应采用冷冻水型机房专用空调或新型空调末端；独立建设时，采用基站空调或小型风冷型精密空调。

对于新建业务汇聚机房，一般采用基站空调或小型风冷型精密空调。

对于存量汇聚机房空调系统更新改造时，在条件允许情况下，参照新建汇聚机房要求建设空调系统；如安装等条件受限，可因地制宜采用小型风冷型精密空调等。

（2）机房降噪

通常汇聚机房噪音产生主要由发电机组（进排风、排烟等噪音）、空调（空调机组噪声主要来源有风机噪声和压缩机噪）、网络设备机房内高功耗设备正常运行所产生的。根据声功能环境区分类，其中二类声功能环境区是指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂、需要维护住宅安静的区域；二类声功能环境区环境噪声限值，昼间60dB、夜间50 dB,因此对城区汇聚机房进行降噪处理。

1）降噪方法

1　发电机组机房隔音降噪方法

发电机组机房主要对进排风降噪、控制机械噪声、控制排烟噪声、对柴油发电机进行隔振处理、机房内墙面及顶面隔音处理，也可以给油机安装静音箱配置。

2　汇聚机房隔音降噪方法

为保证机房良好的隔声性能,在机房与机房外相通处,安装防火、防盗隔声门,门缝密封材料为橡胶密封条，以上针对新建机房；原有机房防盗门保持不变。对于窗户，必须全部封堵，减少噪音传播。其它会引起漏声的孔洞用砖墙封堵。

机房内墙面及顶面合理设置高效吸音材料,吸音层结构为铝合金穿孔扣板+离心吸音棉+轻钢龙骨+支吊架。

机房地面采用铺设隔音毡及阻燃防火毯。

3　空调降噪方法

空调室外机采用隔声罩或隔声屏障，考虑通风散热等要求，所以隔声罩不能采用封闭式，所以隔声罩需要有隔声和消声两个部分组成，隔声部分可采用半包围式的隔声屏障，声屏障的高度及结构需要根据降噪量单独设计；消声可以借助吸音板、吸声毡等材料包裹在设备外围。

由于室内机和室外机的安装及连接时，室内机安装的不够稳定，而室外机在正常运转后，因室内机由铜管连接，室内机不够稳固后就会受到压缩机的影响，从而导致室内机共振，同时在压缩机回气分离器的回管上和排气管加重胶块，从而实现隔音降噪。

当室内的温度达到了设定值之后，相应降低空调的风速，减少空调风口运转的工作量，风口运转速度降低，同时也能降低噪音。

定期检查空调外壳面板的松动情况，降低噪音。

（2）解决方案

1)隔声墙

墙面内侧选用安装 100mm 厚超细玻璃吸音棉（容重 32Kg/m3）+50mm 空腔+2mm 穿孔铝板（穿孔率 25%）组成的复合吸声结构， 这种吸声结构具有吸声和隔声的作用，隔声量 R 可达到 16dB（A），墙体的总隔声量估算为 74dB（A）。

2)隔声门

选用双层隔声门，每层隔声门为由双层钢板、空腔与玻璃纤维组成的复合结构，同时具有隔声和吸声功能，每层隔声门的隔声量应大于50dB，隔声门兼有防火功能。隔声门安装时门缝应采用密封方法处理。

3)吊顶

在机房顶面安装 100mm 厚超细玻璃吸音棉（容重 32Kg/m3） 外包玻璃丝布+50mm 空腔+2mm 穿孔铝板（穿孔率 25%）组成的复合吸声结构，这种结构能有效消除由于多次反射形成的混响声，从而降低噪声源的强度。

4)地面

机房地面铺设隔音毡及阻燃防火毯。

5)隔声屏障

隔声屏障采用吸声板组装而成，吸声板内侧为 2mm 厚穿孔铝板、防水玻璃布、50mm 厚的吸声玻璃纤维、阻尼材料层、外侧为 2mm 厚钢板，外观上与机房围墙的外立面保持一致性。隔声屏障的具体位置最终需要根据空调室外机的位置进行确定。为了防止反射声能的叠加，建议在室外机机房围墙安装吸声构造，2mm 穿孔铝板+50mm 的吸声玻璃纤维，具体安装位置视现场情况确定。

四、总结

为规范汇聚机房的配套标准化要求，降低汇聚机房的能耗，在业务和技术的双重驱动下,汇聚机房网元部署会有较大的变化,未来将向以DC为核心的网络架构进行演进，主要包括核心DC、边缘DC和接入AP三个层面；媒体面、CDN边缘节点及MEC（移动边缘计算）将逐步下沉到本地汇聚机房，BBU集中到汇聚机房、RRU及接入网PTN/OTN设备。通过一些列标准化要求，对有条件的原有汇聚机房进行优化改造，可以迅速达到“挖潜”的目标，加快提升汇聚机房配套能力，满足各类业务接入能力。

参考文献：

[1]强生泽，杨贵恒，李龙，钱西森.现代通信电源系统原理与设计.中国电力出版社.

[2]陈涛,邹照明.电信运营商汇聚机房外市电改造研究.通信电源技术.

[3]褚善杰.通信运营商汇聚机房电源及配套建设研究[J].通信电源技术

【作者简介】：

1郑岩立（1988-），男，助理工程师，大专，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作；

投稿作者：郑岩立

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