Ixia IxGreen“绿色节能”测试方案

1 引言

节约能源是目前全球每个行业都非常关注的重要话题。在IT行业，大型企业、数据中心和运营商对电力能源消耗花费成本所占比重也越来越大。这是因为用户对带宽的需求越来越高，运营商必须不断升级其传送网络和数据中心系统以满足用户的需要。早期的带宽升级"军备竞赛"仅考虑速度提高；下一代网络速度升级必须兼顾能源效率，所以"每千兆吞吐量所消耗电力能源"的概念被业界提出并得到越来越广泛的应用，多个政府机构、运营商和设备制造商等表现出浓厚的兴趣并逐步采纳、接受并应用这种"绿色"升级方案。

为了正确测试网络设备的能源效率并将其标准化，测试计量分析设备必须能够适应不同的设备等级，并且能够评估出网络设备在不同流量压力情况下相应的能源消耗与能源效率；这就要求测试计量系统支持高性能路由/桥接（2-3层）和有状态的4-7层协议仿真并具有高灵活性、极好的可扩展性和容易操作的界面。美国Ixia公司的IxGreen 能源效率基准测试方案就是根据这一要求而提出的。

2 ECR规范介绍

2.1  能源效率主要指标

要实现能效测试，首先要设定相应的标准，目前国际组织提出的能效标准主要有：

ECR Initiative (www.ECRinitiative.org)提出了测量评定网络和电信设备能源效率的框架。美国Ixia公司是该组织的重要核心成员；也是该组织的发起者之一和"绿色节能测试"的倡导者。

日本经济产业省（METI）和欧盟（EU）出版了消费者级别设备的能耗标准。

由美国政府主导，主要针对消费性电子产品的能源节约计划--能源之星（Energy Star）。

多个企业联盟组成的"The Green Grid"组织，旨在提供数据中心的能源应用效率。

出于降低运营成本的需要，电信网络运营商也更为关注所建设网络节能的标准：美国Verizon公司设定了业界第一个内部企业标准和相应的测试方法学Verizon NEBS (Energy Efficiency Requirements for Telecommunications Equipment)，要求从2009年1月1日起新采用的电信相关设备功耗要在以前的基础上降低20％。日本NTT电信集团计划到2010年起采用的节约能耗计划能够降低到1990年的电力消耗水平。而在英国电信传统的电信网络设计中，一个典型的两万平方英尺数据中心电力消耗为8兆瓦特，而在其新设计的"21世纪"工程项目中，电力消耗为3.2兆瓦特。国内运营商在设计网络和进行日常测试时，也将"节能减排"做为一个重要的参考点和测试项目。

在ECR规范中，用于网络和电信设备能量和性能测定的第一个重要指标是最大能量消耗等级（Energy Consumption Rating - ECR）值，ECR计算用下面的公式表示：

ECR = Ef/Tf (用每千兆吞吐所消耗的瓦特表示)

其中：Tf = 测试过程中所达到的最大吞吐量

Ef = 在满负荷压力运行过程中所消耗的能量，用瓦特表示、

ECR用 瓦特/Gbps表示，可以直观反应出在千兆网络流量下的能量消耗。

另外一个重要指标是ECRW，其是在ECR的基础上，考虑了设备流量运行模式下的能耗及其电源管理模式，并可根据需要设定相应模式下的权重，公式如下：

ECRW = ((α x Ef) + (β x Eh) + (γ x Ei)) / Tf

其中：Tf = 测试过程中所达到的最大吞吐量

Ef = 在满负荷压力运行过程中所消耗的能量，用瓦特表示

Eh = 在半负荷压力运行过程中所消耗的能量，用瓦特表示

Ei = 无流量空载下设备运行所消耗的能量，用瓦特表示

α, β, γ = 上述各种模式下的权重系数

ECRW反应了设备的动态电源管理能力，符合匹配能量消耗和完成工作量的原则。一个理想的系统应遵守Barroso的能量比较消耗原则（详见IEEE Computer 2007）并且可以达到ECRW等级为0.55*ECR。关于ECR测试方法和指标更为详细的信息，请参考www.ecrinitiative.org。目前ECR规范的最新标准为1.04。

ECR将被测设备分为以下几大类，第一类为路由器，包括核心、边缘和多业务路由器等；第二类为广域网/宽带汇聚设备，包括BRAS以及常见边缘设备等；第三类为2-3层以太网交换机等，包括城域以太网平台和一般以太网平台等；第五类为安全应用设备，包括DPI、防火墙、VPN网关等；第六类为应用网关设备，包括4-7层加速设备，负载均衡设备等。
　
　　ECR结果的表示根据设备分类的不同或者和应用及帧大小相结合，比如ECR （类A）= Y 或者 ECRx （类别A，B） = Z。
　　
　　其中： A 为设备类别，B为数据帧类型， x为帧大小；Y, Z为计算得到的效率。
　　
　　例如： ECR （类A.1）= 12 瓦特/Gbps； ECR（类2，IPv6）= 5.2瓦特/Gbps。
　　
　　出于多个厂家同类产品能源消耗比较的目的，表1为一个例子，列举了不同厂家的能效比。这些数据是通过Ixia"绿色节能"方案实际测试得到的。

2.2  ECR测试方法和步骤

根据ECR 规范1.0.4，能效比测试方法包括四步：

第一步：资格认定。首先需要测试出被测设备在不丢包情况下的最大吞吐量。任何能够得到最大吞吐量的方法都是适合的，比如采用二分法（类似RFC 2544）等。在运行时间上没有限定，以得到设备的最大吞吐量为目标。

下面三个步骤的测试要分开进行，并且建议各个步骤的运行时间空闲间隔小于或者等于300秒；如果被测设备有控制层面交互信息（ARP、MAC、路由学习等），这些时间不包括在上面所说的运行时间内。

第二步：满负荷流量。采用第一步测试得到的最大吞吐量向被测设备发送流量，时间为1200秒，在上述时间内计算能量消耗值。

第三步：半负载流量。采用第一步测试得到的吞吐量的一半流量向被测设备发送1200秒，在上述时间内计算能量消耗值。

在第二步和第三步测试重，如果监测到有丢包，测试结果无效，需要重新运行第一步得到合适的最大吞吐量值。

第四步：被测设备空载（无流量转发）。仅将设备加电运行1200秒，无任何数据转发时计算能源消耗。

3 IxGreen方案介绍

美国Ixia公司IxGreen能量消耗基准测试方案，是业界第一个实现ECR规范进行网络设备和系统能源消耗测量的商用化方案，采用业界领先的2-7层测试平台全面满足ECR测试要求，专门用于各种等级网络设备包括交换机、路由器、广域网设备、宽带接入设备和安全设备的能效测试。并提供完整的测试报告，在测试过程中，可以实时得到性能与电源消耗的图形和统计指标。这也是目前业界惟一的"绿色"测试方案。

图1 是IxGreen测试示意图，被测量设备和Ixia端口相连接，另外还要和功率表（Power Meter）相连，客户端运行IxGreen应用程序。Ixia仪表管理端口、功率表和安装IxGreen客户端通过以太网交换机相连并能够互相连通。

图1 IxGreen测试示意图

IxGreen测试方案是Aptixia IxAutomate软件的一个测试套件，配置方法、流程和其他测试例一样简单直观。请联络Ixia的技术工程师获取测试配置文档。

测试过程中，ECR规范指标会实时保存在.CSV格式的文件里面，并且以图形方式显示，IxAutomate强大的报告生成功能可以产生清晰的能耗结果，图2是IxAutomate关于ECR报告生成部分的截屏示意。

图2 IxAutomate ECR测试结果报告示意

Ixia IxGreen具有下面的特点：

提供准确、可重复和自动化的电源效率验证。

和时间相关联，高精度的电源与流量压力测量。

根据设备类别的不同产生相应的真实世界的业务流量类型。

采用标准化的、通用评定指标和方法。

根据设备类别和应用类型测试能源消耗比。

和能源评定设备（比如功率表）无缝结合，提供电力消耗和压力流量下的关联统计，并且电流、电压和功率的计算以图表方式实时显示。

在2008年底，Ixia 和Juniper公司联合展示IxGreen测试方案，测试采用Ixia 公司的IxYukon 高性能、高密度10GE端口共64个，对Juniper的T1600核心路由器的功耗测试进行评定，图3是测试的连接图。

图3 64个10GE端口核心路由器的IxGreen测试连接图

4 结束语

不同设备制造商由于开发相互竞争的技术和产品设计结构，这就直接导致同级别设备的功耗是有差异的，对于运营商，通过ECR规范可以做为设备购买时的参考，并且提供了直接和直观的能耗成本计算方法，为成本核算提供依据。对于设备制造商，采用标准的、可重复的和自动化的ECR规范，可以大大提供产品开发流程的效率，实现最佳的能耗工程管理，比如动态电力消耗、快/慢芯片数据处理分析等。所以通过符合ECR规范的IxGreen测试方案的评估，对运营商和设备制造商都会带来好处。

目前，Ixia IxGreen测试方案正在和多个第三方权威实验室、运营商合作，推广"绿色节能"测试方案，为节约能源尽自己的一份力量。