通信网络能效定义及其对全网节能管理的价值

摘要：提高通信网络能源效率(EE)是提升运营商盈利的重要手段，将能效指标进一步分解为通信设备能效(TEE)和基础设施能效(IEE)更能适应电信运营商及铁塔运营商建维管理组织模式，可以实现节能减排工作的量化管理。低能效TOP N管理是基于能效定义的基本管理方法，在帮助提升运营商盈利的同时，实现通信网络节能减排。

一、 提高通信网络能源效率(EE)是提升运营商盈利的重要手段

能耗收入比(ECR，Energy Cost per Revenue)是企业能耗成本占业务收入的比例，可以很直观地比较不同运营商单位能源成本产生的收入水平。欧洲运营商平均能耗收入比在1%左右，中国运营商平均超过3%。每降低能耗收入比一个百分点，利润率就能相应地提升一个百分点。在运营商普遍利润下滑甚至出现亏损的互联网+时代，降低能耗收入比是运营商提升盈利的措施之一。由于能耗成本直接与能耗及能源单价直接相关，于是有：

(1)

式1中，P_Unit是能源单价，E_Total是总能耗，Revenue是总收入。总收入也等于总流量(Traffic)和单位流量资费(Rate)的乘积。

在数据流量与资费一定的条件下，降低总能耗就能降低能耗收入比。通信网络业务流量与能耗的比值就是通信网络能源效率(简称EE，Energy Efficiency)。在ITU标准L.1330中，无线网络能源效率EE是无线业务量与全网总能耗的比值，见式(2)，业务量可用流量表示，也可以用无线网络覆盖面积表示。当采用单位能耗的流量表示网络能效时，其量纲为b/J，即比特每焦耳。

EE = Traffic / E_Total (2)

将式(2)代入式(1)，得

(3)

由式(3)可知，在能源价格和资费固定的条件下，为了降低能耗收入比ECR，提升通信网络能源效率是唯一途径。

二、 能效管理需要进一步细化通信网络能效指标(EE=TEE×IEE)

通信网络能源效率指标中的能耗是总能耗，总能耗既包括通信设备能耗，也包括基础设施能耗。当业务流量大时，即使通信设备和基础设施都不节能，网络能效都会很好;相反地，即使基础设施采用了充分的节能措施，通信设备高能耗或低业务流量，都会导致网络能效很低。

由于多数运营商从事通信设备建维和从事基础设施建维的团队并不相同，尤其是在塔商模式快速发展的今天，两者由不同公司负责建设和维护管理，仅有的一个能效指标不能满足各自部分对规划建设和运维管理进行优化的需要，有必要将通信网络能源效率进一步细分成两个子指标，即通信设备能源效率和基础设施能源效率，参见式(4)。

(4)

其中：(5)

(6)

_{Etelecom equipment}指通信设备能耗，TEE是通信设备能源效率(Telecom Equipment Efficiency)，IEE是基础设施能源效率(Infrastructure Energy Efficiency)。考察各能源效率指标时，如果考察范围为全网，可加前缀N;如果考察一个站点，可加前缀S。即：

SEE = STEE × SIEE (7)

NEE = NTEE × NIEE (8)

其中SEE是站点能源效率，STEE是站点通信设备能源效率，SIEE是站点基础设施能源效率;NEE是全网能源效率，NTEE是全网通信设备能源效率，NIEE是全网基础设施能源效率。

当能效指标分解后，就能通过指标掌握和对比不同子网、不同站点各自部分能源效率，帮助分析和解决能源效率问题。

三、 通信设备能效(TEE)是网规网优的重要参考依据

在MBB(Mobile Broadband，无线宽带)时代，随着移动智能终端的普及，消费者对网络"无处不在"的渴求，数据流量呈指数增长，随之而来的是无线网络快速扩容、站点密度几何级数增长，设备能耗成本年增长高达20%以上，抵消了部分业务增长带来的收益。

从架构上看，传统网络一般分为核心层、汇聚层、接入层。随着网络规模不断扩大，网络流量爆发式增长，核心层、汇聚层设备随着接入层设备数量的增加而增加，使得网络变得更复杂，能耗也越来越大。在这种情况下，需要首先采用扁平化网络架构进行网络建设，取消汇聚层设备，在核心层部署大容量系统，直接连接接入层设备，将原来的三层网络简化为二层网络，可以实现网络整体节能30%。

从站点规模来看，合理的网络规划可以改善覆盖、降少站点数量，使通信网络能耗成比例降低。从通信设备来看，老旧2G设备能耗是新设备的数倍;相同功能、不同型号的通信设备能耗也有显著区别。选择合理规划站点数量、合适的通信设备，可以将通信设备能耗降到最低。

从运行情况来看，通信网络中业务量通常呈周期性波动，忙时负荷高，闲时负荷低。通过智能休眠及关断，实现能源随业务动态供给，可以有效提升通信设备能源效率。定期优化网络信噪比及速率匹配度，也可以有效减少业务能耗。合理开启软件节能特性，节能效果可达10~35%。

通信设备节能需要网规网优动作，通信设备能效(TEE)是重要的参考依据，是衡量网络设备能效的核心技术指标。

四、 基础设施能效(IEE)是基站动力建维重点

根据通信网络发电、配电、变换、负载(即通信设备)、温控和维护管理六环节能耗模型分析，基础设施能效就是负载能耗与各环节能耗之和(即总能耗)的比值。不同站点类型，基础设施能源效率有一定的区别，如基站设备全部置于机房内时，空调为所有设备制冷，在夏热冬冷、夏热冬暖和严寒地区空调能耗占基站总能耗的50%左右，基础设施能效低于50%。对于分布式基站，由于功率较大的无线发射设备移至室外塔上安装，不需要制冷或加热，站点基础设施能耗普遍超过60%。由于基站中不同设备的温度敏感性不同，采用分舱温控可以进一步降低能耗，如室外一体化机柜建站方案就是分舱温控的典型代表，基础设施能源效率可以在大多数地区达到90%以上。

随着站型(有机房或无机房、BTS或DBS等)和设备配置(高效电源、高温电池、高效温控等)的不同，基站的基础设施能源效率从低于50%到高于90%不等，现网基础设施能耗平均有30%以上能耗节省空间。全球通信网络能耗超过300亿美元，通过提高基础设施能效，每年可节省空间约100亿美元。以运营商年收入2万亿美元计算，平均能耗收入比可降低0.5%，相应的，运营商平均利润率提高0.5个百分点，相比平均约7%的利润率，利润提升幅度高达7%以上。因此，提升基础设施能效，降低能耗成本，是基础设施建维的重点。

五、能效指标是科学管理手段的基础

基站可能是由于设备多、业务量大导致高能耗，能源效率不一定低;大量低能耗站点可能未受关注，反而因为低能效而提升了能源成本。单纯只关注高能耗站点进行改进是片面的，不能有效提升全网能源效率、降低能源成本。定义通信设备能效和基础设施能效，使低能效TOP N管理成为可能。低能效TOP N管理指通过网管系统按周期(如一个季度)向维护管理团队发出TOP N基站(或子网、区域网络)改进工单，改进工单可以包括两个改进目标：

上期低能效TOP N基站中的大多数(如约定80%)基站通过能效整改，不再出现在本期的低能效TOP N基站清单中;

能效指标得到提升，低能效TOP N入围站点的能效指标及能效平均值均不得低于上期，如可以设定最低目标为与上期相同，标准目标为有5%改进，挑战目标为有10%改进。

通信设备维护管理团队接收到通信设备低能效TOP N基站改进工单后，分析这些站点低能效原因并采取改进措施，如开启节能功能、提出老旧高功耗通信设备升级建议、建议网优，或反馈通过优化商业模式提高设备利用率以提升业务流量的参考建议等。基础设施维护管理团队接收到基础设施低能效TOP N站点改进工单后，同样分析低能效原因并采取改进措施，如合理提高空调温度设置、采取如封堵机房电缆孔等密封机房措施、清洗或更换空调、改造低效电源、站点叠光、建议将室内基站室外化搬迁或建议将RRU移出机房上塔等。

针对子网或区域低能效情况，通信设备和动力维护管理团队都可能提出批量改造、利用太阳能等措施，或增加室外一体化高效站点采购比例、采用高温电池方案等，用管理指标驱动节能目标的达成。

六、 结论

提高通信网络能源效率(EE)是提升运营商盈利的重要手段，将能效指标进一步细分为通信设备能效(TEE)和基础设施能效(IEE)更能适应电信运营商和铁塔运营商建维组织，有利于科学的量化管理。低能效TOP N管理是基于能效定义的基本管理方法，在帮助提升运营商盈利的同时，实现通信网络节能减排。

为了实现有效降低能耗成本的目标，需要在管理上设置通信设备能源效率和基础设施能源效率指标，参考业界优秀标杆和基线，采用低能效TOP N管理等改进手段。部署具有能效管理功能的通信网络及站点网管系统，是能效指标有效应用的前提。数字化、网络化和智能化的站点网络支撑全网能效管理，是通信网络与基础设施的发展方