接入网设备的功耗指标及测试方法

接入网设备的功耗指标及测试方法作者：侯聪通信标准所传输与接入研究部测试工程师摘要：本文综合介绍了今年报批的五个接入网节能标准和技术报告中提出的接入网设备功耗指标和测试方法。重点阐释了ADSL、VDSL2、EPON和GPON四种类型的接入网设备功耗指标的制定原则和具体含义，以及测试方法的要点。文章中还简要介绍了功耗限定值、能效指数和能效等级的含义。Abstract:Thisarticleintroducestheindicesandtestmethodofpowerconsumptionforaccessnetworkequipment.Theindicesandmethodwerefirstpresentedinthefive“energyefficiency”standardsandtechnicalreportsofaccessnetworkwhicharebeingsubmittedforapproval.Itismainlyabouttheprincipleandmeaningoftheindicesandthekeypointsofthetestmethod.Theconceptsofpowerconsumptionlimitation,energyefficiencyindexandenergyefficiencyclassarealsobrieflymentioned.关键词：节能接入网功耗测试方法Keywords:energyefficiencyaccessnetworkpowerconsumptiontestmethod1.引言近些年来，我国的能源消耗日益增加，由此造成的资源浪费和环境污染日益严重。因此从十一五规划开始，政府明确提出了对全社会各行业的节能减排要求。在电信行业中，国资委、发改委及工信部出台的节能减排相关政策，对各大运营商提出了要求。因此运营商一方面出于执行政策的原因，另一方面为了通过降低能耗来节约运营成本，也开始大力推进电信行业的节能减排。在运营商的选型测试中，功耗测试已经成为一个比较重要的测试项目。在此推动下，各个主要的通信设备制造厂商均把节能作为产品的一个重要技术指标，从而在产品中加入各种节能技术。采用了节能技术的设备，功耗会随设备的运行状态而动态调整。而对于接入网设备，局端设备几乎都是可以灵活插卡的机架式设备，用户端设备则非常多样，接口类型和数量都不统一。以上两点为功耗测试带来了难处，即如何确定一个合理的功耗指标以便于不同配置的设备进行相互比较，且该指标需要能够反映出设备采用的节能技术带来的好处。到目前为止，有五个正在报批中的接入网设备节能标准和技术报告，分别为技术报告《接入网设备节能技术要求和测试方法—EPON系统》、《接入网设备节能技术要求和测试方法—GPON系统》、《接入网设备节能技术要求和测试方法—VDSL2系统》和国标《接入设备节能参数和测试方法第1部分：ADSL用户端》、《接入设备节能参数和测试方法第2部分：ADSL局端》。这五个标准对EPON、GPON、ADSL（包括ADSL2/ADSL2+）和VDSL2四种主要技术的接入网设备功耗指标和测试方法进行了详细的规范。2.功耗指标功耗是指设备在指定条件下正常工作的输入功率。但是仅在一种条件下所测得的设备功耗（如设备的满负荷最大功耗）并不能公平、客观的反映出该设备在日常使用中的实际耗能情况，特别是对于采用了节能技术的设备。因此一个合理的功耗指标应该综合考虑设备在多种运行条件下的功耗而得出，从而能够较好的反映一台设备的实际耗能情况。具体来说，一种设备的功耗指标在制定时，要考虑设备的硬件组成、业务特点、部署方式和用户使用习惯等多方面因素。由于ADSL和VDSL2设备，EPON和GPON设备分别在上述的各个方面都是十分相似的，因此下文中将这四种设备作为DSL设备和PON设备来分别讨论一下其功耗指标是如何制定的。2.1DSL设备功耗指标2.1.1局端设备DSL局端设备包括ADSLDSLAM和VDSL2DSLAM设备。局端设备部署在运营商的机房中，通常是一直处于运行状态的。由于不同地区的用户开通率不同，因此设备上会有一定数量未开通的线路接口处于关闭状态。另外，一个已开通的接口，在用户端设备没有打开的情况下，也处于没有工作的空闲状态。由此标准中定义三种DSL局端设备的功耗状态：a.全功耗状态：简称S1状态，处于该状态下的设备的DSL接口处于L0状态，即可达到最大线路速率的正常工作状态。b.DSL接口开启但未连接CPE状态：简称S5状态，该状态下DSLAM设备的DSL接口处于开启状态，但未连接用户端设备或所连接的用户端设备处于关闭状态，此时DSLAM设备能够对用户端设备的建链请求立即做出响应。c.DSL接口关闭状态：简称S6状态，该状态下设备的DSL接口处于关闭状态，不能与用户端设备进行通信。DSLAM设备的整机功耗为设备业务板满配时整机处于上述三种状态下的功耗的加权平均值。进行加权计算所需的系数分别是接口开通率R和已开通接口的使用率βS1及空闲率βS5，由实际可知βS1和βS5的和应该等于1。标准中根据DSLAM设备的运营经验，规定的R、βS1和βS5值分别是0.6、0.4和0.6。加权后的整机功耗如下：𝑃DSLAM=(𝛽S1𝑃DSLAM−S1+𝛽S5𝑃DSLAM−S5)𝑅+(1−𝑅)𝑃DSLAM−S6不同型号的DSLAM设备整机支持的线路接口数各不相同，用整机功耗除以设备支持的最大线路接口数，可得到接口平均功耗。接口平均功耗不但可以直观的表现出设备的耗能大小，也便于不同设备之间进行横向比较。2.1.2用户端设备DSL用户端设备包括一般的ADSL和VDSL2modem，以及集成了modem功能的家庭网关设备。DSL用户端设备基本都是放置在用户家中的，不同的用户有不同的使用习惯，因此需要综合考虑用户的使用习惯来确定功耗指标。部分用户在不上网时，会将用户端设备关闭，此时如果不断掉电源，则电源适配器仍会消耗少量电能。这部分功耗虽然很小，但仍作为一个因素加以考虑。对于另外一部分用户，即使在不上网时，用户端设备也是一直处于开启状态的（由于使用习惯或设备安装在弱电箱中不便关闭等原因），而此时用户的电脑等终端设备则是关闭的。因此，同样为用户端设备定义三种功耗状态，分别对应上述的三种情况：a.全功耗状态：简称S1状态，处于该状态的CPE设备提供它的正常功能。b.低功耗状态：简称S2状态，当设备的用户侧模块功能不活跃时，CPE进入低功耗状态。CPE低功耗状态需要运行最小基本功能（例如，路由，网桥，防火墙等）。c.关闭状态：简称S4状态，处于该状态的CPE设备没有运行任何功能。CPE通过机械或电子开关的关闭达到该状态。仅可能的功耗来自于外部供电电源。设备只能通过人工开启。用户端设备具有多种接口，为了规范测试，需要明确在用户端处于各个状态时，接口和模块的运行状态，见表1和表2。表1DSL用户端设备全功耗状态接口/模块全功耗状态核心功能（包括处理器和存储器，完成路由、防火墙、OAM和用户接口功能）正常处理用户数据及流量DSL接口激活（链路建立在全线路速率并且收发用户业务流）以太网接口所有接口全部激活（链路建立在最大速率并且收发用户业务流）WLAN接口开启Beacon，连接一个WLAN终端。该终端在相同的房间内距AP1-5米，收发用户业务流，对802.11a/g上下行速率均为5Mb/s，对802.11n上下行速率均为10Mb/s，当支持双频带同时工作时，每个频带的速率为10Mb/s话音接口连接1个电话，处于摘机状态，激活1个呼叫。如果有多个话音接口，仅连接其中一个，其他接口处于激活状态。USB2.0接口未连接设备，激活USB设备检测功能表2DSL用户端设备低功耗状态接口/模块全功耗状态核心功能（包括处理器和存储器，完成路由、防火墙、OAM和用户接口功能）不处理任何用户业务流DSL接口链路已建立，但不发送用户业务流以太网接口接口未连接或无以太网链路，但已激活以太网链路检测功能WLAN接口开启Beacon，但不发送用户业务流且无用户连接话音接口连接1个电话，处于挂机状态，激活摘机检测功能。如果有多个话音接口，仅连接其中一个，其他接口处于激活状态。USB2.0接口未连接设备，激活USB设备检测功能DSL用户端设备的功耗指标即为全功耗状态、低功耗状态和关闭状态下测得的功耗的加权平均值：𝑃CPE=𝛽CPE−S1𝑃CPE−S1+𝛽CPE−S2𝑃CPE−S2+𝛽CPE−S4𝑃CPE−S4其中βCPE-S1、βCPE-S2和βCPE-S4表示根据用户整体习惯估计出的用户端设备分别处于S1、S2和S4状态的平均权重，可知βCPE-S1+βCPE-S2+βCPE-S4=1。标准中规定的βCPE-S1、βCPE-S2和βCPE-S4值分别为0.2、0.2和0.6。2.2PON设备功耗指标2.2.1局端设备PON局端设备包括EPON和GPON的OLT设备。由于PONOLT设备采用广播的方式连续向下发光，用户端设备的运行状态对OLT没有影响，OLT在正常工作时一直处于全功耗状态。该状态下OLT设备可支持线路状态和设备配置允许下的最大数据传输速率。因此PON局端设备的整机功耗就是全功耗状态下业务板满配的整机功耗，除以设备支持的最大PON口数后，可得到接口平均功耗。2.2.2用户端设备PON用户端设备包括EPON、GPON的SFU/HGU和MDU设备。SFU/HGU和MDU设备的设备形态和业务能力有很大不同，因此它们的功耗指标需要分别确定。SFU/HGU也是放置在用户家中使用的设备，提供的业务功能与DSL用户端设备基本相同，因此二者功耗指标的制定方法也基本相同。SFU/HGU也定义了三个功耗状态：全功耗状态（S1）、低功耗状态（S2）和关闭状态（S4），三个状态的含义与DSL用户端设备相同。SFU/HGU在S1和S2状态下时接口和模块的状态也与DSL用户端设备基本相同，仅需将DSL接口替换为PON接口即可。SFU/HGU的功耗即为全功耗状态、低功耗状态和关闭状态下测得功耗的加权平均值：𝑃SFU/HGU=𝛽SFU/HGU−S1𝑃SFU/HGU−S1+𝛽SFU/HGU−S2𝑃SFU/HGU−S2+𝛽SFU/HGU−S4𝑃SFU/HGU−S4其中βSFU/HGU-S1、βSFU/HGU-S2和βSFU/HGU-S4与DSL用户端设备三个状态的加权系数的含义和数值均相同。MDU虽然是用户端设备，但一般放置在小区机房或楼道中，始终处于运行状态，并且一些PONMDU还集成了DLSDSLAM的功能（ADSL和VDSL2）。因此MDU的核心处理模块和PON上联接口始终是处于全功耗状态的，而由于用户家中的modem或路由器等终端的工作状态会变化，因此MDU其他的接口分别具有各自不同的功耗状态。以太网接口和话音接口有全功耗状态（S1）和低功耗（S2）状态，DSL接口则具有正常工作状态（S1）、DSL接口开启但未连接CPE状态（S5）和DSL接口关闭状态（S6）。各个接口和模块状态在标准中的具体定义见表3。表3PON用户端设备MDU各接口状态接口/模块功耗状态描述核心功能（包括处理器和存储器，完成路由、防火墙、OAM和用户接口功能）全功耗状态处理用户业务流PON接口全功耗状态激活（PON链路建立在全线路速率并且收发用户业务流）用户侧以太网接口全功耗状态接口激活（链路建立在最大速率并且收发用户业务流）低功耗状态接口未连接或无以太网链路，但已激活以太网链路检测功能话音接口全功耗状态电话处于摘机状态，激活呼叫低功耗状态电话处于挂机状态，激活摘机检测功能DSL接口全功耗状态接口开启，链路建立在全线路速率并且收发用户业务流DSL接口开启但未连接CPE状态DSL接口处于激活状态，但未连接用户端设备或所连接的用户端设备处于掉电状态，能够对DSL用户端设备的建链请求立即做出响应DSL接口关闭状态DSL接口处于关闭状态，不能与用户端设备进行通信MDU设备分为较小型的固定盒式设备