通信机房DC化“全国一盘棋”基础设施如何规划演进

标签:基础设施网络机房

访客:14905  发表于:2017-03-24 09:56:00

本文分析了国内外电信运营商网络转型的发展趋势,国内电信运营商网络转型过程中数据中心(DC)的发展定位,国内运营商传统通信机房特点,最后结合网络演进、网元逐步替换的趋势分析近期、中期、远期运营商通信机房DC化的基础设施方案。

                                       通信机房DC化“全国一盘棋” 基础设施如何规划演进

国内外运营商网络转型趋势

IT与CT的产业链关系、行业竞争关系是当前电信行业讨论的热点话题,正因为IT行业的创新层出不穷,IT行业企业的市值规模、发展速度、网络创新、应用创新已经逐渐将CT行业包围,逼迫CT行业进行网络重构和业务创新,这是国内外电信运营商面临的共同挑战。随着SDN的发展,运营商逐步被互联网企业从通信产品上OTT(过顶传球),留给运营商网络重构的时间窗口不多。未来通信网络的变革是IT化,以IT化的网络内在实现形式保留CT的网络品质,核心就是ICT的深度融合。当前最紧迫的创新就是传统电信网络的架构、工单流程已经严重阻碍了电信行业的业务创新。

美国AT&T的“Domain 2.0计划”于2013年11月对外发布,AT&T成立新网络架构部门,超过2000名工程师和科学家参与新网络设计目标,开展13万员工SDN/NFV及软件相关培训,大量招聘软件工程师,其目标是成为一家软件企业。其他国家的典型运营商也推出了网络重构计划,如德国电信PAN-EU计划、西班牙电信UNICA架构、中国移动 Novonet2020、中国电信CTNet2025、中国联通 CUBE-Net 2.0、NTT 通信 Arcstar Universal One架构、AT&T Domain 2.0架构、法国电信 Cloud4Net架构、沃达丰One Cloud架构、VerizonSDN 转型;各家运营商的网络重构方向大同小异,核心都是网络云化、SDN、NFV与开源,根据分析机构预测,2020年75%的网络设施将基于SDN和NFV,通信网络将越来越扁平化,而2016~2020年是关键部署期。

国内运营商网络转型中的DC定位

(1)中国移动 NovoNet2020

中国移动2015年7月发布《NovoNet2020愿景》,认为2020年前将实现通信网络的4.0时代,是CT与IT的深度融合。打造以DC为部署核心、以MANO/SDN Controller体系为管理控制核心、以虚拟化软件化实现网元功能。集中化、标准化、DC一体化。其中DC一体化就是统一规划多层DC架构替代核心局房。

(2)中国电信CTNet2025

中国电信2016年7月发布的《CTNet2025网络架构白皮书》将网络转型的进程扩展到2025年,对于演进路径,中国电信坚持“网络云化”和“新老系统/能力开放”两条腿并行的方式,分近期、中远期两个阶段推进,即2016年~2019年之前和2021年~2025年两大时间阶段。其中近期目标是推动部分具备条件的机房(CO)向数据中心架构(DC)化改造,中远期是实现网元DC化部署。

(3)中国联通 CUBE-Net2.0

中国联通2015年9月份发布了《新一代网络架构CUBE-Net2.0白皮书》,CUBE-Net2.0包括3层含义:面向客户体验的泛在超宽带网络、面向内容服务的开放商业生态网络、面向云服务的极简极智弹性网络弹性网络,从以通信局房为中心转型到以数据中心为中心,构建云网协同的极简和扁平的新型网络架构。

通过以上可以看出,运营商网络转型从传统以行政区域分层为导向的组网转向以DC为核心的组网新格局,未来核心网、业务网、支撑网、传送网的转型方向均将围绕区域DC和本地DC开展转型工作,由此也能看出当前通信机房的发展方向和未来数据中心的规模:区域DC很可能采用近几年新建的大型数据中心园区的方式,本地化DC、靠近用户的边缘DC将大多由现在的通信机房改造而来。例如CDN部署将向边缘DC拓展、传送网省内一干和二干将融合。

国内传统通信机房特点研究

(1)建筑年代较早,定位层次分明

国内东部沿海省份通信局楼的建设高潮期是1995~1996年,中西部地区是1998年~1999年,平均建筑年代在1996年左右。早期建设遵循的是《电信专用房屋设计规范》YD 5003- 1994,按照当时规范,建筑结构的设计使用年限为50年,局楼平均的设计使用寿命还有30年,因此从使用年限上具备DC化再利用的可用性。

通信局楼分为枢纽楼、核心局楼、端局、模块局,传统通信局楼的类型大多为办公与通信机房的综合楼,枢纽楼、核心局楼是按照一类建筑建设,端局、模块局是按照二类建筑建设或租赁。功能按照传统TDM网络的层级层次分明,枢纽楼通常承担本省汇接及传输骨干网功能、核心局楼负责本地市汇接局功能、端局负责行政区模块局的传输汇聚、交换功能,模块局通常靠近社区、乡镇居民集中区域的民房。

(2)存量规模庞大、布局数量分散

电信运营商的机房通常分为自建和外租两种。对于运营商来说,按照承担的网络定位类型分为:电信运营商拥有全国2万栋通信局楼、1500个大中小型IDC数据中心,另外还有20个左右的海外数据中心。其中通信机房多为综合类机房,涵盖维护办公和机房功能,部分通信局楼兼备IDC功能。

通信机房数量相对于后期建设的数据中心较为分散,基本上与行政区域层级划分平行设立,分为省、市、区(县)、街道(乡镇)四级,数量占比分别为3.1%、6.3%、20.8%、69.8%。可以看出基于传统模拟通信和窄带技术在最后一公里的实施大部分机房是分散到街道和乡镇的模块机房(接入点)。

(3) 网元种类较多、退网循序渐进

行业内将以上4类机房通称为CO (central office)局端机房,通信网络局端机房(CO)很多老旧网元如TDM、PSTN等设备的退网使传统机房空间空余处一部分,此类网元的退网下电时间集中子在2015、2016年,2018年将完成全部PSTN网络退网,各省市面临大量空闲机房资源,GSM退网时间目前还没有明确公布,未来核心网、IT网、业务网、传送网全部都将实施“X+SDN/”、设备实施“X+NFV”,这个过程是持续的、循序渐进的过程,不可能一蹴而就。

网元退网的近中远期特点

(1)近期退网机房特点分析

2016~2017年退网的设备为PSTN网络,它基于TDM,因此近期固网运营商谈论的焦点也是TDM网元的退网,它的机房特点具备一定基础条件(标准通信机房、具备传输、市电资源),大多与BRAS同局址,具有良好的城域网接入改造条件,具有大量机房面积,靠近用户侧。这部分退网设备的下电机架所占位置和机房现有剩余空间,近期通信机房中的汇接局、端局的DC化面向IP城域网BRAS、LTE、业务平台、支撑平台等核心网和各级CDN。

(2)中期阶段退网机房特点

2018~2020年退网的设备网元为交换网、业务网;IT系统实现网络SDN、设备虚拟化,如交换网中MIS,业务网中的各种彩铃、彩信、宽带内容服务、IPTV;

IT系统支撑网、网管网都将实施SDN。

(3)远期阶段退网机房特点

2020~2025年退网的设备网元为传送网、核心网、数据网中的各类网元,传送网也将实施T-SDN。未来的网元分类将不会这么详细,而是功能由软件定义化,从远期看只有数据中心和传送网两大方向,数据中心再细分的话就是基础设施和服务器软硬件。

(4)终期目标

在区域DC、核心DC、边缘DC三层架构中,并不是严格的层级关系,区域DC以多个省为覆盖点,主要为近几年建设的超大型数据中心;核心DC以省内为覆盖点,主要为现有的DC、IDC直接利用;边缘DC主要为上述4类CO机房转换而来,采用分布式部署。

总之,由于设备与业务是在网运行方式,因此网络的演进是逐步过程,CO机房与DC机房将呈现长期共存的趋势,特别是以2G、3G、4G以及未来的5G设备网元交错更新,使得未来的网元演进、业务割接较为复杂,对整个行业来说都是较大的挑战。

通信机房DC化基础设施演进路线

(1)通信机房DC化应遵循的原则

遵循规范、对标评估、安全可靠原则:通信机房DC化是在旧机楼上做新文章,首先必须是满足安全可靠原则保证现场人员和设备的安全,其次是考虑自有产权机房。改造的电子信息系统机房应根据荷载要求采取加固措施,并应符合国家现行标准《电子信息系统机房设计规范》GB50174、《混凝土结构加固设计规范》GB50367、《建筑抗震加固技术规程》JGJ116、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145的有关规定。

表1 YD5003标准1994版与2014版对比表

(通信建筑的楼面等效均布活载荷值)

消防、防火标准没有较大变化,目前执行的标准仍为《邮电建筑防火设计标准》YD5002。按照《通信局(站)电源系统总技术要求》YDT1051-2010电气设备按照高压交流设备20年、变压器及低压配电设备使用年限按照15年、发电机组的使用年限10年,超过使用年限的电气设备存在可靠性降低、故障及安全隐患。

(2)统一布局、分布实施、全模块化原则

退网机房DC化不是某一栋局楼,而是具体运营商“全国一盘棋”的思路,因此要统一布局,对通信机房情况分类统计、结合未来网络结构统一布局,基础设施的规划布局一定是基于网络重构来实施的,正所谓需求决定一切。

因此,在集团层面采取企业标准规范化实施,实施过程中遵循全模块化原则,数据中心的未来需求尚存不确定性,通信机房规模巨大,无论是基础设施还是服务器机架都不可能一步到位,因此运营商应采取全模块化、分期实施,进而达到TCO投资最佳模型。

通信机房DC化近期演进

机房基础设施之间的现状存在排列组合关系,涉及到机房承重、低压剩余容量、油机剩余容量、暖通可扩容余量、开关电源余量、UPS余量等,通过分析抓住关键要素:机房剩余面积、机房承重、高低压配电剩余容量3个关键要素。

按照标准要求,机房承重须达到8kN/m2、当机房承重在4~8kN/m2之间时具备承重改造条件。机房剩余面积要达到一定条件才具备改造条件,前者剩余机房面积达到80m2具备可以改造利用的条件即以80m2为1个模组,后者以150m2为1个模组;发电机组可用500kW,按照关键要素这些主要条件进行排列组合为6种场景:直接可用、承重改造可用、配电改造后可用、完全改造后可用、暂时不可用、推荐其他非DC用途。

可以直接利用的数据中心定义为剩余可用面积≥80m2、机房承重≥8kN/m2、低压配电容量满足微模块的模组的数量需求。

承重改造的数据中心定义为机房承重水平在:4kN/m2≤承重<8kN/m2,剩余可用面积≥150m2、低压配电能够满足剩余可用面积功耗需求,此类机房通过承重加固可以达到使用标准,但是由于是改造老旧机房,为安全起见需要将微模块承重要求较大的模块化UPS电源、240V电源和电池全部或部分与微模块分开布置。

配电改造的数据中心定义为机房承重水平在:≥8kN/m2,剩余可用面积≥80 m2、低压配电不能够满足剩余可用面积功耗需求,此类机房由于低压配电设备老旧、变压器容量不足等瓶颈问题无法提供多余电量给DC化机房使用,需要就地改造替换或者新增户外集装箱式的低压配电间。

完全改造类退网机房定义为剩余可用面积≥150m2、4kN/m2≤承重<8kN/m2、低压配电容量不满足剩余面积的功耗需求。此类机房暂按照微模块方法预估,具体可根据现场机房条件做成冷热通道模式或其他模式。

暂时不可用的机房定义为暂时退网面积较小,随着机房其他网元退网面积增加,机房未来可用,分为两类:一类是机房承重≥8kN、机房剩余可用面积<80m2;另一类是机房承重在4kN≤承重<8kN的区间,机房剩余面积<150m2。

最后1类场景是其他退网机房为承重偏小,承重<4kN,不具备改造条件,只能作为其他非DC机房用途。

表2 退网机房分类表

通信机房DC化中期演进

当前阶段通信机房可用剩余面积为60m2,对于可以利用的部分机房来说,关键是利用现有设施,模块局层级基本不可用将逐步退出,端局、核心局楼将逐步演变为边缘DC;随着CO机房DC化面积的增加,数据中心的扩展,有了一些限制条件:消防分区、低压配电容量、制冷主机容量、楼层配电。此时需要对机房进行统筹考虑基础设施的大配套,也会涉及到对前期投资部分的割接、扩容等。

消防分区:1个消防分区为3600m3,如果按照机房平均层高3600mm计算,机房面积超过1000m2就要设置1个消防分区。

低压配电:按照1个2000kVA变压器估算,低压配电模块最多提供3200A的配电母线。

制冷主机容量:采用风冷达到1000kW制冷容量以上建议采用水冷比较经济。

楼层配电:在机房面积超过1000m2时,楼层配电开关柜如果配置小于2000A也很不经济。

从上述可以看出,在近期开展通信机房DC化过程中在静电地板、消防、监控、制冷、配电等方面要尽量考虑后期其他剩余面积再利用时的工程量,同时后期改造时不会对前期已投产部分进行过大割接、再改造的工作量。

通信机房DC化远期演进

远期所有具备DC化条件的通信机房预计有50%左右将变更为DC机房,另外一半则作为办公自用、商业化出租、配套用户使用,总体来说看,所有的退网机房都将盘活。基于投资考虑,通信机房DC化基础设施的设计、实施、维护模块化程度越高越好,在2016~2017年就应该对所有退网通信机房面向未来DC化的定位和用途进行统一规划布局,以免在今后的使用过程中不断改造过程中出现的问题。

枢纽楼远期定位:可定位为核心DC,云资源池为基础进行扩展以省内集约IT、业务平台及核心网VNF等为承载重点。此类将基本保留作为DC化使用。

汇接局远期定位:对于早期的程控局楼,这类机房利用价值最大的是土地、建筑,其他配电、暖通设备较为老旧,建议作为边缘DC使用,城域内分布式设置云基础设施,满足本地业务接入及本地化数据处理。

端局远期定位,可以对应未来的边缘DC使用、按需部署,满足对时延要求极高的转发及边缘计算,重点在提升体验,与枢纽楼机DC化房开展资源协同。与B类机房一起从业务性能和用户体验出发,属地化建设,提供最佳体验;可以适当客户化、差异化进行建设。

模块局平均面积不到100m2、大部分为租用,承重90%以上都是4kN以下,随着租房成本、维护成本的上升实际上已成为网络运营的负担,且边缘DC应适当集中部署而不应过于分散到此类机房中。因此建议未来此类机房(接入点)应随着业务云化、虚拟化逐步收缩,部分面积大于100m2、承重大于4kN的条件较好的机房可以考虑作为边缘DC使用。其它的通过归并或者整合,进行退出盘活。

总结

总之,在通信机房DC化过程中,所有通信局楼在基础设施(承重、电源、暖通、机房空间布局)方面需要基于当前情况做统一规划、统一布局,而不是“走一步,看一步”。从数据中心规范的角度来看,未来网络云化需要从服务器机架的功耗、承重需求去考虑基础设施的模块化建设节奏,数据中心涉及专业较多,如建筑结构、消防、电源、暖通、传输、数据、机房工艺、动环监控等,标准化工作复杂,运营商当前需要规范专业内部的纵向接口以及不同专业之间的横向接口。

对于新建数据中心来说,未来趋势是无论集团级、园区级、楼栋级、机房级,还是行列级、机架级都将采用模块化的“全模块化”发展路线,只有在统一布局下实现全部模块化,才能充分保护投资、节省投资、按需分布实施,做到快速响应,而旧通信机楼的DC化改造也要遵循“全模块化”的思路。因此,笔者认为当前最紧要的是,面对通信机房DC化的所有旧局楼,统一按照未来SDN/NFV网络的布局考量其改造方向,规划之后再分步实施。

文章来源:C114通信网

作者:江苏省邮电规划设计院有限责任公司/唐怀坤

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