三级全网节能，打造绿色智能IP网络

人类对体验的极致追求持续推动着网络业务多样化的发展：游戏玩家可通过云VR享受沉浸式的游戏体验；医疗专家依靠5G实时超高清视频，可进行手术的远程指导；电网运维人员通过5G专网，实现视频巡检及配网差动信号的保护。一个事实是，5G、AI、IoT等技术的融合应用，正在创建一个万物感知、万物互联、万物智能的全新世界。

随着5G和云时代的加速到来，千万级用户应用的不断涌现，势必带来巨大的网络带宽需求，预计未来10年网络流量将增长10倍。随之而来的是网络扩容、站点增加，而设备能耗成本的不断增多，甚至可能抵消运营商部分业务增长带来的收益。当前ICT产业消耗的电量每年达万亿度级以上，而对于电信运营商来说，电费的消耗占到其一定的运营成本。

庞大的能源消耗中往往存在着大量的资源浪费。IP网络汇聚承载了移动业务、企业业务、家庭宽带的流量，并连接了数据中心，作为基础性承载网，更应该使能网络效能最大化，打造绿色节能的智能IP网络。

具体来看，IP网络首先需要从全网的视角审视，引入智能化，重点提升全网资源的利用率；其次，构建超宽网络应对业务带宽不断增长的迫切需求，提升每Gbit能效，并优化整网架构及拓扑，简化层次及站点，减少冗余消耗；最后，在单设备中采用动态节能的理念，通过动态扩展组件，实现基于不同应用场景的精细化节能降耗，达到性能、功能、能耗三者之间的最佳平衡。

网络级节能：IP网络引入智能，优化全网流量，资源利用率最优

传统的IP网络基于路由协议最短路径算法，采用尽力而为的方式转发数据。这种方式在可达性、互通性及灵活性等方面具备优势，但也容易导致资源不均衡，以及在骨干、城域入口等链路上存在局部重载、全网轻载等问题。如在同一网络中的同一时刻，一部分链路的负载可能达到80%以上，而另一部分链路的负载却只有10%。这种情况一方面会引起部分链路的拥塞和丢包，影响业务体验，另一方面会出现部分链路利用率偏低，甚至空闲，出现无用的用电消耗。整网资源的优化及利用率的提升，可以大幅节省能源消耗，优化能耗比。

链路及流量的优化首先需要网络具备路径调整能力，可基于业务不同的SLA诉求，如带宽、时延等策略进行灵活调整。传统的流量工程通过人工规划、静态配置，难以应对复杂流量的场景。基于iMaster NCE+SRv6，华为解决方案可实现智能选路，网络路径灵活可编程，并能够根据不同业务诉求提供可保障的联接。同时，基于iMaster NCE可实现全网流量状态的实时可视，及网络流量的实时自动调优。另外，创新的ROAM算法提供了基于带宽、时延、Cost值、优先级等多维调优能力，可计算端到端全网最优路径，实现单业务路径最优及全局网络流量的均衡。在将网络利用率提升20%的基础上，大幅提升整网效能。

站点级节能：端到端400GE 构筑超宽基础网，实现每bit能耗最优

传统的IP承载网以设备为中心进行建设，一般分为接入层、汇聚层、城域层、骨干层及业务层。随着网络规模的不断扩大，网络流量爆发式的增长，多层设备的数量也会大幅增加，直接导致网络变得更加复杂，能耗越来越大。

为应对业务流量不断增长的迫切需求，IP网络主流的接口速率持续提升，接入侧从GE向50GE演进，骨干侧从100GE向400GE演进。作为下一代高速接口技术，400GE相比100GE节省了75%的光纤资源，能耗降低20%，不仅可大幅降低每比特的传输成本及功耗，而且可以消除100GE链路捆绑带来的流量负载不均衡问题。400GE的IP网络将助力运营商打造极致体验的超宽网络，大幅提升运营商的投资收益比。

在海量企业业务上云，移动核心网用户面下移，及家庭宽带内容下移的新趋势下，运营商将以DC为中心进行合理的网络规划，通过简化网络层级，简化站点及设备数量等措施，实现承载网络能耗成比例的降低。

在城域站点中，华为通过新城域的架构将传统城域路由器解构，实现了网络承载与业务的分离，网络可以按需基于Scale-out方式进行灵活扩展，大幅节省了传统城域Scale-up方式的交换网组件，不仅节省了城域建网成本和能耗，同时还可提供大容量、无阻塞的转发能力。

设备级节能：系列化高效能组件+智能动态设计提升单设备能效

流量的增长及管道接口速率的增大必然会带来单设备容量提升的需求，而路由器容量越大，其整机总功耗也将大幅增加。设备的高能耗会带来诸多问题：

其一，高能耗设备不仅带来耗电的增加及运营成本的急剧攀升，而且会产生沉重的碳排量负担。

其二，高能耗设备对机房的供电系统要求高，空调等配套设备也需要升级改造。

其三，高能耗设备内部温度过高，会影响其可靠性和使用寿命。统计数据表明，器件的环境温度每上升1度，其失效率就会提升10%，导致设备整机可靠性大幅下降，从而影响设备的稳定运行。

华为NetEngine系列路由器采用低功耗组件，通过高效散热、高效供电技术突破了极限瓶颈，降低了设备的整体功耗。主要体现在：

第一，低功耗线卡组件，减少碳排放，绿色数据转发。

专业实验显示，路由器80%的能耗来自于线卡，因此单设备的节能主要依赖于单板的功耗水平。NetEngine系列路由器采用低于0.4W/Gbit功耗的单板，设备的整体功耗较业界同类产品降低了30%，单台设备每年最多可节省18万kWh功耗，减少二氧化碳排放360吨，相当于保护了1万平方米的森林。

第二，高效散热，混流风扇+VC相变散热突破风冷极限。

目前，业界主流设备内主要采用风冷散热系统，即将散热器及导热垫叠放在芯片上，通过风扇将热量带到设备外进行散热。决定风冷散热能力的关键组件主要为散热器 即风扇。

传统的做法是采用铜散热器及硅脂导热，但整体导热率低，散热效果一般。为此，华为采用了碳纳米导热垫，通过将无规律散热转化为定向散热，大幅提升了芯片的导热率。同时华为采用可靠性的VC气液相变散热器，通过散热器腔体内气体与液体的相变转换快速散热。两大技术的采用，可将芯片的散热效率提升4倍，芯片温度比传统散热方式低19度，在大幅提升单板可靠性的同时，减少了单板热量的淤积。

此外，决定风扇散热效果的关键因素之一就是风量。传统的普通风扇扇叶在吸气时有气流扰动，会影响吸气的风量。华为的混流风扇采用翼型的扇叶设计，可以有效降低扇叶附近的气流扰动和乱流，提升3倍的风量。在同等风量的情况下，将风扇的效率提升10%以上。 另外，传统风扇的最大功率难以调节，当设备风扇总体功率较大时，对机房配电要求较高。华为的混流风扇可实现软件定义最大功率，灵活适配风扇功率需求，从而降低整机对机房配电的要求。

第三，高效供电，采用N+M备份模式提升电源效率90%。

从外部电源到设备单板上器件供电有三级转换。传统第一级供电采用N+N电源备份方式，除了占用更多体积外，对外部供电也有一定要求。华为使用双路输入毫秒级切换的电源模块，采用N+M备份模式，可以大幅减少电源模块占设备的体积，提升电源效率90%；同时采用磁吹灭弧技术实现了ms级的快速切换，将备份电源的切换时间减少至6毫秒以下，提供了电源的超强可靠性。此外，多级转换会造成电能的损耗，超大容量单台设备的电能损耗超过了1万W，即使转换效率提升1%，每年也能节电近千度，因此单设备应该尽量提高电源的转换效率。华为NetEngine 8000产品支持AC、DC、HVDC混合供电模式，可将转换效率提升4%，提升了市电直拉混合供电能力。

第四，智能动态节能，发挥在不同流量场景下的降耗能力。

IP网络流量具有突发的特点，设备忙时负荷高，闲时负荷低，基于此，动态节能技术应运而生。除了常见的动态关闭未用线卡、端口技术外，华为NetEngine路由器还独特设计了流量动态节能技术，可根据流量实时调节芯片工作处理核数量与处理频率、Serdes总线数量等，以最大限度发挥在不同流量场景下的降耗能力。

绿色节能是一个渐进的过程，需要结合现网现状、演进趋势、成本等因素综合考虑，从整个网络的维度着手通盘考虑，从网络级、站点级、再到设备级，选择合适的架构和演进策略。面向5G和云的全业务智能时代，华为数通持续践行智能超宽、智能联接、智能运维的建网理念，不断创新，助力全球运营商打造更加绿色节能的智能IP网络。