設備能耗成焦點　綠能網路風潮席捲全球

2011-11-14

馮國璋

炎炎夏日氣溫屢創新高，這讓人不禁擔心起±2℃影片裡隨著全球溫度上升，糧食、物種滅絕的情節何時會真實上演。其實，原因不難發現，由於過度地依賴石油及天然氣，其所排放的溫室氣體正加速地造成全球暖化現象。

然而，能源是全球經濟及科技進步所必須仰賴及不可或缺的關鍵要素，因此目前國際上以碳足跡的排放量作為全球升溫、氣候變遷控制的主要參考因素之一，並試圖以降低每年的成長比例來改善地球及環境的變遷。

其中，科技產業影響最大宗的即為資通訊(ICT)，統計數據指出，ICT產業在2002年的碳足跡排放量占全球的1.32%，預計至2020年時，將上升至2.75%。因此，降低這不斷升高的百分比，即為全球ICT業者共同的節能目標。本文彙整目前國際上對於網路通訊設備重要的節能規範，讓相關業者在投入開發設計以及營運業者在提供及採購設備時當作參考依據。

影響網路耗能因素眾多

網路設備為ICT的重要部分，亦是國內主要寬頻設備出口之要項。

今日網路耗能數據的表現，取決於網路資訊的階層架構，當訊務(Traffic)被集縮，以及共享資料來源時，將提供較有效率的處理機制，也因此多數的耗能將集中在彙集網路的設備上。

資料來源：Understanding Power Consumption In Data Networks：A Systematic Approach, White paper, Bell Labs, 2009
圖1　北美地區服務訊務流量成長趨勢

隨著服務訊務流量的增加，設備旋即加速配置，以迎合頻寬成長之需求。圖1資料顯示，網路流量呈現著指數型的成長；隨著摩爾定律(Moore's Law)及高速光通訊技術的提升，使得原本將隨訊務增加而增加的網路耗能，得以控制；反之，若技術成長的較緩慢，則會使得網路耗能的數據急速升高。

設備成本、升級能力、網路管理等項目是網路設計的要項，若加諸節能的考量，則網路架構及運用設定將有著極大的改變。

而能源效率的改善如同圖2所示，分別表示在有線及無線對於嶄新技術提升(即虛線)下，與其上方實線趨勢的分布將可以降低每秒處理位元所需能量之4～8個網路能耗的刻度值。

資料來源：Understanding Power Consumption In Data Networks：A Systematic Approach, White paper, Bell Labs, 2009
圖2　(a)數據服務至個人電腦影像訊務網路功率效率趨勢；(b)無線網路功率效率趨勢

同時，隨著用戶流量的提升，每一用戶所消耗的能源也同時上升。另外，目前因為基地台與手機間聯繫協定的需求，使得整體無線耗能量遠高於有線的網路，這也意味著無線網路有著較高能耗改善的空間及能力。

若試著將各網路設備依照使用者總數目來推算平均用戶的能耗表現作分析時，即會發現如圖3(a)所示一個有趣的現象，原本能耗值較高的單一核心網路設備，因為提供較多的使用者來使用，所以在2011年時其平均分配在每位使用者所占的能耗表現上僅為0.2瓦(W)，相較在都會廣域網路的3瓦與有線及無線存取網路的15瓦而言，具備低於數十倍等較佳的表現。

隨著前瞻及創新技術在節能科技技術的要求，使得每單位用戶的耗能表現如同圖3(b)所示在2011年時核心網路下降至0.1瓦，都會廣域網路將下降至2瓦，而有線及無線存取網路則將下降至5～10瓦之譜，並持續控制能耗的表現不再依流量訊務的增加而成比例上升。

資料來源：Understanding Power Consumption In Data Networks：A Systematic Approach, White paper, Bell Labs, 2009
圖3　(a)現有技術在各網路耗能趨勢分析；(b)具備前瞻及創新技術之各網路耗能趨勢分析

網路通訊設備能耗要求增溫

節能迄今仍是個持續熱門的議題，同時，更是各個國家重要規範機構和業界領導廠商積極努力的執行目標。

環顧目前的工作及生活環境，那些最常用、最常見或極具節能潛力的電子電器產品首先成為節能執行目標，例如家電、電腦，以及相關網通器材，如路由器、交換器、數據機(Modem)或是光纖用戶終端設備等。

目前全球重要的設備節能規範來自兩大陣營，一是美國能源之星(Energy Star)，而另一個組織則為歐洲能效行為準則(Code of Conduct on Energy Consumption of Broadband Equipment, CoC)。兩大規範皆針對關鍵應用發布或更新更高能效的規定，使得電子通訊產品得以更少的耗電品質來執行相同的功能，並提高電力使用效率來達成節能，與符合國際對於ICT產業較低碳足跡排放量的要求。

由於美國能源之星主要規範電源供應器(Power Supplier)相關的節能規範，對於設備本身並無要求，因此本文不多加著墨；而歐洲的CoC則是進行全面而廣泛的能源節能規範，涵蓋電源供應器與設備本身的整體工作效率。因此，為求全面而完善地進行節能環保與綠色科技，多數網路通訊設備廠商皆會以歐洲的CoC來作為節能符合的參考依據。

其中，CoC提出網路通訊產品於閒置及啟動下的耗能(瓦特)要求的規範，以達成節能及減緩暖化之目標，以下說明相關節能的國際規範。

歐洲CoC規範

CoC主要要求的網路通訊設備包含表1所列之用戶端設備(Customer Premises Equipment, CPE)項目，如家庭閘道器(Home Gateway)、簡易寬頻存取設備(Simple Broadband Access Device)、家庭網路架構設備(Home Network Infrastructure Device)及其他家庭網路設備等分類，而表2所列之網路端項目，如數位用戶迴路線(DSL)網路設備、整合DSL及窄頻設備、光線路終端設備、無線寬頻設備、有線電視通訊設備及電力通訊設備等皆為涵蓋的範疇。

同時，CoC對於網路通訊設備節能要求的責任拓撲即如同圖4所示，以實線的部分為主，即為表1及表2所定義的範疇，其他終端設備如電腦及電視等，則不在此類要求的範圍內。

資料來源：CoC, version 4, 2011, 2月10日
圖4　CoC對網路通訊設備節能要求範疇

其中，所謂的寬頻即是以ITU-T參考I.113所定義的，至少具備在單向達到2,048kbit/s全速率時稱之，並確保設備不論在閒置或啟動時，具備相同的服務品質(Quality Of Service, QoS)，且不管是由廣域網路(WAN)或區域網路(LAN)端啟動服務時，皆不會讓客戶感受到延遲等負面品質問題，以下分別簡介閒置及啟動的定義：

‧

在閒置狀態時，設備是呈現閒置的，即所有元件皆處於閒置狀態，在此狀態下，元件不進行任何處理或傳遞重要的流量訊務，但在沒有手動調定電路的狀況下，卻已具備偵測介於閒置及啟動狀態轉變的能力，相關閒置狀態之家庭閘道器分類包含如下：家庭閘道器含WAN介面之主要功能的電力值、家庭閘道器含LAN介面及其他功能的電力值、對於簡易寬頻存取設備如數據機及終端設備的目標電力值、通用序列匯流排連接裝置(USB Dongle)電力值、家庭網路基礎建設設備(HNID)、其他家庭網路設備目標電力值、頻寬埠-DSL全速率狀態、頻寬埠-DSL低速率狀態、頻寬埠-DSL待命狀態、每MSAN POTS埠電力消耗限制。

‧

即設備中啟動流量服務機制，其中包含如下三個分類。一是定義家庭閘道器啟動狀態，例如乙太網路WAN鏈路建立起1,000Mbit/s及通過訊務流量達下行50Mbit/s，上行10Mbit/s；或在全球微波存取互通介面(WiMAX)、第三代通訊(3G)、長程演進計畫(LTE)網路下支援用戶手機流量達下行1Mbit/s，上行200kbit/s等能力。

第二個分類為定義簡易寬頻存取設備如數據機及終端設備的啟動狀態，例如WAN及LAN埠啟動。第三個分類則為其他家庭網路設備啟動狀態，例如乙太網路埠啟動及網路語音(VoIP)/話機的話務啟動。

‧	停止狀態
	在停止狀態設備不會提供任何服務，並定義於委託章節(EC)編號1275/2008中。

因此，CoC即針對閒置及啟動狀態分別要求網路通訊設備必須達成在2011～2012年及2013～2014年等電力消耗的要求，如表3～6所示分別節錄相關設備要求符合數值，詳細內容請讀者參考CoC 2011年版本。

ISO 14020國際標準

國際標準組織(International Organization for Standardization, ISO)即代表組織所公告的相關標準，其中ISO 14000是針對企業環境管理所制定的一系列標準，包括環境管理系統(ISO 14001, ISO 14004)和相關的環境管理工具，如產品生命週期評估、企業環境報告書、綠色標章等如同圖5所示。