湖州电信积极探索农村“光进铜退”之路——农村备电解决方案

  中国电信湖州公司作为湖州市新农村信息化建设的主力军，近年来持续加大农村基础设施的投入，积极引入EPON技术进行农村的“光进铜退”建设，打造农村信息高速公路，让农民朋友共享信息文明新成果，为农村的经济发展保驾护航。

    但是，在农村的“光进铜退”推广过程中，电源的不稳定影响了农村通信网的运行质量，给农村信息高速公路的建设带来了很大的阻力。如何解决农村“光进铜退”过程中的电源问题，是摆在湖州电信面前一个非常棘手的问题。为此，中国电信湖州公司与中兴通讯于2009年9月，联合成立了“光进铜退”课题小组，对农村的备电问题进行了探索和研究。

湖州农村电源问题及影响分析

    农村“光进铜退”的改造使得接入节点下沉，增加了大量的有源节点，一旦一条主线停电，会影响一个片区数十个甚至数百个节点的通信网络中断，不但影响了业务收入，而且会造成一定的负面影响。随着“光进铜退”的应用越来越广泛，用户电路因市电停电而中断的概率不断增大，不仅影响了用户的数据业务，而且连用户一直认为永不中断的话音业务也受到影响，与原有感知反差极大，使得客户的满意度下降。我们必须直面此问题。

    首先分析湖州电网的运行情况。通过采样湖州市长兴县2009年9、10两个月的整个线路（不区分农电和市电）运行情况得知，9月停电78次，总时长569小时，10月停电50次，总时长306小时。

    引起电网停电的原因归纳为：
    （1）正常的电网维修，引起不定时间的断电现象；
    （2）农电网的改造，通常会持续较长时间；
    （3）新农村建设涉及的杆线搬迁，导致长时间的停电；
    （4）突发的电网故障导致的不可知停电。

    对设备掉电重启原因进行分析，主要由以下几个方面引起：
    （1）农村厂矿企业附近电压波动很大，超出了设备承受范围；
    （2）湖州山区雷电频繁，由于雷电引起的断电情况时有发生；
    （3）设备自身的故障引起的掉电。

    分析农村区域用户的需求，可分为三个等级：一般情况下，纯农村区域可不考虑备电，在中国电信全业务情况下，可以用C网手机替代；部分无其他通信手段替代的区域，如某些农村，白天只有老人居住，一旦出现紧急情况，固话是唯一通信方式时，此类区域需要进行相应的备电，保证几个紧急用固话的畅通；备电的重点是农村区域的厂矿企业、开发区等。

    因此，在农村的“光进铜退”过程中需要进行选择性的备电。

    据EPON网管统计，由于掉电引起的设备故障平均时长1.89小时，其中最长的10小时，最短的10分钟，6小时以上占14％，1小时以下占71％。如果能保证重点客户6小时的备电，即可大幅降低由电源问题引起的客户不满，从而基本解决“光进铜退”后电源问题带来的困扰。

备电方案分析

    目前，湖州农村区域的“光进铜退”建设模式，主要为FTTH、FTTN两种，对应的ONU备电思路和方式也有所不同。

FTTH备电方案

    FTTH ONU普遍采用外置220V转12V的电源适配器供电方式，因此，主要在电源适配器上实现备电。电源适配器上集成蓄电池和管理模块，正常情况下电源适配器接220V市电，为ONU提供12V供电，同时为12V直流蓄电池充电并进行管理，在220V交流供电故障中断时，由12V直流蓄电池供电。

    FTTH ONU直接部署于用户家中，原则上由用户自行承担ONU的日常维护，运营商主要对ONU进行远程的业务配置、设备管理和故障处理等。因此，FTTH的备电应采取差异化服务的策略，对于服务等级高，对业务可靠性要求高的客户可提供备电保障；对于服务等级较低，更关注价格的用户，可不提供ONU备电保障，或由用户自行选择是否备电。

FTTN备电方案

    FTTN是目前湖州农村区域采用的主要模式，FTTN节点所带用户类型多样，有普通农村用户，有厂矿企业用户，设备往往从民用电网或农电网取电，供电质量参差不齐，电压波动、频率抖动、电网谐波严重的情况非常普遍，所以课题小组重点研究农村FTTN备电方案。

    FTTN备电一般采用开关电源与铅酸电池的组合方式。ONU设备通常由开关电源进行直流供电，由于铅酸电池的体积和重量很大，且对环境温度的要求较高，一般只适合于有较好条件的室内机房。对于大量的农村“光进铜退”室外节点，机柜空间和环境条件都不适合铅酸电池使用，因此湖州电信急需寻找一种适应能力强，性价比高的备电方案。

    中兴通讯与湖州电信紧密合作，通过9806H新开发出的交直流双供板，提出了FTTN模式下的磷酸铁锂电池备电解决方案，如图1。

    ZXA10 4810磷酸铁锂电池体积为19英寸1U高，电压-48V，提供10AH电流，适应的温度范围为-25℃~65℃。

    方案中，正常情况下由220V市电给9806H供电，设备掉电或者电压波动情况下，铁锂电池起到后备电源和稳压的作用。在市电恢复之后，由9806H给铁锂电池充电，铁锂电池负责自身的电池管理。这种方式不仅省去了开关电源，大大节省了空间，特别是室外机柜的空间，而且其使用寿命较长，大大降低了后期的维护成本。

中兴通讯铁锂电池备电方案应用

备电试点

    课题组选取了湖州市长兴县排田漾FTTN节点进行铁锂电池备电方案试点。

    该网点设备为中兴通讯9806H，语音容量144线，实装96线；宽带容量24线，实装23线。由于该网点所带企业用户较多，特别是航管站，使用POS机刷卡通航，停电时不能刷卡，船只无法通过船闸，用户意见很大。

    针对以上情况，铁锂电池的解决方案非常合适，配合使用9806H的交直流双供板，将铁锂电池直接安装在19英寸的室外机柜中。现场安装图见图2。

    交流220V供电时，电池充电电压53V；交流中断时，铁锂电池放电电压51V，放电电流为1.4A，现场测试9806H 实际功率为70W；放电2小时后，测试放电电压保持在48V中心值。整个放电时间6小时40分，之后电池电压约为42V，电池进入保护状态。

    从实验结果看，该方案很好地解决了掉电问题，用户满意度大幅提升。

成本分析

    与传统的铅酸蓄电池相比，铁锂电池不仅集成了电池管理功能，在技术和成本上还有很大优势，见表1。

    由于铁锂电池只能对单个ONU进行供电，因此当单个ONU的容量越大，则每个用户的成本越低。开关电源的容量比较大，同时备电的ONU越多，成本越低。表2是FTTN的供电成本分析表。

    无论采用铁锂电池还是铅酸电池，每线一般需要增加30元左右的成本。由于铁锂电池是新型能源，规模使用后，价格会大幅下降。

试点研究结论

    开关电源的备电时间比较长，满足建设容量较大场合的备电需求，适合在室内机房有多个ONU集中放置的场景，但是后期对铅酸电池的维护成本较高。

    铁锂电池适合安装在室外机柜，通过中兴通讯的EPON网管，可对铁锂电池进行监控和管理（显示电池低压告警等），后期维护成本大大降低。
当突然发生较长时间电力中断时，如按传统的方式为备电区域用油机现场发电，不仅增加了人力成本，油机发出的噪声也让人无法忍耐；如果维护单位能多配置几块铁锂电池做备用，在偶然有长时间备电需求的接入点，临时用多个铁锂电池的并联给设备长供电，发挥流动“发电机”的优势，可以快速解决因电力中断引起的通信中断问题。

    铁锂电池不仅适合农村FTTN场景，也适合城区FTTN的场景。因农村电源问题往往比城市地区多，出现的故障也更具代表性，因此对农村备电的研究和探索，也为城区的备电解决提供了借鉴。

    面对农村“光进铜退”之后因掉电引起的通信网质量问题，除了上述解决方案外，中国电信湖州公司将与中兴通讯紧密合作，研发更完善的网点备电解决方案，打造中国一流的信息高速公路，让更多的农民朋友通过中国电信提供的各种融合的宽带多媒体服务，随时随地享受信息文明新成果。