CN111971932B - 通信网络中的组合的电力、数据和冷却传送 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种方法，包括：通过将中央网络设备连接至多个远程通信设备的线缆，将电力、数据和冷却从中央网络设备传送到远程通信设备，每条线缆承载所述电力、数据和数据，并基于对远程通信设备处的电力和冷却的监测，在中央网络设备处接收来自远程通信设备的电力数据和热数据。远程通信设备由电力供电，并且由从中央网络设备传送的冷却进行冷却。本文还公开了一种装置。

Description

通信网络中的组合的电力、数据和冷却传送
技术领域
本公开总体上涉及通信网络，并且更具体地，涉及通信网络中的电力、数据和冷却传送。
背景技术
诸如计算机外围设备、网络接入点和IoT(物联网)设备之类的网络设备可以通过单个组合功能线缆满足其数据连接性和电力需求两者。提供此功能的技术示例是USB(通用串行总线)和PoE(以太网供电)。在常规的PoE系统中，在从几米到大约一百米的范围内，通过数据所使用的线缆来传送电力。当需要更长的距离或使用光缆时，由于传统PoE的容量、覆盖范围和线缆损耗的限制，通常通过本地电源(例如壁装电源插座)供电。当今的PoE系统还具有有限的电力容量，这对于许多类的设备而言可能是不足够的。如果组合功能线缆上的可用电力增加，则传统的对流冷却方法可能不适用于高功率设备。
附图说明
图1示出了可以在其中实现本文描述的实施例的网络的示例。
图2示出了具有冗余中央集线器的图1的网络。
图3示出了从中央集线器到图1的网络中的远程设备的电力、数据和冷却传送的示例。
图4描绘了可用于实现本文描述的实施例的网络设备的示例。
图5是示出根据一个实施例的在远程设备处的电力和冷却监测和控制的框图。
图6A是根据一个实施例的复合线缆的截面图。
图6B是根据另一实施例的复合线缆的截面图。
图6C是根据又一实施例的复合线缆的截面图。
图7是示出根据一个实施例的用于通信网络中的组合的电力、数据和冷却传送的处理的概述的流程图。
在附图的几个视图中，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
概览
在独立权利要求中阐述了本发明的各方面，并且在从属权利要求中阐述了优选特征。一个方面的特征可以单独地应用于每个方面或与其他方面相结合地应用于每个方面。
在一个实施例中，一种方法，通常包括：通过将中央网络设备连接至多个远程通信设备的线缆，将电力、数据和冷却从中央网络设备传送到远程通信设备，每条线缆承载所述电力、数据和冷却，并基于对远程通信设备处的电力和冷却的监测，在中央网络设备处接收来自远程通信设备的电力数据和热数据。远程通信设备由电力供电，并且由中央网络设备传送的冷却进行冷却。
在另一实施例中，一种装置，通常包括：用于将装置连接至向装置传送电力、数据和冷却的线缆的连接器，该连接器包括用于接收光学通信信号的光学接口、用于接收电力以向装置供电的电气接口、以及用于接收冷却剂的流体接口。该装置还包括用于利用冷却剂来冷却装置的电气组件的冷却回路以及用于监测冷却回路并将反馈提供给中央网络设备的监测系统，该中央网络设备通过线缆将电力、数据和冷却传送给该装置。
在又一实施例中，一种装置，通常包括：用于将装置连接至向多个远程通信设备传送电力、数据和冷却的线缆的连接器，该连接器包括用于传送光学通信信号的光学接口、用于传送电力以向远程通信设备供电的电气接口和用于向远程通信设备传送冷却的流体接口。该装置还包括控制系统，该控制系统用于基于从远程通信设备接收到的反馈来修改冷却到远程通信设备的传送。
通过参考说明书的其余部分和附图，可以实现对本文所述实施例的特征和优点的进一步理解。
示例性实施例
呈现以下描述以使本领域普通技术人员能够制造和使用实施例。特定实施例和应用的描述仅作为示例提供，并且各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在不脱离实施例的范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其他应用。因此，实施例不限于所示出的那些，而是应被赋予与本文所述的原理和特征一致的最宽范围。为了清楚起见，没有详细描述与实施例有关的技术领域中已知的与技术材料有关的细节。
在用于同时传输电力和数据通信的传统以太网供电(PoE)系统中，电力通过用于数据的同一根双绞线线缆传送。这些系统的范围被限制在几米到约100米。标准PoE的最大功率传送能力约为100瓦，但是许多类的受电设备将从1000瓦或更高的功率传送中受益。在常规系统中，当需要更大的距离时，光纤线缆用于传送数据，并且当需要更大的功率传送额定值时，通过本地电源向远程设备供电。
如前所述，希望将多功能线缆上可用的功率增加到数百瓦甚至数千瓦。此功能可能使网络部署中的许多新选择成为可能，在这些网络部署中，主要设备(例如工作组路由器、多插槽服务器、大显示器、无线接入点或雾节点)通过多功能线缆进行操作。这种能力将大大降低安装复杂性，并提高拥有更多设备集的总体拥有成本，这些设备的电力和数据连接需求都可以通过中央集线器来满足。
除了上述数据和电力供应能力之外，还需要冷却。对于大功率器件，尤其是那些具有高热密度封装或总功耗超过数百瓦的器件，传统的对流冷却方法可能是不够的。在存在特殊冷却挑战的情况下，这种情况尤其明显，例如使用被密封且不能依赖于抽出外界空气(例如，全季节户外包装)的设备、气密密封的设备(例如，用在食品加工或爆炸性环境中)、或在风扇噪声是一个问题的地方(例如，办公室或住宅环境)，或以上与极端环境温度环境的任何组合。在这些情况下，通常使用复杂且昂贵的专用冷却系统。
本文所述的实施例提供冷却能力以及数据和电力，从而显著增强多功能线缆的功能。在一个或多个实施例中，在本文中被称为PoE+光纤+冷却(PoE+F+C)的线缆系统在单个线缆内提供高电力能量传送、光纤传送的数据和冷却。PoE+F+C系统允许高功率设备位于远程位置、极端温度环境或噪声敏感环境中，通过承载数据和电力的同一线缆满足其冷却要求。如下面详细描述的，冷却剂流过承载电力和数据的线缆到达远程通信设备，以提供单个多用途线缆，该线缆提供高功率节点所需的所有功能(包括冷却)。将单个线缆用于远程设备所需的所有互连功能可以大大简化设备的安装和正在进行的操作。
现在参考附图，并且首先参考图1，示出了可以在其中实现本文描述的实施例的网络的示例。为了简化，仅示出了少量节点。实施例在包括多个网络设备的数据通信网络的上下文中操作。网络可以包括经由任何数量的节点(例如，路由器、交换机、网关、控制器、接入点或其他网络设备)进行通信的任何数量的网络设备，这些节点有助于数据在网络内的通过。网络设备可以在一个或多个网络(例如，局域网(LAN)、城域网(MAN))、广域网(WAN)、虚拟专用网络(VPN)(例如，以太网虚拟专用网络(EVPN)、层2虚拟专用网(L2VPN))、虚拟局域网(VLAN)、无线网络、企业网络、公司网络、数据中心、物联网(LOT)、光学网络、互联网、内联网或任何其他网络)上通信或与一个或多个网络通信。
网络被配置为从中央网络设备10向多个远程网络设备12(例如，交换机、路由器、服务器、接入点、计算机外围设备、物联网(LOT)设备、雾节点或其他电子组件和设备)提供电力(例如，大于100瓦的电力)、数据(例如，光数据)和冷却。信号可以在通信设备之间交换，并且电力可以从供电设备(例如，中央集线器10)传输到用电设备(例如，远程通信设备12)。如以下详细描述的，PoE+F+C系统将电力、数据和冷却传送到网络(例如交换机/路由器系统)，该网络被配置为通过包括光纤、电线(例如铜线)和冷却剂管的线缆系统接收数据、电力和冷却。
如图1的示例所示，PoE+F+C系统包括经由多条线缆14与远程设备12通信的中央集线器10，每条线缆被配置用于传送电力、数据和冷却。中央集线器10可以与任何数量的远程设备12通信。例如，中央集线器10可以服务于从几个远程设备12到数百个远程设备(或其间的任何数量)的任何地方。远程设备12还可以与一个或多个其他设备(例如，雾节点、IoT设备、传感器等)通信。网络可以包括任何数量或布置的网络通信设备(例如，交换机、接入点、路由器或可用于路由(交换、转发)数据通信的其他设备)。远程设备12可以位于大于100米(例如1km、10km或任何其他距离)的距离处，和/或以大于100瓦的功率水平(例如250瓦、1000瓦或任何其他功率水平)操作。在一个或多个实施例中，不需要用于通信网络的附加电线，并且所有网络通信设备都使用由PoE+F+C系统提供的电力来操作。
一个或多个网络设备还可以使用PoE向设备传送电力。例如，网络设备12中的一个或多个可以使用PoE向电子组件(例如，IP(互联网协议)相机、VoIP(IP语音)电话、摄像机、销售点设备、安全访问控制设备、住宅设备、楼宇自动化设备、工业自动化、工厂设备、灯(建筑物灯、街灯)、交通信号灯以及许多其他电气组件和设备)传送电力。
在图1所示的示例中，中央集线器10包括用于接收电力(例如，来自电网的建筑物电力、可再生能源、发电机或电池)的电源单元(PSU)(配电模块)15、用于从网络(例如，互联网)接收数据或向网络(例如，互联网)发送数据的网络接口(例如，结构、线卡)16、以及与冷却设备流体连通的热交换器18。
中央集线器10可用于从内部电力系统提供高容量电力(例如，PSU提供超过并包括5kW(例如，10kW、12kW、14kW、16kW)；或PSU提供超过并包括100W(例如，500W，1kW)的可用电力或任何其它合适的电力容量)。PSU 15可以提供例如PoE、脉冲电力、DC电力或AC电力。中央集线器10(PSE(供电设备))可用于从通信网络接收外部电力，并通过通信网络中的线缆14将电力连同数据和冷却一起传输到远程网络设备(PD(受电设备))12。中央集线器10可以包括例如路由器、汇聚设备或可用于传送电力、数据和冷却的任何其他合适的网络设备。下面参考图3描述中央集线器10的附加组件和功能。
从中央集线器10延伸到远程通信设备12的线缆14被配置为在单个线缆(组合线缆、多功能线缆、多用途线缆、混合线缆)中传输电力、数据和冷却。线缆14可以由适合于承载电力、数据(铜、纤维)和冷却剂(液体、气体或多相)并且可以承载任何数量的电线、光纤和任何布置的冷却管的任何材料形成。在图6A、图6B、图6C中示出了线缆配置的示例，并且在下面进行描述。
在一个实施例中，在光学收发器(光学模块、光学器件、光学模块、收发器、硅光子光学收发器)处接收电力和数据，该光学收发器被配置为提供或接收电力，如美国专利申请No.15/707,976(“Power Delivery Through an Optical System(通过光学系统的电力传送)”，于2017年9月18日提交)中所述，其全部内容通过引用结合于此。收发器模块用作将光学信号双向转换为电信号的引擎，或者通常作为到网络元件铜线或光纤的接口。在一个或多个实施例中，光学收发器可以是任何形状因数的可插拔收发器模块(例如，SFP(小形状因数可插拔)、QSFP(四路小形状因数可插拔)、CFP(C形状因数可插拔)等)，并且可以支持高达例如400Gbps的数据速率。这些可插拔光学模块的主机包括中央集线器10或网络设备12上的线卡。主机可以包括印刷电路板(PCB)以及可用于与电信网络中的电信线路接口的电子组件和电路。主机可以被配置为执行一个或多个操作，并接收被配置用于发送和接收信号的任何数量或类型的可插拔收发器模块。
光学收发器还可以被配置为与在UWB(超宽带)应用中使用的AOC(有源光缆)和形状因数一起操作，包括例如超HDMI(高清晰度多媒体接口)、串行高带宽线缆(例如，雷电接口)和其它形状因数。同样，可以注意到，光学收发器可以被配置为在点对多点或多点对点拓扑中操作。例如，QFSP可能突破到SFP+。一个或多个实施例可以被配置为允许负载转移。
在一个实施例中，一个或多个网络设备可以包括双角色电源端口，其可以选择性地可配置为作为PSE(供电设备)端口操作以向连接的设备提供电力或者作为PD操作(受电设备)端口以从连接的设备汲取电力，并在系统控制下实现能量流的反向，例如，如美国专利No.9,531,551(“Dynamically Configurable Power-over-Ethernet Apparatus andMethod(可动态配置的以太网供电装置和方法)”，于2016年12月27日公布)中所述。双角色电力端口可以是PoE或PoE+F端口，例如，使得它们能够协商其对例如PoE或更高功率POE+F的选择，以便使线卡16上的端口配置与每个远程网络设备12上的相应端口相匹配。
除了被配置为从中央集线器10接收电力、数据和冷却的远程通信设备12之外，网络还可以包括一个或多个网络设备，该网络设备包括仅处理和发送数据的常规网络设备。这些网络设备从本地电源(例如壁装电源插座)接收电力。类似地，一个或多个网络设备可以消除数据接口，而仅互连电力(例如，将数据移动互连到无线网络)。此外，例如，一个或多个设备可以被配置为仅接收电力和数据，或者仅接收电力和冷却。
图2图示了冗余PoE+F+C系统的示例。容错是关键远程设备的关注点。需要电力和数据的冗余连接，以防止中央集线器、其到互联网的数据连接或主电源出现故障。如果冷却剂流动停止，或者供给的冷却剂太热，则远程设备的高功率组件可能在几秒钟内超过其安全工作温度。在中央集线器10a或任何单个线缆发生故障的情况下，图2的示例中所示的网络提供备用电力、数据和冷却。关键远程网络设备12可以具有为其服务的两条组合的线缆14a，14b，如图2所示。每条线缆14a、14b可以位于独立的中央集线器10a，10b上，其中每个中央集线器提供数据、电力和冷却。在非常关键的应用中，可以使用不同的物理路径将线缆14a和14b布线到每个远程网络设备12，因此沿线缆路径的一点处的机械损坏不会中断到远程设备的数据、电力或冷却剂。
在一个实施例中，远程设备12处的每个散热器或热交换器(在图3示出并在下面描述)都包括两个隔离的流体通道，每个通道都链接到冗余中央集线器10a，10b中的一个。如果冷却剂流动从一个集线器停止，则另一集线器可以供给足够的冷却剂(例如，通过下文所述的控制系统节流)以保持关键组件可操作。隔离对于防止一个流体回路中发生的压力损失也影响冗余回路中的压力是必要的。
线缆护套可以包括两个小的感测导体，用于识别冷却系统中的泄漏。如果冷却剂管发生泄漏，则护套内的冷却剂导致信号在这些导体之间通过，并且中央集线器10a，10b处的设备(例如，TDR(时域反射计)可以用于定位线缆故障的精确位置，从而便于维修。
在一个或多个实施例中，中央集线器10a、10b可以根据网络中的需要提供额外的电力、带宽或冷却。电路14a、14b两者都可以同时用于向设备电力电路提供电力以提供更高的电力能力。类似地，冗余数据光纤可以提供更高的网络带宽，并且冗余冷却剂回路可以提供更高的冷却能力。控制系统(如下所述)管理故障，并在必要时将数据、电力和冷却恢复到较低水平。在另一示例中，冗余中央集线器10a，10b可以形成双星拓扑。
应当理解，图1和图2中所示以及上面描述的网络设备和拓扑仅是示例，并且本文描述的实施例可以在包括不同网络拓扑或不同数量、类型或布置的网络设备的网络中实现，而不脱离实施例的范围。例如，网络可以包括任何数量或类型的网络通信设备，这些设备可以促进数据在网络(例如，路由器、交换机、网关、控制器)、充当端点或主机的网络元件(例如，服务器、虚拟机、客户端)以及与任何数量的网络进行通信的任何数量的网络站点或域上的传送。因此，网络节点可以在任何合适的网络拓扑中使用，其可以包括任何数量的服务器、虚拟机、交换机、路由器或互连以形成大型复杂网络的其他节点(其可以包括云或雾计算)。例如，Poe+F+C系统可以用于雾节点部署，其中计算、联网和存储从云移动到更靠近IoT传感器和致动器的位置。雾节点可以向PoE设备(例如路灯、交通信号、5G小区、接入点、基站、摄像机或服务智慧建筑、智慧城市或任何其他部署的任何其他电子设备)提供电力。可以支持多个分支拓扑(未示出)，其中，例如中央集线器向多个中间集线器提供PoE+F+C线缆，该多个中间集线器将电力、数据和冷却容量划分到服务远程网络设备的其他PoE+F+C线缆。
图3示意性地示出了根据一个实施例的从中央集线器10向远程设备12传输电力、数据和冷却的线缆14。在该示例中，中央集线器10包括用于从电网接收电力的配电模块30、用于从网络(例如，互联网)接收数据并向网络(例如，互联网)发送数据的网络接口31、以及用于与冷却设备流体连通的热交换器32。配电模块30向远程设备12处的电源模块33提供电力。中央集线器10处的网络接口31与远程设备12处的网络接口34通信。中央集线器10处的热交换器32与远程设备12处的一个或多个散热器35形成冷却回路。如下所述，中央集线器10可以为冷却回路以及组合线缆14的电力和数据传输功能提供控制逻辑。
在图3所示的示例中，线缆14包括两条电力线(导体)36，两条数据线(光纤)37和两根冷却剂管(供给38a和返回38b)，这些冷却剂管分别耦合到位于中央集线器10和远程设备12处的连接器39a和39b。通过两根冷却剂管38a，38b建立闭合的冷却剂回路，冷却剂管38a、38b与提供到网络的双向数据连通性的光纤37和从电网提供电力的导体36共享同一组合线缆护套。
在一个或多个实施例中，各种传感器28a监测在回路周围的战略点处的总的和单独的分支冷却剂温度、压力和流速量。其它传感器28b监测电力传送系统在电力导体36的任一端处的电流和电压。如下所述，一个或多个阀可以用于基于远程设备12的瞬时需要来控制传送到远程设备12的冷却量。冷却剂可以包括例如水、防冻剂、液态或气态制冷剂、或混合相冷却剂(沿回路从液体部分地变为气体)。
中央集线器10维持低温冷却剂源，该低温冷却剂源通过分配管道(例如歧管)，通过连接器39a并沿线缆14冷却剂供给管线38a向下发送到远程设备12。远程设备12上的连接器39b耦合到线缆14，并且供给冷却剂被引导通过设备内部的元件(例如散热器35和去除热量的热交换器(下面参照图5进一步描述))。加热的冷却剂可以通过返回歧管聚集，并从设备的连接器39b并通过线缆14中的返回管38b返回到中央集线器10。线缆14将冷却剂返回到中央集线器10，在中央集线器10中，返回的冷却剂传递通过热交换器32以将热量从冷却剂回路移动到外部冷却设备，并且循环重复进行。热交换器32可以是液体-液体热交换器，例如，其中热量被传递到冷却水或冷却塔回路。热交换器32也可以是液体-空气热交换器，其中设置有风扇以将废热排到大气中。从线缆14返回的热冷却剂可以由传感器28a监测温度、压力和流量。一旦冷却剂释放其热量，它可以通过泵29和传感器28a返回，并且然后送回到冷却回路。一个或多个变速泵29可以设置在中央集线器10或远程设备12处，以使流体在冷却回路周围循环。
在可选实施例中，在线缆14内仅提供单个冷却剂管，并且高压空气(例如，由具有中间冷却器的中央压缩机供给)用作冷却剂。当空气进入远程设备12时，允许其膨胀和/或直接撞击在设备内部的散热元件上。冷却可以通过经由空气的质量流而强制对流来实现，并且当高压空气膨胀到大气压时，可以通过焦耳-汤姆森效应提供额外的温度降低。一旦空气完成了其冷却任务，就可以通过一系列止回阀和消声器(未示出)将其排放到远程设备12外部的大气中。
在寒冷的环境中，可以供给高于环境温度的冷却剂以加热远程设备12。在远程设备12处于寒冷气候或工厂的寒冷部分的情况下以及这些设备具有对冷敏感的组件(例如光学器件或磁盘驱动器)的情况下，这是有价值的。与在每个设备处提供电加热器(如在常规系统中使用的)相比，这可能更节能。
来自所有远程设备12的冷却回路可以彼此隔离或通过歧管和大型中央热交换器混合以提高整体系统热效率。中央集线器10还可以包括一个或多个支持系统，以根据线缆14和远程设备12的安装和维护的需要来过滤冷却剂、供给新鲜冷却剂、调整抗腐蚀化学物质、从回路排出空气、或填充和排放回路。
中央集线器10和远程设备12处的连接器39a和39b被配置为与线缆14配合，用于发送和接收电力、数据和冷却。在一个实施例中，连接器39a、39b在同一连接器体中承载电力、光纤和冷却剂。连接器39a、39b优选地被配置为通过手或机器人操纵器容易地配合和解配合(耦合、解耦合)。
为了防止当线缆14从中央集线器10或远程设备12解耦合时冷却剂泄漏，冷却剂管线38a，38b和连接器39a，39b优选包括自动切断流入和流出线缆以及流入和流出设备或集线器的流量的阀(未示出)。在一个或多个实施例中，连接器39a、39b可以被配置为允许连接排序和反馈发生。例如，在建立经验证的密封冷却剂回路之前，不能进行电气连接。线缆连接器39a、39b还可以包括线路是否被加压的视觉或触觉证据，从而减少用户安装或维护错误的可能性。
在一个或多个实施例中，包括位于中央集线器的控制器上和远程设备的处理器上的组件的分布式控制系统可以通过组合线缆14中的光纤链路37进行通信。中央集线器10和远程设备12处的传感器28a可以用在控制系统中以监测温度、压力或流量。伺服阀或变速泵29可以用于确保冷却剂流速与远程热负载的要求相匹配。如前所述，温度、压力和流量传感器28a可以用于测量冷却回路的多个级(例如，在中央集线器10的入口和远程设备12的入口)处的冷却剂特性，并且这些传感器的子集也可以策略性地放置在出口和中间点处。远程设备12可以包括例如温度传感器以监测关键半导体的管芯温度、关键组件(例如，光学模块、磁盘驱动器)的温度或设备的密封外壳内部的空气温度。控制系统可以监测远程设备的内部温度并调整冷却剂流以维持设定点温度。该反馈系统可以确保始终存在正确的冷却剂流。太多的冷却剂流将浪费能量，而太少的冷却剂流将导致远程设备12中的关键组件过热。
机器学习也可以在控制系统内使用，以补偿在冷却剂流速变化和远程设备的温度对该变化作出反应之间的可能较长的响应时间。控制算法的输出可以用于调整泵29以将正确体积的冷却剂移动到设备12，并且还可以用于调整远程设备内的阀以将冷却剂的不同部分引导到不同的内部散热器，以在多个热负载之间适当地平衡冷却剂的使用。
控制系统还可以包括一个或多个安全特征。例如，如果离开中央集线器10的冷却剂流与在远程设备12处接收的流不紧密匹配，这可以指示系统中的泄漏，则控制系统可以立即停止冷却剂流并开始净化循环。如果内部温度超过预定上限，则控制系统也可以关闭远程设备；或者如果超过冷却剂回路中的压力限制，则控制系统也可以打开安全阀。该系统还可以在冷却系统中的问题变得严重之前，预测性地检测冷却系统中的问题，例如由线缆14的扭结引起的压力升高、由散热器35腐蚀引起的热传递减少、或泵29中即将发生轴承故障。
组合线缆14所提供的所有三个公用设施(电力、数据、冷却)可以与控制系统进行交互，以保持系统的安全和高效。例如，传感器28b可以位于中央集线器的配电模块30和远程设备12的电源33中。初始系统建模和表征可以用于提供期望的电力、流量特性和热性能运行范围，这可以提供用于新设备的初始配置，以及用于设置系统警告和停机限制的参考。通过机器学习和其他技术，可以随着时间的启发而改进和微调该初始特征包络。如果系统检测到电力导体36中有额外的电力流(例如，由于远程设备12中的CPU负载突然增加)，则控制系统可以在预期散热器35温度即将增加的情况下主动增加冷却剂流量，甚至在温度传感器对其进行记录之前。各种传感器和控制系统之间的这种互锁有助于提高整个系统的整体响应度和稳定性。
图4示出了可以用于实现本文所述的实施例的网络设备40(例如，图3中的中央集线器10、远程设备12)的示例。在一个实施例中，网络设备40是可编程机器，其可以以硬件、软件或其任意组合来实现。网络设备40包括一个或多个处理器42、控制系统43、存储器44、冷却组件(泵、阀、传感器)45和接口(电气、光学、流体)46。在一个或多个实施例中，网络设备40可以包括PoE+F光学模块48(例如，被配置为从电源47接收电力和数据的光学模块)。
网络设备40可以包括任何数量的处理器42(例如，单处理器或多处理器计算设备或系统)，其可以与用于处理分组或分组报头的转发引擎或分组转发程序进行通信。处理器42可以从软件应用或模块接收指令，该指令使处理器执行本文所述的一个或多个实施例的功能。处理器42也可以操作控制系统43的一个或多个组件。控制系统(控制器)43可以包括位于中央集线器10和远程设备12处并且通过组合线缆14(图1和图4)互连的组件(模块、代码、软件、逻辑)。冷却组件45可以包括冷却回路内的任何数量的传感器和致动器，以向控制系统43提供输入并对其命令作出反应。
存储器44可以是易失性存储器或非易失性存储装置，其存储各种应用、操作系统、模块和数据以供处理器42执行和使用。例如，光学模块48的组件、用于冷却组件45的控制逻辑或控制系统43的其它部件(例如，代码、逻辑或固件等)可以存储在存储器44中。网络设备40可以包括任何数量的存储器组件。
逻辑可以被编码在一个或多个有形介质中以供处理器42执行。例如，处理器42可以执行存储在诸如存储器44之类的计算机可读介质中的代码。计算机可读介质可以是例如电子(例如，RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器))、磁性、光学(例如，CD、DVD)、电磁、半导体技术或任何其他合适的介质。在一个示例中，计算机可读介质包括非暂态计算机可读介质。逻辑可以用于执行下面参考图7的流程图描述的一个或多个功能或其他功能(例如，如本文描述的电力水平协商、安全子系统或热控制)。网络设备40可以包括任何数量的处理器42。
接口46可以包括任何数量的接口(例如，电力、数据和流体连接器、线卡、端口，用于连接至图3中的线缆14的组合连接器39a、39b)，用于接收数据、电力和冷却并将数据、电力和冷却发送到其他设备。网络接口可以被配置为使用各种不同的通信协议来发送或接收数据，并且可以包括用于通过耦合到网络或无线接口的物理链路传送数据的机械、电气和信令电路。接口46中的一个或多个可以被配置用于PoE+F+C、PoE+F、PoE、PoF或类似操作。
光学模块48可以包括如下所述的用于电力检测、电力监测和控制或电力启用/禁用的硬件或软件。光学模块48还可以包括一个或多个处理器、或存储器组件、或接口(例如用于在光纤连接器处从线缆接收电力和光学数据、用于将电力和信号数据传送到网络设备，或将控制信号发送到电源)。可以通过电源47将电力提供给光学模块，并且光学模块(例如，PoE+F光学模块)48可以向网络设备40处的其余组件提供电力。
应当理解，图4所示和上面描述的网络设备40仅是示例，并且可以使用不同配置的网络设备。例如，网络设备40还可以包括用于促进本文描述的能力的硬件、软件、算法、处理器、设备、组件或元件的任何合适的组合。
图5是示出根据一个实施例的在远程设备50处的PoE+F+C组件的框图。系统组件在受电设备加电期间提供与电源(例如图1中的网络设备10)的通信，并且还可以提供故障保护和检测。网络设备50包括用于接收光学数据并将其转换为电信号(或将电信号转换为光学数据)的光学/电气组件51以及包括电力检测模块52、电力监测和控制单元53以及电力启用/禁用模块54的电力组件。电力组件52、53、54可以经由隔离组件(例如，隔离材料或元件)与光学组件51隔离，该隔离组件将电力电路与光学组件电磁隔离以防止干扰光学器件的操作。
电力检测模块52可以检测电力，给光学组件51通电并向电源返回状态消息。可以通过电力线上或光学通道上的状态变化来提供返回消息。在一个实施例中，电力启用/禁用模块54不启用电力，直到光学收发器和电源已经确定设备被正确连接并且要被供电的网络设备准备好被供电。在一个实施例中，设备50被配置为计算可用功率并防止线缆系统在其不应该被供电时(例如，在冷却故障期间)被通电。电力检测模块52还可用于检测施加到设备50的电力的类型，确定PoE或脉冲电力是否是更有效的电力传送方法，并且然后一旦启用电力就使用选定的电力传送模式。附加模式可以支持其他电力+数据标准(例如，USB(通用串行总线))。
电力监测和控制设备53连续监测电力传送，以确保系统能够支持所需的电力传送，并且不超过安全限制(电压、电流)。电力监测和控制设备53还可以监测光学信令，并且如果缺少光学转换或与电源的通信，则禁用电力。温度、压力或流量传感器57、60还可以向电力监测和控制模块53提供输入，使得如果设备50处的温度超过指定限制，则可以禁用电力。
通过冷却(冷却剂)回路58中的冷却(冷却剂)管向设备50提供冷却，该冷却回路58通过冷却阀(散热器、热交换器)56、59向受电设备提供冷却，并将暖的(热的)冷却剂返回到中央集线器。网络设备50还可以包括用于管理冷却的多个组件。网络设备50内的冷却回路58可以包括任何数量的传感器57，60，用于监测回路周围的战略点(例如，在关键组件位置处进入和离开设备)处的总的和单个分支温度、压力和流速。例如，传感器57可以用于检查远程设备50接收的冷却剂量与中央集线器提供的冷却剂量大致相同，以帮助检测线缆中的泄漏或堵塞，并确认温度和压力在指定限制内。
分布管道将冷却回路58中的冷却剂引导到网络设备50内的各种热控制元件，以主动地调节通过各个流路的冷却。例如，分配歧管55可以被包括在网络设备50中以将冷却剂引导到冷却阀56和热交换器59。如果歧管具有多个输出，则每个都可以被配备有阀62(手动或伺服控制)以调节各个流路。热控制元件可以包括液冷式散热器、热管或直接附接到最热组件(CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)、电源、光学组件等)以直接移除其热量的其他设备。网络设备50还可以包括在冷板中或在设备外壳的壁中的通道，以冷却它们接触的任何东西。可以提供空气到液体热交换器来冷却密封箱内的空气，该空气到液体热交换器可以通过小的内部风扇来增强。一旦冷却剂通过这些元件并去除设备的热量，它可以通过另外的温度、压力或流量传感器，通过另一歧管，并流出到冷却剂返回管。在图5所示的示例中，冷却系统包括泵61，其可用于帮助驱动冷却剂绕过冷却回路58或返回到中央集线器。
分配歧管55可以包括任何数量的单个歧管(例如，供给歧管和返回歧管)以提供针对网络设备50内的一个或多个组件的任何数量的冷却分支。此外，冷却回路58可以包括任何数量的泵61或阀62，以控制冷却回路的每个分支中的流量。该流量可以通过感测临界热负载的温度(例如，高功率半导体的管芯温度)的主动反馈回路来设置，并连续调节用于散热器或热交换器59的回路中的流量。泵61和阀62可以通过控制系统来控制，并响应于在网络设备50处的监测，基于从中央集线器接收的控制逻辑来进行操作。
应当理解，图5所示的网络设备50仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，网络设备可以包括不同的组件或组件的布置。例如，冷却系统可以包括位于冷却剂回路内的各个位置或被布置为对设备的各个元件或部分进行冷却的任何数量的泵、歧管、阀、散热器、热交换器或传感器。此外，网络设备50可以包括用于与中央集线器处的控制系统进行通信以优化网络设备处的电力传送和冷却的任何数量的电力传感器或控制模块。
图6A、图6B和图6C示出了多功能线缆14的三个示例，其可以用于在如图1、图2和图3所示的中央集线器10和远程设备12之间承载公用设施(电力、数据和冷却)。线缆可以是几千米长或任何其它合适的长度。
在图6A、图6B和图6C所示的示例中，线缆包括用于数据的光纤65(对于常规系统，在每个方向上有至少一个，或对于双向光纤系统，在每个方向上有至少一个)、电力导体66(用于每个极性)(例如，用于脉冲电力的粗绞线)、冷却剂管67(对于液体系统，在每个方向上有至少一根，或者对于压缩空气系统，在每个方向上有至少一根)和保护罩68。这些组件连同可用于将选定元件彼此隔离、管理元件之间的导热性或提供保护和强度的一个或多个附加组件包含在线缆的外部护套64内。
如图6A-图6C所示，这些组件可以具有各种截面形状和布置。例如，冷却剂管67可以是如图6A和图6C所示的圆柱形，或者具有如图6B所示的半圆形截面形状。冷却剂管67还可以具有更复杂形状的截面(例如“C”或“D”形状)，这可以产生更大的空间和热效率更高的线缆。复杂形状的冷却剂管轮廓还可以包括圆角，以减小流动压头损失。可以调节供给和返回管壁材料导热性，以优化整个系统冷却。
如下所述，线缆可以被配置为通过供给-返回管-管传导、外部环境传导、冷却剂管-电力线传导或这些或其他条件的任何组合来防止热损失。
在长线缆上，当冷却剂供给管经由线缆中的内部传导从较热的冷却剂返回管接收热量时，可能产生一种不受欢迎的逆流热交换，其趋向于沿着线缆的长度使两个温度相等(称为供给-返回管-管传导)。例如，供给冷却剂可以由沿相反方向流动的返回冷却剂预热，使得其在冷却远程设备方面的效率低得多。在一个实施例中，如图6A、图6B和图6C所示，位于两个冷却剂管67之间的绝热材料69可以用于防止不期望的热传导。绝热材料69可以是例如泡沫弹性体或任何其他合适的材料。
外部线缆温度可能影响热能流入和流出线缆，从而可能降低系统的冷却效率。如图6A所示，将绝热材料69放置在冷却剂管和外部护套64之间可以用于控制该流动。但是，在某些情况下，如图6B所示，可能需要故意向一个或两个冷却剂管67提供到外部的低热阻路径。区域70利用导热材料代替隔热材料。这例如在其中创建了线性地面耦合热交换器的埋入式或海底线缆中可能是有用的。来自设备的热量通过循环流体被传递到地面，并且在中央集线器处需要减少的机械冷却。
可以通过线缆的设计来控制的第三种热传递模式是在电力导体与冷却剂管之间。优选地将电力导体的截面尺寸最小化，以减小铜的体积、重量和成本，并提高线缆的柔韧性。但是，较小的导体具有较高的电阻，并且I2R损耗将加热线缆的长度(在数千米的距离上传送千瓦级功率的系统中可能是数百瓦)。如图6C中的区域71所示，通过在电力导体66和冷却剂管67之间在线缆内部提供导热路径，回路的一些冷却电力可以用于使线缆中的电力导体保持冷却。在该示例中，导热路径71在返回冷却剂管67和电力导体66之间延伸。绝缘和导热材料的选择性使用可以用于控制线缆内的传导。另外，如图6C中的层72所示，可以应用反射材料和涂层(例如，镀铝的聚酯薄膜)以控制辐射热传递模式。
在一个或多个实施例中，为了减少流体摩擦效应，管内部可以用疏水涂层处理，并且冷却剂可以包括表面活性剂。此外，供给和返回冷却剂管67可以由具有不同导电特性的材料构成，使得可以对整个线缆组件进行热调谐以增强系统性能。
应当理解，图6A-图6C所示的电力线、光纤、冷却剂管和绝缘区域、屏蔽、涂层或层的配置、布置以及数量和尺寸仅是示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下可以使用其他配置。
图7是示出根据一个实施例的用于在通信网络中传送组合的电力、数据和冷却的处理的概述的流程图。在步骤74中，在组合线缆14中将电力、数据和冷却从中央网络设备10传送到多个远程通信设备12(图1和图7)。中央网络设备10基于远程设备处的电力和冷却的监测，通过线缆接收来自远程设备的电力数据和热数据(步骤76)。中央网络设备10根据需要调整远程设备处的电力和冷却的传送(步骤78)。远程通信设备由电力供电，并由中央网络设备传送的冷却进行冷却，从而消除了对单独电源或外部冷却的需求。
应当理解，图7中所示的处理仅是用于传送组合的电力、数据和冷却的处理的示例，并且在不脱离实施例的范围的情况下可以添加、去除、组合或修改步骤。
总之，在一个实施例中，一种方法，包括：通过将中央网络设备连接至多个远程通信设备的线缆，将电力、数据和冷却从中央网络设备传送到远程通信设备，每条线缆承载所述电力、数据和冷却，并基于对远程通信设备处的电力和冷却的监测，在中央网络设备处接收来自远程通信设备的电力数据和热数据。远程通信设备由电力供电，并且由中央网络设备传送的冷却进行冷却。还公开了一种装置。
尽管根据所示的实施例描述了方法和装置，但是本领域的普通技术人员将容易认识到，在不脱离实施例的范围的情况下，可以对实施例进行改变。因此，包含在以上描述中并在附图中示出的所有内容应被解释为说明性的，而不是限制性含义。

Claims (9)

1.一种传送电力、数据和冷却的方法，包括：
通过将中央网络设备连接至多个远程通信设备的线缆，将电力、数据和冷却从所述中央网络设备传送到所述远程通信设备，每条线缆承载所述电力、数据和冷却，其中，所述远程通信设备由所述电力供电并且由从所述中央网络设备传送的所述冷却进行冷却，并且其中，通过供给冷却剂管和返回冷却剂管来提供用于每个远程通信设备的所述冷却，所述供给冷却剂管和所述返回冷却剂管在所述中央网络设备和所述远程通信设备之间形成冷却剂回路；
监测所述冷却剂回路的温度、压力和流速，所述冷却剂回路将所述冷却传送到所述远程通信设备；
基于对所述远程通信设备处的电力和冷却的监测，在所述中央网络设备处接收来自所述远程通信设备的电力数据和热数据；以及
基于对所述冷却剂回路的监测，调整所述冷却到所述远程通信设备中的至少一个的传送。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述热数据，调整所述冷却到所述远程通信设备中的至少一个的传送。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：基于所述电力数据，调整所述冷却到所述远程通信设备中的至少一个的传送。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：基于机器学习，调整所述冷却到所述远程通信设备中的至少一个的传送，以补偿传送所述冷却中的变化和所述热数据之间的响应时间。
5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：基于从所述远程通信设备接收到的流量数据来识别冷却剂泄漏，并且停止将所述冷却传送到所述远程通信设备中的至少一个。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电力通过光纤传输。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述中央网络设备位于距所述多个远程通信设备中的每一个至少1km处，并且其中，所述电力包括至少100瓦的电力输出。
8.一种传送电力、数据和冷却的装置，包括：
用于通过将中央网络设备连接至多个远程通信设备的线缆，将电力、数据和冷却从所述中央网络设备传送到所述远程通信设备的设备，每条线缆承载所述电力、数据和冷却，其中，所述远程通信设备由所述电力供电并且由从所述中央网络设备传送的所述冷却进行冷却，并且其中，通过供给冷却剂管和返回冷却剂管来提供用于每个远程通信设备的所述冷却，所述供给冷却剂管和所述返回冷却剂管在所述中央网络设备和所述远程通信设备之间形成冷却剂回路；
用于监测所述冷却剂回路的温度、压力和流速的设备，所述冷却剂回路将所述冷却传送到所述远程通信设备；
用于基于对所述远程通信设备处的电力和冷却的监测，在所述中央网络设备处接收来自所述远程通信设备的电力数据和热数据的设备；以及
用于基于对所述冷却剂回路的监测，调整所述冷却到所述远程通信设备中的至少一个的传送的设备。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括用于实现根据权利要求2至7中任一项所述的方法的设备。
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