摘要：由理论到实践，浅谈移动通信计费等重要计算机系统的UPS供电改进的必要性及方案。 关键词：单点故障、冗余、热插拔、静态切换 Abstract: the theory to practice, showing the mobile communication billing, and other important computer system UPS power supply, the necessity and the improvement plan.
Keywords: single point of failure, redundancy, hot swaps, static switch
中图分类号： TN929.5文献标识码：A 文章编号：
1 概述
随着我国通信事业的高速发展，各种新兴电信业务不断涌现，用户数量与需求大大提高，为了提高电信企业的管理效率，降低企业的经营成本，为整个网络的高效维护提供一个可靠的数据库平台，成为电信企业迅速发展的重要基石。然而整个网络能否正常的运行，其根本在于是否有一套可靠的动力系统为其供电。本文章针对以下三种类型的数据业务进行供电系统的讨论。
支撑系统；
互联网数据中心；
网管系统。
不同的数据业务，其在网络运行中的重要性也不一样，那么现在就针对以上三种不同的数据业务，讨论其UPS供电系统解决方案。
2 UPS供电系统解决方案
2．1 单机UPS或串连UPS供电系统解决方案
最初的UPS供电系统，由于UPS设备技术有限，所供负载容量较小，加之投资方面的影响，基本采用单机UPS或者串联UPS来解决系统供电问题。串连UPS供电系统示意图：
在串连UPS供电系统中，由于所用设备少，连线简单，因此有操作简便、维护方便、占地面积小、供电比较稳定、投资较少等诸多优点；但是正是由于所用设备少，供电系统的可靠性、安全性就比较低，而且更重要的是在UPS设备至输出母线排的传输通路上存在单点故障点，另外输出母线排本身也是单点故障点，这两个单点故障点的存在，使得UPS供电系统的故障频率大大增加，严重威胁着所供负载的正常运行，这些就是单机UPS或串连UPS供电系统的劣势所在。
2．2 并联UPS供电系统解决方案
随后的UPS供电系统，由于技术不断发展、更新，在已有的UPS供电系统基础之上，逐步发展、完善成为并联UPS供电系统。并联UPS供电系统示意图：
在并联UPS供电系统中，由于是两套UPS的并联冗余运行，这就降低了由于单机UPS或串连UPS供电系统所用单一设备而造成的供电系统故障频率，基本保证了两套UPS设备中至少有一套可以正常运行。同时在UPS设备至输出母线排的传输通路上也解决了单点故障点的存在问题，使得在传输通路上也实现了并联冗余运行。但是并联UPS供电系统的输出母线排是连接两台UPS的必经之路，因此UPS输出母线排仍是一个潜在的单点故障点，如果UPS输出母线排出现故障，则可以导致所供负载不能正常工作。虽然并联UPS供电系统解决了UPS设备本身以及传输通路上的故障点问题，但是在UPS输出母线排这个重要的位置还是没能解决单点故障点问题。
2．3 双路UPS双母线供电系统解决方案
近些年来，UPS供电系统在技术上的日趋完善，在负载的重要性不断增加、容量不断加大、投资额不断上升的情况下，应运而生了双路UPS双母线供电系统。双路UPS双母线供电系统示意图：
在双路UPS双母线供电系统中，供电系统中UPS设备侧是双路UPS并联冗余配置，保证了UPS设备的无单点故障点的稳定运行；在传输通路上也是双路双电缆并联冗余配置，保证了传输通路上的无单点故障点的稳定运行；UPS输出母线排由原来的一段改为现在的两段，也实现了冗余配置。这样，在整个的双路UPS双母线供电系统中，无论是从设备，从传输通路，还是从UPS输出母线排等各个方面，每一个环节都实现了双路并联冗余配置。显然，这种配置消除了在UPS传输通路以及UPS输出母线排上的同时出现单点故障点的可能性，彻底解决了传统供电方式上79%的故障概率问题，确保了所供系统的安全、稳定运行。此外，双路UPS双母线供电系统实现了系统在线扩容、在线维护等的要求，但是此方案投资比较大，而且UPS设备的占地面积比较大，设备间的连线也比较复杂。
3 UPS供电系统的解决方案
3．1 支撑系统UPS供电解决方案
基于支撑系统在数据业务中的重要地位，目前采用双套N+1冗余系统为支撑系统提供高可靠性的电力供应已成为更为可靠的供电方案。
现如今，为了解决配电回路的故障，就要将服务器等设备的电源配置成N+X冗余电源系统，如采用1+1电源模块。服务器的电源冗余一般配备双份或多份支持热插拔的电源。正常工作时，每个电源平均输出一部分功率，从而使每台电源都处于轻松的负荷状态，这样有利于电源稳定工作。若其中一台电源发生故障，则另外几台电源就会在没有任何影响的情况下接替服务器电源的工作，并通过灯光或声音告警。此时，可以在不关闭系统的前提下更换损坏的电源，所以采用热插拔冗余电源可以避免系统因电源损坏而产生的停机现象。
为匹配服务器电源的配置，最佳的支撑系统供电方案应该采用双路UPS双母线供电系统，这样就可以彻底解决供电回路中存在单点故障点的问题。显然，这种双路UPS双母线供电系统与服务器等设备的双路冗余电源实现了最佳的配合，使故障概率降到最低。此外，双路UPS双母线UPS供电系统在操作、维护、安全、稳定等各个方面都有其他UPS供电系统无法替代的优势，但此系统的造价比较高，而且对操作、维护的技术要求也比较高，设备占地面积也比较大。但从支撑系统的重要性、安全性以及一旦系统出现问题而造成的负面影响等角度考虑，以上双路UPS双母线供电系统的劣势就显得微不足道了。
3．2 互联网数据中心UPS供电解决方案
以互联网目前的发展趋势，网络供电安全的重要性也日益显著，因此以前的供电方式已不适应现代互联网容量的需求，供电方案也应该由原来的并联UPS供电方案升级为双路UPS双母线供电方案，当然这里有两种升级方案可供选择：其一是将原有陈旧的一套并联UPS供电系统拆除，另外新增两套并联UPS供电系统，从而实现双路UPS双母线的供电系统解决方案；其二是保留原有的一套并联UPS供电系统，另外再新增一套并联UPS供电系统（新增并联UPS系统容量以负载容量为准，不易过大），同样可以构成双路UPS双母线的供电系统。但如果互联网的容量比较小，影响的范围不是很大，也可以保留现有的并联UPS供电系统。
升级后的双路UPS双母线供电系统不仅可以满足现有网络电力容量需求，而且为网络提供了更加可靠的电力保障。虽然电力改造的初期投资会增加，但在以后的系统运行过程中，成本会大大降低，同时网络的安全性也相应提高，而在中小容量的互联网系统中，则可以继续使用并联UPS供电系统的供电方案。在这里以广东省部分地区的互联网数据中心为例，其原有的UPS供电系统为两套独立的单套并联UPS供电系统，分别带有大约额定容量20％的负载。现在通过改造将其原有的两套独立的单套并联UPS供电系统合成为一套双路UPS双母线供电系统，实现由单套并联UPS向双路UPS双母线过渡。如果其中任何一套UPS需停机，那么他所带的负载将会转到另外一套UPS上，而另外的那套UPS所带的总负载也只有单机UPS额定负载的40％左右，满足供电需求。改造后的双路UPS双母线供电系统消除了单点故障率，充分利用和整合了现有的资源，确保了系统的正常运行，提高了系统运行的安全性和稳定性。但是并不是所有的单套UPS供电系统都可以并机成为双路UPS双母线供电系统的，只有在满足原有每套UPS所带的负载不超过单机UPS额定容量的25％这个最基本的情况下才可以实现顺利并机。下图为广东省某地互联网数据中心UPS供电系统现状示意图：
由上示意图可以看出，在每套并联UPS供电系统中，UPS输出母线排都是一个单点故障点，由于数据量增大，系统重要性上升，要求供电等级较高，此时，为了消除单点故障点，提高供电系统的安全性，将原有的两套独立的单套并联UPS合并成为一套双路UPS双母线供电系统。下图为广东省某地互联网数据中心UPS供电系统改造后示意图：
经过改造后的UPS供电系统，完善了供电系统的配置，整合了供电网络的资源，提高了系统运行的安全性，消除了单点故障点的隐患。
3．3 网管系统UPS供电解决方案
针对网管系统供电重要性的地位，显然对于以上提到的两种系统供电的重要性要弱一些，因此对于以往的网管系统可以暂时维持其现有串联UPS的供电系统，但是对于各省际节点，或者大区节点，则尽可能采用并联UPS的方案来满足用户的需求，因为在串连UPS供电系统中，毕竟存在UPS设备至输出母线排和输出母线排本身两个可能出现的单点故障点，从而加大了系统的故障频率，而并联UPS供电系统中，只是输出母线排本身一个可能出现的单点故障点，相对于串联UPS的供电系统，并联UPS供电系统在安全性，稳定性方面都有优势。如果原有网管系统比较重要，那么尽量将原有UPS供电系统升级为并联UPS供电系统；如果新建网管系统，则直接将其供电系统配置为至少并联UPS供电系统；如果原有网管系统重要性一般，那么可以维持现有的UPS供电系统，直至现有UPS供电系统使用周期结束为止。
另外，对于网络交换机等单电源设备，采用静态切换开关供电，当一路UPS或回路故障时，静态切换开关会将负荷平稳切换到另外一路UPS供电回路上，同样为单电源设备提供了双路的电源供应。在大型数据中心中，为确保可用性要求达到99.99999%，采用从市电输入到负载输入之间所有回路/设备的完全冗余工作。
4 双路UPS双母线供电系统优势及结论
对于双路UPS双母线UPS供电系统，其优点论述如下：上述供电方案是一个数据中心供电通用解决方案。该方案针对移动通信计费数据中心的UPS需求，分别分析了传统UPS供电模式的不足和缺陷，侧重于可靠性故障的解决，以提高UPS系统的可用性，抓住了应用要点。在移动通信计费数据中心方案中，采用完全冗余双路UPS组成的双母线方案，实现了高可用性。最佳数据中心的供电方案应该采用双路UPS组成的双母线供电系统，彻底解决供电回路单点故障问题，能适用于绝大多数机房。方案认为在UPS单机供电、串联或N+1并机供电方案中，均存在输出单点故障问题，而双路UPS组成的双母线供电系统，才是与服务器等设备的双路冗余电源的最佳配合。对于系统中的单电源设备，采用静态切换开关供电，当一路UPS或回路故障时，静态切换开关会将负荷平稳切换到另外一路UPS供电回路上，同样为单电源设备提供了双路的电源供应，对于其他系统，具有很大优势。同样，每一个供电系统方案都有其不足的一面：针对完全冗余双路UPS组成的双母线方案，设备造价很高，占地面积增大，操作维护等问题也随之增多，但相对于为客户提供安全可靠的网络，时时的数据传输，本着以广大用户利益为重的理念，方案的负面影响就显得微不足道了。
综上所述，移动通信计费等重要计算机系统的UPS供电是需要改进的，就个人想法得出结论：
1针对移动通信集团及省、自治区、直辖市级分公司等的移动通信计费系统必须采用完全冗余双路UPS双母线方案，因为这类数据中心机房设备的正常运行与否，关系到移动通信集团、多个省级分公司乃至全国的业务能否正常开展，其重要性不言而喻，这类机房对UPS的性能和配置要求非常高；
2针对省市级分公司及重要二级城市分公司等的移动通信计费系统应该采用完全冗余双路UPS双母线方案，因为这类机房设备的正常运行由于关系到全省或某个城市的业务，因此也很重要，机房对UPS的配置要求也较高，但相对于第一点所提到的移动通信计费系统来说，要求相对要低些，那么UPS供电系统的方案选择还可以有并联UPS的供电形式；
3针对县市级分公司或者大型营业网点等的移动通信计费系统可以采用单机UPS或串连UPS供电，因为这类机房的重要性不像以前那么突出，机房内的网络设备能否正常运行，将影响本县的业务，有一定的重要性，但如果再另外新建大型营业网点，则建议选择并联UPS供电系统的方案，以往的单机UPS或串连UPS供电系统维持到其系统使用年限终止。
作者简介：王怀宇，男，1978年4月，工程师，主要研究方向：通信电源，现就职于中国移动通信集团设计院有限公司电源所