模块化数据中心通信电源供电技术分析

马晓宇

关键词：模块化数据；中心通信；电源供电技术

模块化数据中心通信电源供电技术以其灵活多变、节能环保等优点，在现代信息社会中发挥着越来越重要的作用。数据中心作为一个庞大的复杂系统，为用户提供了丰富而又可靠的数据服务，同时也给我们带来了许多方便，如高效便捷的上网方式、安全可靠的安全保障等。数据中心已被广泛应用于各行各业，市场前景十分诱人，受到社会各界普遍重视。然而，随着我国经济建设的迅猛发展，数据中心通信电源供电问题也逐渐暴露出来，成为制约数据中心快速发展的主要因素。如何解决这些问题已经成为业界人士共同关注的焦点。

一、模块化数据中心通信电源供电技术

（一）模块化数据中心通信原理

通信机房内采用了各种不同形式的电子设备和装置。为了满足各类设备之间以及与外界环境之间的信息交流需求，就需要对其进行合理有效的规划配置。在这种情况下，除了要保证通信电源能够稳定运行外，还要尽可能地节约电能资源以减少对周围环境的污染。如果不能很好地做到这一点，就会造成极大的能源浪费。同时还会增加维护成本，无法实现节能减排目标，不利于可持续发展。因此，我们必须通过科学高效的方法来提高通信电源系统的工作效率并降低能耗。通信电源是整个供电系统中最为关键也是最基础的部分之一，在电力系统中起着至关重要的作用。它为电力传输和分配提供了可靠保障。通信电源的可靠性与稳定性决定着整个电网能否安全可靠地运转。因此，通信电源供电方式显得尤为重要。

（二）通信电源供电技术应用研究

通信电源供电技术在电力系统中占有重要地位，是保证电力系统稳定可靠运行的关键部分之一。而其中，模块化数据中心通信电源供电技术分析UPS 不间断供电作为一种先进的通信电源供电方式已被广泛应用于各种场合。数据中心作为信息传递和处理的核心场所，一旦发生故障将严重地危害数据、语音等业务的传输质量和可靠性。随着计算机及网络信息技术的快速发展，数据中心已经成为现代社会不可或缺的组成部分。但数据中心由于本身固有的特点及其所处地理位置，使得它对UPS 不间断电源有着严格的要求。IT 业飞速发展带来的大量新问题，使数据中心供电系统面临着严峻挑战。在未来相当长时期内，数据中心依然是我国信息化建设的重要基地。因此，数据中心必须不断提高供电水平，以满足其自身需要，同时这也给供电系统提出了更高要求。因此，UPS 技术已成为现代电力系统不可缺少的组成部分之一，并逐渐向高可靠性、高效率方向发展。数据中心作为一个庞大的复杂系统，其设备众多且分布广泛，UPS 不间断电源对保障其安全可靠运行具有非常重大的现实意义。目前国内对于数据中心UPS 供电系统的研究成果较少，缺乏系统性理论及实践指导，这在一定程度上制约了我国数据中心的发展。

二、电源供电系统设计

（一）电源供电系统

电源供电系统的主要任务是实现各用电单元间能量和信息传递的通道，保证各个用电单元能够正常工作。电源供电系統的设计方案应满足以下要求：①电源系统中各种电子设备都能得到可靠的保护和供电，避免由于外界因素引起设备损坏或事故的发生，尽可能地减少因断电而产生的损失和浪费。电源供电系统设计首先考虑的就是如何使电源系统既安全可靠又方便灵活。②电源系统可以提供稳定、安全、经济、优质的电能质量及良好的运行环境。因此，电源系统的各项性能指标均应达到国家或行业有关部门制定的标准或规格书所确定的要求源。③电源系统还需要符合相关规范与标准要求，即具有较高的可靠性、可用性、安全性、环保性以及经济性。

（二） 供电能力计算

电源设备在正常情况下工作时，应保证其输出电压和电流满足设计或使用规定，并能使负载始终处于额定状态。如果电源设备出现短路或者过载等异常现象，就会引起供电系统不稳定甚至损坏，严重时会造成大面积停电事故。尤其对于一些重要用电场所，如医院、图书馆、档案馆等，一旦发生断电事故将可能危及人员安全及财产安全[1]。此外，电源系统的稳定性直接关系着电力系统能否持续可靠的供电。这一点尤为重要，因此对电源系统进行供电能力计算显得尤为重要。供电能力的大小取决于多种因素，其中最基本的就是电源系统自身所具备的发电能力以及负载状况。为了保证供电质量与可靠性，必须要对系统做出科学的分析、判断并采取相应措施加以改善。本文介绍了几种常见的供电能力分析方法。目前常用的供电能力计算方法主要有两种：一种为静态分析法；另一种为动态分析法。前者需要输入大量数据和复杂的计算公式才能得出结果，后者则可以在计算机上实现并具有一定精度。供电能力计算的目的是确定各种运行方式下所能提供的最大电力容量，以避免由于电网发生故障而导致无法正常供电而影响到业务开展的问题。

（三）电源控制策略

随着信息技术发展，对数据中心建设提出了更高要求。首先介绍了国内外关于通信电源技术与应用方面的相关研究成果，然后根据现有条件提出了一个适用于我国国情的基于混合网络模式的数据中心通信电源控制方案。该控制方案采用了分布式冗余结构，具有较好的容错能力；采用多CPU 并行处理技术，能够满足大容量数据存储的需求，大大提高了系统资源利用率。同时，为了保证整个系统稳定可靠的工作，针对该控制方案中存在的一些不足进行了研究改进。通过对比分析，得出了本设计能达到预期效果。给出了系统硬件电路原理图及软件流程图以及实验结果。结果表明，所提出的控制方案是切实可行的。经过实际运行表明：系统性能良好，各项性能指标均满足要求，完全可以用于数据中心机房供电系统中。并结合该方案设计出一种新型节能环保、安全可靠且经济合理的UPS 电源控制系统设计方案，实现了在不增加设备投资情况下，提高供电系统的可靠性和稳定性，降低运营成本的目的。

三、数据中心通信电源供电技术分析

（一）通信电源供电网络拓扑

通信电源拓扑供电网络主要有四种类型：集中式供电网络、分布式供电网络、集中- 分散混合供电网络以及混合供电网络等。本文首先介绍几种典型的通信协议，通过对比分析各协议优缺点，选择合适的协议作为系统通信电源供电的标准；其次根据不同通信协议的特点，提出适合本项目应用的通信电源供电模式；同时还重点阐述了数据中心通信电源供电系统的工作原理及相关电路组成，并给出相应的硬件框图[2]；随后着重描述了各个功能模块的具体电路设计方法，包括主控制电路、电流采样与调理电路、电压转换电路等部分，这些模块均采用集成芯片来完成，在此基础上结合工程实例详细说明了三种典型通信电源供电方式的实现过程；再分别介绍了每种供电方式下设备选型原则和安装要求，为今后其他类似项目提供参考；最后从机房设计角度出发对各种通信电源供电方式进行比较分析，从而确定适合本项目实际需求的通信电源供电方案。

（二）通信电源传输供电技术

电缆及配线线缆是数据中心通信电源最主要的组成部分之一，它的好坏直接影响着整个通信网络能否正常运行，因此对其进行有效的控制具有非常重要的意义。

本文首先简单概述了通信电源系统的发展历程以及各阶段中的特点，并根据现状提出目前存在的问题。接下来对几种典型的通信电源供电技术进行分析总结，指出它们各自的優点和缺点[3]。然后分别阐述了通信电源供电技术中常用的两种传输技术——交流供电系统和直流供电系统。交流供电系统主要包括工频交流电源和高频变压器，而直流供电系统则可以分为可控硅整流电路和蓄电池充电装置。接着结合当前数据中心通信电源供电的要求，设计出相应的供电解决方案。通信电源供电技术传输电缆与配线线缆作为一种新型设备，在使用过程中会遇到各种各样的情况，这就需要我们能够准确地把握它们的特性。通过分析得出它们之间的相互关系，其次详细介绍了各种供电方案，供配电方式及其优缺点，针对当前的各种供电方案和技术分析出各自的适用场合、应用范围以及今后可能出现的变化等，为数据中心的规划建设提供依据。

（三）供电通信系统的维护

工作是一个长期而又艰巨的任务，为了使机房内的设备正常运行，保证不间断供电，必须对其进行有效的管理和监控，以确保机房内的数据安全可靠运行。因此本文结合我国国情和实际需求提出一种基于云计算技术的数据中心供电管理系统设计与实现方法[4]。在此基础上采用先进的软件架构解决了目前传统软件存在的诸多问题，并将其成功地移植到数据中心中去。实践证明，这种设计方案不仅提高了系统的可靠性、稳定性，还降低了成本。该系统已被应用于多个数据中心，它能为用户提供更加可靠安全的电力保障。同时，也能够节约大量的人力物力资源；操作简单快捷，维护方便；可根据需要进行二次开发，以适应各种业务的变化；安全可靠，性能稳定。并且便于扩展升级，易于推广实施。该系统具有很好的扩展性，可以满足不同规模的数据中心的用电要求。

四、模块化数据中心通信电源供电技术研究

（一）模块化数据中心通信架构

数据中心通信协议体系及分层结构介绍了数据中心通信平台中所涉及的一些主要协议及其应用场合，并对其具体功能做了详细说明。包括：数据链路层、网络层、物理层等各层之间以及各层次间的相互关系。根据各模块功能特点进行分类阐述，数据中心通信电源总体设计数据中心通信电源设计方案必须从实际出发。要充分考虑到用户需求，实现高效可靠的运行。这就要求我们必须综合考虑整个数据中心的整体布局，数据中心通信节点设备选型，数据中心通信基站布站规划，数据中心通信服务器配置，数据中心机房环境监控，数据中心通信网络安全防护措施，这些都是数据中心通信电源设计时需要考虑的问题。数据中心通信网络拓扑结构设计，在此基础上分析了几种常见的通信组网方式，提出一种新的基于SDH 传输链路和以太网相结合的通信网络组网形式，给出相应的解决方案，数据传输算法；数据中心通信站点建设方案；数据中心通信电源供电方案设计。建立一套完整的数据中心通信平台架构，该数据中心通信平台架构包含三层：上层数据汇聚层，中间层以及底层设备控制层。其中数据汇集层负责整个数据中心网络通信业务的接入；中间层负责数据中心内部各个网络设备间数据交换，下层设备控制层负责具体应用设备的监控，管理及维护工作；底层设备控制层主要完成对硬件设备的远程控制指令下达，为数据中心通信提供一个良好的基础框架，从而实现信息共享[5]。

（二）模块化数据中心通信协议设计原则与方法

首先介绍了模块化数据中心通信协议标准体系，其次提出数据中心通信协议体系结构设计方案，包括系统架构设计，功能模块划分及各模块功能描述等内容。最后从物理层，逻辑层到应用层分别构建数据中心通信协议层次结构图，通过对其各层所包含的关键技术进行深入研究，明确各个技术之间的相互联系与作用。将数据中心通信协议分为：传输机制、TCP/IP 传输方式和UDP传输方式三部分，并针对不同层次采用相应的设计模式进行详细阐述，建立数据库表关系，制定相关规范标准，然后根据该通信协议设计原则进行具体应用研究，即数据转发和路由控制，网络互联、负载均衡等方面的实现。在此基础上结合数据中心网络拓扑特点给出适用于多业务运行环境下的数据传输策略以及基于流量预测的拥塞控制算法，分析数据包丢失情况，最后通过仿真实验对其有效性进行验证说明，所提出的设计方案具有较高可行性，能够满足实际需求。

五、结束语

模块化数据中心通信电源供电技术已经成为现代数据中心发展的必然趋势，也是未来数据中心的重要发展趋势之一。本文对模块化数据中心通信电源供电系统进行研究，旨在探索一种高效实用、经济合理的通信电源供电系统方案，以期达到节能环保、提高数据中心整体工作效率的目的。同时为今后更大规模地推广应用模块化数据中心通信电源技术奠定坚实的理论基础和实践经验。