模块化UPS系统的可用性分析

2012-09-25谢凤华李峻健

通信电源技术 2012年1期

关键词：可用性并联模块化

谢凤华，李峻健

（中兴通讯股份有限公司）

0 前言

毫无疑问，高可用性是UPS系统第一要素。但系统并联模块数越多而可用度越低吗？UPS运行的可用度是基于对可靠性模型的科学分析。

1 可靠性的指标和定义

1.1 故障率与平均无故障时间

故障率λ（即失效系数）：元器件或者功能模块或者系统出故障的概率。

平均无故障时间 MTBF（mean ti me bet ween failure）：定义为利用数学统计方法计算出的设备在发生的两次故障之间的运行时间。

YD／T 2165－2010《通信用模块化不间断电源》规定UPS系统的MTBF值不小于10万小时［1］。

1.2 可靠度（Reliability）

可靠度（可靠性）是一个可靠性指标。系统实现所需功能的概率。它是指在规定的条件下，在规定的时间内，产品完成规定的功能，也就是说在规定时间内该产品不出故障的概率。可靠度是不考虑维修的。可靠度与故障率的关系为：

从可靠度的公式看出，可靠度不仅与MTBF有关，还与考核的时间长短t有关，也就是说我们不能单纯提某系统的可靠度是多少，而是应该提某系统在某段时间范围内的可靠度，时间越长，可靠度越低（见表1）。通常指一年时间内的可靠度。

表1 单机在MTBF等于10万小时时，不同时间范围的可靠度

1.3 可维护性（Maintainability）

可维护性（Maintainability），指在规定的时间内完成主动维护的概率。可维护性用MTTR来表示。

平均维修时间 MTTR（Mean ti me to repair）：是设备发生故障瞬间开始到通过维修而重新投入使用所需的平均时间。修复率μ是 MTTR的倒数，μ＝

1.4 可用度（Availability）

可用度（可用性）是一个可维护性指标，是系统在运行过程中，正常运行的时间与总时间之比。可用度A与其它几个指标的关系可表示为：

可用度指标不仅与MTBF有关，而且与MTTR有关，在MTBF不变的前提下，减小MTTR就能提高可用性A。

2 模块化UPS系统的可靠度

2.1 “N＋X”任务可靠度计算公式

（N＋X）个UPS模块并联形成一个表决系统，在该系统中（N＋X）个可靠度相同的模块单元组成并联结构，其中N是负载容量所需模块数，X是冗余模块数。R1为单模块的可靠度。

对该表决系统，其可靠度Rs如公式1所示［2］。

1.2 在单模块的可靠度R 1为0.9时，计算得到“N＋X”的系统可靠度

图1 表2数据转换成N＋X的系统可靠度分布曲线图

由图1可以看出：

（1）当没有冗余即X为0时，并联可靠度随N的增大而降低。10个模块并联时可靠度只有不到0.35。说明当系统没有冗余时，系统可靠度将随并联模块数的增加而减少。

（2）“4＋1”系统的可靠度为0.92，大于单模块的0.9；但“5＋1”系统的可靠度为0.89小于单模块的可靠度。说明当系统模块数较多时，冗余1个模块时系统的可靠度还可能低于单个模块的可靠度。

（3）“8＋2”的可靠度0.93略大于“4＋1”的可靠度0.92。说明可以通过增加冗余数来提高多模块并联时的可靠度。所以“并联模块数越多系统可靠性越低”不完全正确。R1＝0.9时，系统可靠度数据见表2。

表2 在模块可靠度R1为0.9（1年左右）时，计算得到N＋X的系统可靠度数据

3 模块化UPS系统的可用度

3.1 采用可用度指标衡量UPS系统的可用性

对于一次性使用的设备，如不可回收的人造地球卫星上的通讯设备，仅关心其可靠性即可。但对于如UPS等可修复的设备，除可靠性指标外，更需关注设备在整个使用寿命周期内的可用度（率）。既要考虑故障发生的概率，还要考虑系统可维护性。

标准ANSI／TIA－942数据中心通信基础设施标准（ ANSI／TIA－942Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers）是针对数据中心机房规划、建设的标准文件。该标准不是要求可靠度，而是根据不同的可用度将数据机房分为4个等级（见表3）。