一、通信数据中心对机房建设的要求
（1）通信数据机房对可用性的要求越来越高
近年来，通信行业已成为推动各行各业发展的动力，因此为了适应新的形势，就必须促使通信、信息服务商不断采用新技术、
新设备来构建新一代通信网络；
一个能够集语音、数据、多媒体于一体的多业务平台已经渐渐成为各大运营商业务的支撑核心；
同样，作为该运营平台的硬件支持者就是分布在全国各地的大大小小的数据机房；
正是这样一张由大小数据机房连接成的网络支撑起了现代化的通信行业。
所以对于通信行业来说，不能容忍机房设备有宕机事件发生，因为这直接关系到企业的信誉、形象、用户数量乃至运营的收入，
那么影响数据机房可用性的各个子系统会产生多大的作用呢？
下面表1中给出了一些子系统对可用性影响的例子
（2）使各通信数据机房达到高可用性的困难
当前的许多数据中心要求可用性 达到"五个9"，即 99.999% 的可用性，这相当于每年的宕机时间约为5分钟。
统计表明一般宕机时间要持续一个小时甚至更长，相当于约每 10-20 年发生一次宕机事件。在通常情况下，由于众多数据中心子系统的相互作用，
要达到这一目标非常困难，因为99.999% 的数据中心可用性意味着每个子系统的可用性级别要比这个值高得多。
因此，对这些因素需要认真考虑，尤其是在确定减少宕机时间所需要的费用时。
在对数据中心初建、升级或审查时，应认真考虑每个子系统，因为它们对于数据中心的正常运转、宕机时间会产生巨大影响。
某个子系统的可用性或许能够达到五个9，但由于另外一些子系统的可用性不高，使整个系统的可用性级别降低。
（3）建立数据机房（中心）在费用上的困难
一次性建设一个高可用性的数据中心（比如IDC），一般投资庞大，而往往中心建好后，一时还得不到充分利用，
一般需要两年的时间才能使托管中心达到满负荷运转。在尚未赢利的情况下又占用如此庞大的资金，无疑是这个企业的包袱和损失。
再加之建设周期长（如大型设备交货期长、安装时间长）、战线长（如设备品种多、安装布线多、管理层次多、供应商多）等，
也加大了人力和资金的投入。
图1示出了一数据中心的建设情况曲线，。由图中可以看出，这个数据中心一直到24个月才可达到设计容量1000kVA的计划，由于以前的条件所限，
不得不一开始就把资金全部投入。
图1 计划两年达到满负荷容量的机房
（4） 系统投入运行后的困难
1.故障点多
配电环节多就意味着故障点多，使用集中式供电的缺点就意味着如果系统中的关键环节出现问题，极有可能造成整个系统的崩溃，对于业务就是灾难，
怎样在部分环节出现故障时隔离并控制自己电源系统中的故障已经是摆在用户面前的迫切问题。
2.人为过失
根据" Uptime Institute" 提供的信息，54% 的宕机时间都是人为过失造成的（比如误操作和带电操作等）。
其中大部分是由于目前数据中心电气系统复杂性极高而又缺乏处理这类复杂系统的专业技术人员，除此之外，
针对这些复杂系统对人员所进行的培训也没有达到所需要的水平。
（5）对分路负载的容量心中无数
目前，要在监控中心弄清楚每个机柜上的电流强度是有一定难度的。客户希望能够在机柜侧看到插座电流，从而确定设备在正确的参数范围内工作，
即可以帮助用户随时随地监控每个机柜的功率，预防潜在的过流危险。
二、PowerStruXure（简称PSX） 解决方案
（1）何谓PowerStruXure
PowerStruXure是一个数据中心最佳区域保护与可扩充系统的解决方案。这是一个专利系统产品，
它是一种把所需的标准件预先组合起来的适用于所有数据中心设计的基础设备。
它可以使数据中心的建设投资最优化，并可以使数据中心具有更高的适应性、可用性、可管理性、可扩展性以及更低的维护费用。
（2）PowerStruXure的构成
该系统结构的基本组合为一个机柜上的服务器提供了整套基础设施。
基础组合包含在 4 个子系统中：IT 机柜、机架安装 PDU、环境监测器以及电源和数据电缆布线分隔槽，如图2所示。现分别对这几个子系统作一简单介绍。
图2 基本组合的四个子系统结构示意图
j Netshelter IT机柜（VX）
随着功率密度的加大，通风问题就显得特别重要，为此，现代制造商就利用一种新型的"带孔"前门来解决通风问题，通风方向为前后式。
这种前门呈弧形，以增大其表面积，这样就为IT 设备提供了高达64% 的换气面积， 后面也采用了同样的"带孔"门。
NetShelter VX 提供了每U127cm2的换气面积（5355 cm2/42U = 127 cm2/）。可以看出，目前所提供的通风性能比以往任何服务器都要好。
在同样机柜的情況下实测了功耗為3100W的情況，在玻璃前門、頂部風机的情況下，服務器的最高溫度為123°F；在用前後們通風而無風機的情況下，
服務器的最高溫度為95°F，顯示出了不凡的效果。
同样，出于对安全的考虑，NetShelter VX 配置了钥匙或电子锁。电子锁使得许多用户可以不再使用钥匙，并且实现控制访问某个特定机柜的能力。
PowerStruXure的制造商APC 也重新设计了侧板，以防止持"卡"者将已锁住的侧板拆下。为了便于安装，NetShelter VX 还在垂直安装槽上提供标记了"U"的位置。
这样，在安装时就一目了然，缩短了安装机柜设备的时间。
k 配电单元PDU
机架安装式电源分配单元PDU在这里采用了多输出插座结构，其原因之一就是为了满足多个低高度设备（例如1U服务器）的配电需要。
以往IT 机柜内的配电大都没有进行结构规划，十分混乱，又因为很多输出插座最多只能接入12个插头，有些只有6个或8个，
当用户需要接入的插头超过12个或8个时，就需要使用多个输出插座。因为机柜内的服务器变得越来越深，在何处安置这些输出插座已经成为一种挑战。
目前有的将这些输出插座安置在机箱的侧面，现在制造商将机架安装 PDU 作为基础组件的一个子系统部件推出。
所有的这些机架安装PDU的插座数量都大大超出今天已有的插座数量。
APC目前提供了几种型号的机架安装PDU，比如一种为 A 型，另外还有 B 型和 C 型等，比如：
PowerStruXure A型基础单元包括：
输入：IEC C19 (16A)
输出：21个 IEC C13（10A）和 4 个IEC C19
该 PDU 配有一根10 feet长的电线，它直接插入基础机柜中UPS的背面或插入行扩展器 PDU。
PDU的结构如图3所示，（a）為PDU的幾種結構形狀，（b）為PDU上的监視器
PowerStruXure B 型和 C 型基础单元包括：
输入： IEC 309 16A直插式带护套的插头
输出： 21个 IEC C13 与 4 个IEC C19
以即插即用方式将该 PDU 插入电源辫子或者插入落地式PDU，插接时无需工具。并且按照本地的要求将会有多种插座以供选择。
机架安装式配电单元PDU 还有如下特点：所有机架安装 PDU 都被紧密地安装在基础组件机柜后部的垂直导槽内。这一导槽是凹型的，不占用机箱里的任何U的空间。
根据设备使用单路还是双路馈电的要求，每个机柜后部可以安装一个或两个PDU。并且机架安装PDU上的插座都配备有插头固定夹，可防止电缆插头被意外地拔出。
（a） （b）
图 3 PSX 机架式PDU结构
如图3（b）所示，机架安装单元 PDU 装有电流表，用于测量PDU的输入总电流。PDU上装有本机LED，他們位于插座的兩邊，
一边为红灯，一边为绿灯，
以提供机柜电流量的可视显示。选择按鈕按下後可选择线路的電流显示，報警時可以靜音。將該按鈕按下10s後就会变换显示。
可选功能还有设置电流门限值、安装远程控制的继电器等。
l 电源和数据电缆分隔槽
数据电缆的管理依然是 IT 管理者的难关。基础组合中的 NetShelter VX 为走线槽增加了170mm（8 inch）的空间。VX还在机柜侧面、
顶部和底部采用了大"过孔"来进行电缆的走线。电源电缆槽有两种类型： 一种用于 PDU，另一种用于 NetShelter VX 机柜。保证了电缆的安全走线。
电缆梯与电源电缆槽和数据电缆隔舱无缝连接，使用户可以一排排地布线。
m 环境监测器系统
对于 IT机柜来说，增大通风面积仅仅是解决方案的一部分，管理同样是十分重要的。APC的环境监控系统提供了本机温度纪录和湿度显示。
通过机柜温度动态管理，数据中心管理人员可以轻松地发现中心的过热点，提前采取增强散热的措施。也可以设定温度和湿度门限值，
超过设定的极限值时系统就会告警。
环境监控系统的每一个单元内有 4 个干接点开关，可用于实现很多功能。 比如，十分关心数据中心安全的用户，
可以将NetShelter VX 的门开关和该系统一起使用，每当打开机柜门时，干接点开关即接通电路并发出报警信号；还可用干接点开关用于灭火系统等。
环境监控单元 (EMU) 可以与 Web SNMP卡集成，就可以简单地通过 Internet Explorer 就能监控和设置门限值。
（3）PowerStruXure的类别和应用范围
目前的PowerStruXure有三种，即：
A型：它适合于小的数据中心，其容量规格有6kVA(W) N+1冗余式和12kVA(W) N+1冗余式（使用了行扩展器）。它适用于区域或集中保护，
可以随着系统的扩充而有效地逐步增加投资；
B型：它是用于中等的数据中心的结构，其容量规格有40kVA(W) N+1冗余式，并可扩充到1MW。适用于区域或集中保护，
它可以随着系统的扩充而有效地逐步增加投资。
C型：它是用于超大型的数据中心和设施结构，其容量规格有40kVA(W) N+1冗余式，可扩充到1MW；Symmetra MW (SYMW) N+1冗余式结构，
并可扩充到1.28MW。
适用于集中式保护，它可以随着系统的扩充而有效地逐步增加投资。
Symmetra MW (SYMW) UPS，这是一个从320 kVA/kW到 1280 kVA/kW的模块化 N+1 系统。 每个电源模块能够支持160 kVA/kW的功率。
SYMW 的机柜的规格有三种：320 kVA/kW 、800 kVA/kW和 1.28 MW。不过，由于系统采用了模块化设计，因此机柜也能够支持低于其容量的负载。
表1中给出了上述三种类型的结构所使用的建议范围。
表2 三种类型的PowerStruXure在数据中心的应用范围。
小型数据中心单相电源2~15kW100~500ft 中型到大型数据中心单相或三相电源15~200kW500~5000ft 大型到更大型数据中心三相电源 >200kW >5000ft
A 型 集 中 式 区 域 式
B 型 区 域 式 或 集 中 式 区 域 式
C 型 集 中 式 集 中 式
上表只是概括的说明这些类型。比如在中型数据中心的B型下，可以根据数据中心的规模采用区域式或集中式。比如，在功率低于40kW时，可采用集中式；
所谓集中式是指整个被保护系统集中于一个或几个19"标准机架中；对于规模大一些的数据中心，可考虑采用区域式。
所谓区域式是指整个被保护系统在机房的一个区域中占用了几排或更多的机柜。当然这仅仅是一般性的指导思想，用户可根据实际情况作不同的选择，
比如，在大型数据中心，用户也可以选用A型。
（4）PowerStruXure应用方案举例
PowerStruXure的一个优点就是可以随着数据中心的边投资边建设的特点而逐步增加容量的；而且可以根据对可用性的不同要求灵活运用。
下面看几个根据不同可用性的要求而灵活配电的例子。
1. 统计可用性为99.99%的配电方案
图4示出了统计可用性为99.99%的配电方案原理图，在这里采用了机房双路供电方案。虚线框内属于PowerStruXure范畴，
NetShelter是安放数据系统的IT19"标准机
图4 统计可用性为99.99%的配电方案原理图
柜，是PowerStruXure厂家的标配设备。
2. 统计可用性为99.99999%的配电方案
图4示出了统计可用性为99.99999%的配电方案原理图，在这里采用了机房双路供电方案和双Symmetra UPS供电方案。
即图5中除了NetShelter机柜数量不变外，
图5 统计可用性为99.99999%的配电方案图
其它都是双倍的，结构外形图见图7。
3.灵活实现单、双路供电的机构
图4所示的是单路供电，图5所示的是双路供电，这在使用中都可碰到。而有的设备为了有高的可靠性和可用性，就设置了双电源冗余输入接口，
PowerStruXure的NetShelter机柜内就设置了双PDU安装位置，如图6所示。在图中的"双电源设备"Server由本机柜内的两侧获得两路电源；
图中下方的"单电源设备"只有一个电源输入口，由于有一个装在机柜中的 "互投转换开关"（Rack-mount Transfer Switch）将两路输入电压转换成一路供给服务器Server。
而两路输入的交流电由两路同样的具有N+1功能的UPS系统提供，如图5所示。
图7示出了两路同样具有N+1功能的UPS系统Symmetra向已装入服务器Server和路由器Router的NetShelter机
图7 数据中心B型PowerStruXure的一个组和结构布置图
柜供电图。这就是PowerStruXure的一个组合外形图。同时，该系统还可向外面的独立设备供电。
这一排机柜的两端是UPS本体（Power、Battery），与其相连的是输入输出控制器Controller、输入输出电压分配器Distribution、
变压器Transfomer和维修旁路Service Bypass；中间的4个是由双路供电的负载机柜。
4. 传统数据机房和应用PowerStruXure后的数据机房比较
图8所示为传统数据中心的机房布置图。如图所示，传统的数据中心包括一个电源室，其内装配有变压器、开关柜、发电机、
中央 UPS 系统、中央电池室和落地式的大型 PDU （黄色盒子）以及高架地板上的计算机房空调。 还可以看到在地板中间有一些柱子（用于支撑屋顶）。
图9所示为采用PowerStruXure后的数据中心机房布置图，由该图可以看出，
采用PowerStruXure方案后，原来的输入市电变压器、发电机、开关柜照样存在，但"中央UPS系统"不见了，
供电电源备分配到了各个PowerStruXure组合中，使机房的面积得到了充分的利用。
图8 传统数据中心的机房布置图
图9 采用PowerStruXure后的数据中心机房布置图
由上述的例子可以看出，
j 数据设备可以和供电系统配套增加
这就适应了数据中心按计划分批投资增容的需要，避免了建设开始就备下几年以后才能用满容量的电源。满足用户"边成长，边投资"的要求，优化了资金的利用。节约了资金。
k 加快了施工速度和程序
在施工中只需把电送到机房配电柜就可以了，其它的事情都由PowerStruXure供应商全部提供。省掉了好多安装机器的程序和环节。节约了资金
l 避免了大面积或全面停电的危险
由于PowerStruXure是分段分区供电和保护的，即使故障停电也是一个甚至极少数几个组合，提高了数据中心的可用性。在很大程度上避免了损失。
m 满足了不同用户对供电系统不同的可用性要求
由前面的例子可以看出，高可用性是用高投入资金实现的，因此，用户可以根据对自己系统可靠性的要求，有效的利用资金。避免了浪费。
n 避免了人为过失和带电操作
由于NetShelter机柜的安全措施，防止了无关人员的进入，又由于在配电上采用了专用的PDU，无外露带电部分等，提高了机器的可靠性和人员的安全性。
o 简化了维修手续
由于NetShelter的供电电源是N+1冗余的模块化结构，所以当电源一个模块出现故障时，一般机房人员就可以更换；降低了维修费用。
p 使机房面积得到了有效的利用。最大限度地利用资金和增加收入。
q 美化了机房环境等等。
