اختلال اینترنت در زمان قطعی برق؛ نقش برق پشتیبان در زیرساخت‌های مخابراطی

چرا با قطعی برق، اینترنت و آنتن موبایل هم قطع می‌شود؟

این سوال برای میلیون‌ها کاربر تلفن همراه و اینترنت ثابت وجود دارد که چرا علی‌رغم جانمایی باتری‌های پشتیبان در دکل‌ها و مراکز ارتباطی، به محض وقوع خاموشی‌های شهری، کیفیت آنتن‌دهی افت کرده و پس از مدتی شبکه کاملاً دسترس‌ناپذیر می‌شود؟ پاسخ این پرسش در ماهیت متناوب مصرف انرژی و محدودیت‌های فیزیکی تجهیزات ذخیره‌ساز تعبیه شده در ایستگاه‌های فرستنده و گیرنده رادیویی (BTS) نهفته است.

ایستگاه‌های مخابراطی شهری برای آنکه بتوانند پوشش رادیویی یکنواخت و باکیفیتی ارائه دهند، نیازمند تغذیه مداوم و بدون نوسان ولتاژ هستند. زمانی که برق شبکه اصلی قطع می‌شود، بار مصرفی در کسر کوچکی از ثانیه به سیستم‌های داخلی منتقل می‌گردد. اما شدت بار ترافیکی و عدم خنک‌سازی مناسب تجهیزات پردازشی در زمان خاموشی، توان باتری‌ها را با سرعتی بسیار بیشتر از حالت استاندارد تحلیل می‌برد.

باتری دکل‌های مخابراطی چند ساعت دوام دارد؟

بر اساس مستندات فنی اپراتورهای تلفن همراه (از جمله اپراتور ایرانسل)، بانک‌های باتری مستقر در دکل‌های مخابراطی در شرایط ایده‌آل و نو بودن تجهیزات، تنها توانایی ارائه سرویس برای «چند ساعت محدود» را دارند.

تفاوت قطعی کوتاه‌مدت و خاموشی چندساعته

نقطه عطف اختلالات ارتباطی، پدیدار شدن «مرز سه ساعت» است. در قطعی‌های کوتاه‌مدت و مقطعی (کمتر از دو الی سه ساعت)، بانک‌های باتری به‌خوبی فشار بار را تحمل کرده و مانع از قطع ارتباط مشترکان می‌شوند. اما با گذشتن از این مرز زمانی:

1. ولتاژ خروجی باتری‌ها به حد آستانه خاموشی (Cut-off) می‌رسد.
2. سیستم‌های حفاظت خودکار، مدار را جهت جلوگیری از آسیب دائمی به باتری‌ها قطع می‌کنند.
3. دکل مخابراطی کاملاً خاموش شده و پوشش منطقه به دکل‌های مجاور منتقل می‌شود.
4. دکل‌های مجاور نیز به دلیل ترافیک مضاعف و تخلیه هم‌زمان باتری‌های خود، دچار تخریب کیفیت و در نهایت قطع کامل می‌شوند.

سه لایه برق پشتیبان در زیرساخت ارتباطی

برای جلوگیری از قطع ارتباطات و حفظ پایداری مراکز حساس، از یک معماری چندلایه برای برق اضطراری استفاده می‌شود. این لایه‌ها شامل بانک باتری، دستگاه UPS و دیزل ژنراتور هستند. هر یک از این لایه‌ها وظیفه دارند تداوم جریان برق را تا زمان وارد مدار شدن لایه بعدی تضمین نمایند.

جدول ترتیب و وظایف لایه‌های برق پشتیبان در زمان قطعی برق:

UPSچه کاری می‌کند و چه کاری نمی‌کند؟

سیستم‌های تغذیه بی‌وقفه (UPS) قطعات کلیدی در مهندسی زیرساخت هستند، اما درک اشتباهی از توانایی واقعی آن‌ها وجود دارد. وظایف واقعی و محدودیت‌های این دستگاه‌ها به شرح زیر است:

• وظایف اصلی: حذف نوسانات، ولتاژهای هارمونیک و نویزهای شبکه برق شهری، و مهم‌تر از همه، تامین برق بدون وقفه (Zero Transfer Time) دقیقاً در ثانیه‌های اولیه قطع برق شهری.
• محدودیت‌ها: سیستم UPS برای نگهداری بار در طولانی‌مدت طراحی نشده است. توان ذخیره‌سازی UPS وابسته به بانک باتری متصل به آن است و استفاده طولانی‌مدت از آن بدون منبع شارژر ثانویه، موجب خرابی تجهیزات و تخلیه کامل انرژی می‌شود. به عبارت دیگر، UPS فقط زمان لازم برای استارت و زیر بار رفتن دیزل ژنراتور را فراهم می‌سازد.

ATS؛ کلید اتوماتیک انتقال بار

تابلو کلید انتقال اتوماتیک (Automatic Transfer Switch یا ATS) مغز متفکر مدیریت خطوط انرژی در زیرساخت‌های حساس است. این سیستم به صورت مداوم ولتاژ و فرکانس شبکه برق شهری را پایش می‌کند. به محض شناسایی قطعی یا نوسان شدید خارج از محدوده مجاز:

1. تابلو ATS بلافاصله کلید اصلی ورودی برق شهر را باز می‌کند.
2. سیگنال استارت اضطراری را به مولد مکانیکی ارسال می‌نماید.
3. پس از روشن شدن موتور دیزل و تثبیت فرکانس و ولتاژ ژنراتور (معمولاً بین ۵ تا ۱۵ ثانیه)، تابلو ATS کلید ژنراتور را بسته و بار الکتریکی مجموعه را به منبع پشتیبان منتقل می‌کند.
4. با بازگشت برق شهر، این مسیر به صورت معکوس و پس از اطمینان از پایداری برق شهری مجدداً طی می‌شود.

دیتاسنترها چگونه برق خود را تضمین می‌کنند؟

دیتاسنترها و مراکز داده، قلب پایداری اینترنت، بانکداری الکترونیک و خدمات ابری هستند. در این مراکز، حتی یک ثانیه قطعی برق غیرقابل پذیرش است. به همین دلیل، دیتاسنترهای استاندارد بر اساس ضوابط سخت‌گیرانه موسسه Uptime (مانند استانداردهای Tier III و Tier IV) طراحی می‌شوند. در این استانداردها، تمامی مسیرهای برق‌رسانی، UPSها و ژنراتورها دارای پشتیبان هم‌زمان (Redundancy) هستند.

محاسبه ظرفیت بر اساس تعداد رک و ضریب توان

محاسبه توان مورد نیاز دیتاسنتر بر اساس مجموع مصرف سرورها، تعداد رک‌های فعال، تجهیزات شبکه و سیستم‌های تهویه و سرمایشی صورت می‌پذیرد. انتخاب تجهیزاتی مانند دیزل ژنراتور مناسب دیتاسنتر تضمین می‌کند که مرکز داده می‌تواند حتی در طول خاموشی‌های چندروزه نیز بدون هیچ‌گونه افت کیفیت به فعالیت خود ادامه دهد.

هزینه سنگین یک ساعت Downtime برای اپراتور و دیتاسنتر

از دست رفتن پایداری شبکه و خاموشی سرورها (Downtime) خسارت‌های تجاری و اعتباری جبران‌ناپذیری به همراه دارد:

• از دست رفتن ترافیک شبکه: عدم امکان استفاده کاربران از داتا، باعث کاهش مستقیم درآمدهای اپراتور می‌شود.
• جریمه‌های سنگین نقض توافق‌نامه سطح خدمات (SLA): دیتاسنترها موظفند طبق قرارداد پایداری مشخصی (مثلاً ۹۹.۹۹٪) ارائه دهند و در صورت قطعی، باید خسارت‌های سنگینی به مشتریان بپردازند.
• نارضایتی مشترکان و تخریب برند: قطعی مداوم ارتباطات موجب افت اعتمادی عمومی و مهاجرت کاربران به اپراتورها یا سرویس‌دهندگان رقیب خواهد شد.

چه ظرفیتی برای دکل، مرکز مخابرات و دیتاسنتر لازم است؟

برآورد توان برق اضطراری بسته به اندازه و اهمیت مرکز کاملاً متفاوت است. جدول زیر ظرفیت‌های پیشنهادی را بر اساس نوع زیرساخت نشان می‌دهد:

جمع‌بندی

خاموشی‌های طولانی‌مدت ثابت کرده است که باتری‌ها و سیستم‌های ذخیره‌ساز تنها یک راه‌حل موقت و کوتاه‌مدت برای حفظ پایداری شبکه‌اند. برای تضمین پایداری کامل دیتاسنترها، مراکز داده و زیرساخت‌های کلیدی مخابراط، بهره‌گیری از سیستم‌های برق اضطراری قابل اطمینان و دیزل ژنراتورهای استاندارد، تنها راهکار عملیاتی و مطمئن برای جلوگیری از قطعی اینترنت و خسارت‌های سنگین ناشی از آن است.