[PROLOG]
Über die Sinnhaftigkeit einer USV für ein (QNAP) NAS wird häufig gestritten, angesichts der Ausfälle und Probleme durch Stromausfall, die ich im Laufe der Jahre durch andere User erfahren durfte, möchte ich mich an dieser Stelle gar nicht erst darauf einlassen, dies zu hinterfragen. Für mich ist eine USV für ein produktives NAS obligatorisch, denn eine USV beugt nicht nur Dateisystemschäden vor, sondern auch Schäden an der Hardware, die durch das plötzliche Abschalten oder durch Anomalien der Spannungsversorgung (z.B. Spannungsspitzen) auftreten können.
Nochmal zur Erinnerung: Eine USV sorgt dafür, dass Geräte bei Stromausfall ordentlich heruntergefahren/ abgeschaltet werden, oder bei Vorhandensein von Netzersatzanlagen in z.B. Rechenzentren, die Zeit zu überbrücken, bis die Netzersatzanlagen angelaufen sind und die erforderliche Netzspannung bereitstellen.
Diejenigen, die ihr NAS an einer USV betreiben wollen, werden zunächst mit der ein oder anderen Fragestellung konfrontiert. Diese möchte ich im Folgenden kurz aufgreifen, von der Kaufentscheidung bis hin zum Verhalten bei Stromausfall.
Eigentlich wollte ich gerade etwas für einen anderen Artikel vorbereiten und bin nur zufällig auf diesen Entwurf gestoßen... dann bringe ich das mal schnell zu Ende...
[USV ARTEN]
Wie bei fast allen Dingen gibt es auch bei USV unterschiedliche Arten, die entsprechende Vor- und Nachteile haben. Ein wesentlicher Aspekt dabei sind die Umschaltzeiten, welche auftreten, wenn eine USV vom Normalbetrieb in den Akkubetrieb wechselt. Je nachdem wie sensibel die Hardware ist, können lange Umschaltzeiten negativ auf diese wirken, auch wenn wir uns im Bereich weniger Millisekunden bewegen. Unabhängig von der Art, verfügen USV oftmals auch über einen eingebauten Überspannungsschutz.
Offline USV (VFD - Voltage and Frequency Dependent)
Dies ist die günstigste Art von USV, bei ihr werden die Verbraucher im Normalbetrieb direkt mit Netzspannung versorgt, bei Stromausfall oder Spannungsschwankungen wird auf Akkubetrieb gewechselt. Mit einer Umschaltzeit von bis zu 10ms sind diese USV nicht für sensible Hardware geeignet, wobei ich ein QNAP NAS hier nicht unbedingt einordne und diese Art daher für die meisten NAS wenigstens bedingt geeignet ist.
Line-Interactive USV (VI - Voltage Independent)
Dies ist für mich die Art, die ich für den Betrieb mit einem NAS bevorzuge. Diese Art hat einen Spannungsregler vor den Verbraucherausgängen, sodass Spannungsschwankungen abgefangen werden, ohne dass auf Akkubetrieb gewechselt werden muss. Dadurch können im Gegensatz zur Offline USV auch sehr kurze Schwankungen ausgeglichen werden. Die kürzere Umschaltzeit von bis zu 4ms trägt dazu bei, dass diese Art eher für sensible Hardware einzusetzen ist, preislich liegen diese USV jedoch höher als Offline USV. Im Gegensatz zu offline USV kann diese USV auch Über- und Unterspannung ausgleichen.
Online USV (VFI - Voltage and Frequency Independent)
Diese USV sollten wegen ihrer hohen Anschaffungs- und Betriebskosten nur dort zum Einsatz kommen, wo sie wirklich benötigt werden. Diese Art eignet sich besonders für sehr sensible Hardware, denn die Verbraucher sind hier niemals direkt an die Netzspannung angeschlossen, sondern werden immer aus den Akkus versorgt, was eine stets konstante Spannung sowie Frequenz garantiert. Dadurch entfällt außerdem die Umschaltzeit, allerdings zu Lasten eines geringeren Wirkungsgrads (höherer Stromverbrauch) und einem schnelleren Verschleiß der Akkus, da diese dauerhaft belastet und geladen werden.
[KAUFKRITERIEN]
Nachdem man sich für die Art entschieden hat, ist die nächste Frage, was man alles an der USV betreiben will und wie lange die USV einen Spannungsausfall überbrücken muss.
Dabei gilt es die Leistungsaufnahme der versorgten Geräte zu berücksichtigen, da USV insbesondere nach ihrer Belastbarkeit (Watt / kVA) spezifiziert werden. Hierzu empfiehlt es sich, zuvor die Last zu messen, die von der USV versorgt werden soll. Alternativ kann die Last auch durch die Typenschilder der Verbraucher ermittelt werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass hier stets Maximalwerte angegeben werden, nicht aber die typischen Werte, die bei der Bemessung einer USV relevant sind! Die erforderliche Überbrückungszeit richtet sich nach der Zeit, die der „langsamste“ Verbraucher zum Herunterfahren benötigt. Bei QNAP NAS können das durchaus 10min sein, daher sollte auch dies im Vorfeld geprüft werden. Zu dieser Zeit wird nun die Zeit addiert, die der Verbraucher nach dem Spannungsausfall noch im Normalbetrieb bleiben soll, denn oft will man ja nicht gleich sein NAS herunterfahren, nur weil es für 30s einen kurzen Ausfall gab. Dann sollte dazu noch eine Reserve einkalkuliert werden, besser sogar die Zeit, die das NAS zum Hochfahren benötigt, warum sehen wir später.
Nachdem nun die Werte ermittelt sind, brauchen wir glücklicherweise keine großen Berechnungen anstellen, denn die meisten USV-Hersteller bieten Rechner an, mit denen passende Modelle ermittelt werden können. Wichtig ist: viel hilft nicht viel! Wer auf eine Leistung von z.B. 200W kommt, den bringt ein Modell mit 1200W nicht viel weiter, im Gegenteil: Dadurch, dass die USV mehr Last zur Verfügung stellen kann, als tatsächlich benötigt wird, sinkt lediglich die Effizienz und man hat höhere Energiekosten, als es nötig wäre. Es ist übrigens auch ein Trugschluss, dass eine USV mit mehr Leistung eine längere Überbrückungszeit ermöglicht, denn diese ist im Wesentlichen von der Akkukapazität abhängig, die bei entsprechender Bauform der Modelle meist identisch ist; lediglich der Stromverbrauch der USV selbst spielt hier noch mit hinein und dieser ist bei Modellen mit höherer Belastbarkeit sogar meist größer.
Nachdem die USV anhand dieser Daten im Wesentlichen spezifiziert wurde, gilt es nun noch weitere Optionen in Erwägung zu ziehen. Wie bereits angesprochen verfügen viele, aber nicht alle Modelle auch über einen Überspannungsschutz, was sehr empfehlenswert ist, um die empfindlichen Geräte zu schützen. Alternativ kann man hierzu aber auch einen gesonderten Überspannungsschutz einsetzen.
Im preislich günstigsten Fall wird die USV mittels USB angeschlossen, hierüber wird ein Verbraucher über den Zustand der USV informiert. Doch was ist, wenn man mehrere Verbraucher an der USV hat, die abgeschaltet werden sollen? Dazu bieten QNAP NAS die Möglichkeit einen „NUT-Server“ zu betreiben. Dieser ermöglicht es andere Geräte über das Netzwerk über den Status der USV zu informieren, sodass auch diese entsprechend heruntergefahren werden können. Voraussetzung hierbei ist, dass die Netzwerkinfrastruktur, also wenigstens der Switch zwischen den Geräten, ebenfalls von der USV versorgt wird, damit die Kommunikation bei Stromausfall gewährleistet ist. Alternativ bieten einige USV Hersteller Modelle mit einer Netzwerkkarte an, sodass sämtliche Geräte direkt über das Netzwerk (SNMP) mit der USV kommunizieren. Zu Lasten höherer Anschaffungskosten bietet das den Vorteil, dass man die USV komfortabler konfigurieren kann, ebenfalls entscheidend ist bei dieser Lösung auch, dass weitere Geräte nicht vom „USV-Master“, also dem NUT-Server abhängig sind.
Weitere Kaufentscheidungen sind die Bauform (Towermodell oder 19“ Rackmount) sowie die Möglichkeit die Akkus auszutauschen, was leider nicht bei allen USV der Fall ist. Für diejenigen, die etwas mehr Geräte an die USV hängen wollen, bieten sich zudem Geräte mit unterschiedlichen Ausgangsgruppen an, mit denen man bestimmte Geräte z.B. gezielt früher abschaltet oder später einschaltet, um Überbrückungszeit einzusparen bzw. den Anlaufstrom zu begrenzen.
Auch die Kompatibilität der USV zum QNAP NAS spielt bei dem Kauf eine große Rolle. Leider ist es für QNAP nicht möglich, all die unzähligen unterschiedlichen Modelle zu listen, sodass man sich beim Kauf einer USV nicht allein auf die Kompatibilitätsliste verlassen kann. Zwecks Supportzwecken sollte man sich jedoch für ein Modell von dieser Liste entscheiden, auch wenn die Praxis zeigt, dass sehr viele Geräte kompatibel sind, die hier nicht aufgeführt wurden.
[KONFIGURATION DER USV]
Ist die Hürde der Kaufentscheidung nun überwunden und die USV ist montiert, gilt es die nächste Hürde zu nehmen: Die Konfiguration. Aufgrund der stark variierenden Konfigurierbarkeit der unterschiedlichen Modelle, kann ich dies hier nur im Allgemeinen beschreiben.
Die Konfiguration beginnt im QTS unter „Externes Gerät“. Eine via USB verbundene USV sollte hier bereits automatisch erkannt werden, bei USV die über das LAN (SNMP) kommunizieren muss die IP-Adresse sowie die SMNP Community angegeben werden; sollte die Kommunikation mit einem NUT-Server z.B. eines anderen QNAP erfolgen, so wird nur die IP Adresse des USV Masters benötigt, allerdings muss die IP des USV-Slave auch beim Master hinterlegt werden.
Anschließend gilt es sich Gedanken darüber zu machen, wie das NAS bei einem Spannungsausfall reagieren soll. Zunächst ist entscheidend, wie lange ein Spannungsausfall andauern soll, bis das NAS „reagiert“; wie diese Reaktion aussieht, erfahren wir im nächsten Abschnitt. Bei der Festlegung dieser Zeit gilt es die Überbrückungsdauer der USV zu berücksichtigen und wie lange das NAS benötigt, um seine Reaktion auszuführen. Eine zu niedrige Zeit führt dazu, dass das NAS beispielsweise schon bei einem sehr kurzen Spannungsausfall von nur einer Minute abgeschaltet wird, was man unter Umständen vermeiden möchte. Eine zu hohe Zeit an dieser Stelle könnte bewirken, dass die Überbrückungszeit nicht ausreicht, um das NAS sauber herunterzufahren. Entscheidend für die Zeit, die erforderlich ist um „die Reaktion auszuführen“, ist wie das NAS überhaupt reagieren soll. Hierzu gibt es zwei Einstellungsmöglichkeiten:
a) NAS in den Auto Protection Mode (Schutzmodus) versetzen
b) NAS abschalten
Auto Protection Mode
Mittlerweile wird diese Variante von QNAP empfohlen, ich empfehle sie nicht.
In diesem Modus werden nach Ablauf der eingestellten Zeit nach Eintritt des Spannungsausfalls alle Volumes ausgeworfen, damit diese nicht beschädigt werden können. Dabei wird das NAS selbst in einen Schutzmodus versetzt, in dem es nicht mehr erreichbar ist, aber weiterhin eingeschaltet bleibt. Dabei macht das NAS nichts anderes als darauf zu warten, was nun passiert.
Kehrt die Spannung wieder, bevor die USV abschaltet bzw. die Akkus leer sind, so kann das NAS diese Klarmeldung von der USV empfangen und startet neu, um wieder betriebsbereit zu werden.
Kehrt die Spannung nicht zurück, bevor die USV abschaltet, so wird das NAS einfach von der Spannungsversorgung getrennt und quasi hart abgeschaltet. Dieser Modus schützt also nur die Datenvolumes und bedingt das Betriebssystem, nicht aber die Hardware, die ebenso empfindlich auf einen Stromausfall reagieren kann.
NAS abschalten
Nach Ablauf der Zeit nach Eintritt des Spannungsausfalls wird das NAS komplett heruntergefahren. Das NAS bleibt hierbei auch abgeschaltet, wenn die Spannung wiederkehrt, bevor die USV abgeschaltet hat. Wenn die USV abschaltet, so ist das NAS bereits vollständig heruntergefahren, so dass diese Variante im Gegensatz zum „Auto Protection Mode“ das NAS nicht einfach hart abschaltet. Kurz gesagt: Sobald das Herunterfahren eingeleitet wurde gibt es kein Zurück und das NAS bleibt abgeschaltet, bis man es selbst wieder einschaltet. Die einzig konfigurierbare Ausnahme: Sollte die USV komplett abschalten/ leer laufen, so kann das NAS bei Wiederkehr der Spannungsversorgung automatisch eingeschaltet werden, mehr dazu gleich.
Das Herunterfahren dauert je nach Modell und Verwendung gerne mal bis zu 10 Minuten, das Versetzen des NAS in den Schutzmodus geht deutlich schneller, sodass man für den Schutzmodus weniger Überbrückungszeit benötigt, als für das vollständige Herunterfahren. Für viele wird sicherlich auch der Aspekt des automatischen Widereinschaltens beim Schutzmodus entscheidend sein, wenn die Netz-Spannung zurückkehrt, bevor die USV abschaltet. Dies ist nach dem Herunterfahren des NAS nicht möglich, da das NAS nur im Schutzmodus von der USV mitgeteilt bekommen kann, dass die Netz-Spannung mittlerweile wieder da ist.
Hat die USV erstmal abgeschaltet und schaltet nach Spannungswiederkehr wieder ein, ist das Verhalten bei beiden Varianten identisch und wird gemäß den Einstellungen der „Energiewiederherstellung“ geregelt, wenn die USV wieder einschaltet: Entweder wird das NAS automatisch eingeschaltet, es bleibt abgeschaltet oder es nimmt seinen letzten Zustand ein (Ein beim Schutzmodus, Aus beim Abschalten-Modus). Dies ist möglich, weil das NAS im abgeschalteten durchaus mitbekommt, ob Spannung da ist oder nicht. Ein weiterer Vorteil beim Schutzmodus ist also, dass das NAS immer automatisch wieder eingeschaltet werden kann, während man das NAS beim Abschalten-Modus manuell einschalten muss, sofern die USV ihren Ausgang nicht komplett abgeschaltet hat; dafür setzt man sein NAS aber auch dem unschönen harten Abschalten im Schutzmodus aus, was meiner Meinung nach wirklich nicht sein muss.
Beide Varianten haben auch das gleiche Verhalten, wenn die Spannung vor Ablauf der eingestellten Zeit zurückkehrt, in dem Fall bleibt das NAS natürlich eingeschaltet.
Wenn die USV erstmal abgeschaltet hat, so ist das NAS also in jedem Fall aus, was aber sollte man nun für die Wiederkehr der Netzspannung einstellen? Einschalten? Abgeschaltet lassen?
Das lässt sich so pauschal nicht festlegen, wichtig ist aber, dass beim Einschalten des NAS gewährleistet ist, dass die USV wieder über ausreichend Überbrückungszeit verfügt, falls der Strom plötzlich wieder ausfällt, was in Fehlerfällen durchaus vorkommen kann. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass die USV ausreichend lange für das Hochfahren und erneute Herunterfahren (bzw. Versetzen in den Schutzmodus) überbrücken kann, denn das Hochfahren kann nicht so einfach durch die USV unterbrochen werden.
Bei einigen USV-Modellen kann man hierzu Einstellungen vornehmen, sodass die USV ihre Ausgänge erst wieder einschaltet, wenn eine bestimmte Überbrückungszeit oder ein bestimmter Ladestand erreicht ist. In diesen Fällen kann man das NAS automatisch wieder einschalten lassen, sofern die Einstellungen korrekt angepasst wurden. In allen anderen Fällen sollte man das NAS abgeschaltet lassen und manuell einschalten, nachdem man sichergestellt hat, dass die USV bereit dafür ist.
[FUNKTIONSTEST]
Nachdem nun alles den individuellen Bedürfnissen entsprechend konfiguriert ist, ist ein vollumfänglicher Funktionstest unerlässlich. „Vollumfänglich“ bedeutet dabei, dass die USV von der Spannungsversorgung getrennt und dann bis zum bitteren Ende abgewartet wird, also bis die USV soweit leergelaufen ist, dass sie sich selbst abschaltet. Dabei gilt es zu beobachten, ob alle Geräte wie erwartet reagieren, denn bei diesem kontrollierten Stromausfall hat man noch die Chance einzugreifen und die Spannungsversorgung wiederherzustellen, wenn man bemerkt, dass hier etwas nicht ganz wie geplant abläuft. Anschließend wird die USV wieder mit Spannung versorgt und auch hier gilt es zu prüfen, ob sich alles wie gewünscht verhält.
Da sich die Akkulaufzeit im Laufe der Jahre reduziert und Systeme unter Umständen etwas träger beim Herunterfahren werden ist es ratsam, diesen Test gelegentlich, wenigstens aber alle zwei Jahre zu wiederholen, um zu prüfen, ob die Überbrückungszeit noch ausreicht oder nachjustiert werden muss. Manche USV-Modelle bieten auch eine Option zur Kalibrierung an, bei der die Akkus mit einer unkritischen Last (ich nehme gerne einen Staubsauger bei dem man die Last / Saugkraft einstellen kann) so weit wie möglich entladen werden, sodass die USV überhaupt erst in der Lage ist, die Überbrückungszeit korrekt zu berechnen und anzuzeigen.
[TRIVIA]
Natürlich kann man nicht alle Geräte, die u.U. mit der USV verbunden sind über diese abschalten lassen. So ist es oftmals erforderlich, dass der Switch durch die USV gespeist wird, damit die Kommunikation von USV oder NUT-Master zu den Clients weiterhin über das Netzwerk erfolgen kann. Hier ist es in der Regel unkritisch, wenn das Gerät irgendwann einfach hart abgeschaltet wird, wenn die Akkukapazität zur Neige geht. Selbstredend verringert dies die Überbrückungszeit unter Umständen drastisch, sodass man sich noch vor dem Kauf einer USV über dessen Einsatzzweck im Klaren sein muss.
Ich betreibe an meiner USV neben mehreren NAS u.a. auch meine Firewall, zwei Switche, zwei Accesspoints sowie meine Modems für Glasfaser und LTE. Damit stelle ich sicher, dass ich auch bei Stromausfall für eine gewisse Zeit Zugriff auf die Geräte habe, um deren Zustände beim Stromausfall zu überwachen und damit etwaige Operationen zumindest über WLAN / Laptop kontrolliert beendet werden können. Da nicht alle Geräte wie z.B. die Accesspoints dauerhaft aktiv bleiben müssen, wird deren Ausgangsgruppe etwas früher abgeschaltet, um Akkukapazität zu sparen. Die Modems hängen ebenfalls an der USV, da das Glasfaser- sowie Mobilfunknetz oftmals auch bei größeren Stromausfällen funktionsfähig bleibt, sodass die Systeme weiterhin Meldungen absetzen können oder gar aus der Ferne erreichbar bleiben.
Bei USV mit mehreren Ausgangsgruppen können diese oftmals manuell ein- oder ausgeschaltet werden, das ist insbesondere für diejenigen interessant, die manche Geräte bei Bedarf aus der schalten möchten, wenn die USV auch aus der Ferne gesteuert werden kann. Tatsächlich ist es weit verbreitet hiermit Serversysteme aus der Ferne neu zu starten, die sich komplett aufgehangen haben. Dabei wird die Ausgangsgruppe zunächst aus- und anschließend wieder eingeschaltet. Der Server ist dabei so konfiguriert, dass er automatisch eingeschaltet wird, sobald er wieder an Netzspannung liegt (siehe Energiewiederherstellung bei QNAP). Bei einigen USV kann dieser „Reboot“ einfach per Knopfdruck an der USV oder in einer GUI durchgeführt werden.
Ich habe davon selbst nur einmal Gebrauch gemacht, als sich mein QNAP bei einem Firmwareupdate remote über VPN komplett aufgehangen hat. Unglücklich dabei: An der Ausgangsgruppe sind noch weitere Geräte angeschlossen, die allesamt aus- und wiedereingeschaltet wurden, aber für diesen Zweck hatte ich das Setup ja auch nicht vorgesehen, es war nur eine Ausnahme.
[EPILOG]
Zugegeben: Ich kann nicht einschätzen, wie oft mich die USV bereits wirklich vor Hardwaredefekten oder irreparablen Dateisystemschäden gerettet hat, die verfügbaren Logs der letzten 1,5 Jahre machen aber deutlich, dass die USV in der Zeit einmal bei Stromausfall über mehrere Stunden geschützt hat, sowie 17 Mal vor stärkeren Spannungs- oder Frequenzschwankungen, von denen man im Alltag selbst kaum etwas mitbekommt. Sagen wir also mal, dass die USV innerhalb von drei Jahren rund 40 mal eingeschritten ist und dabei potentiell jeweils 5 „teure Geräte“ geschützt hat (Vier NAS und eine Firewall), macht insgesamt 200 Mal „potentiell den Arsch gerettet“ in 3 Jahren. Das ist mir die USV definitiv wert, die selbstredend nicht nur Anschaffungskosten mit sich bringt, sondern auch laufende Kosten für Akkus und Energie. Letztere beläuft sich bei mir auf etwa 8 kWh im Monat.
Die Akkus meiner USV sind mittlerweile auch schon wieder über 4,5 Jahre alt, so langsam muss ich mal über einen Austausch nachdenken... aber erstmal muss ich meinen Akku laden… cheers! 