数据中心机房布线系统的绿色应用

浙江浙大网新快威科技有限公司    吴可儿

 

【摘  要】目前大多数数据中心机房不仅受能源紧缺的影响，还面临不能适应变化的环境即将被淘汰的危机，各种设施包括空间资源、电源、制冷、安全及消防、布线等都已达到了饱和。基于长期、可持续发展的角度考虑，数据中心必须进行改革，或是造新的设施或是对现有的基础设施进行重大调整、优化，运用节能环保的技术与措施，缓解急剧增加的能源需求和能源成本的危机。
【关键词】数据中心  基础设施  布线  节能环保  改革

 

    在科技指导下，商业和技术的发展不断孕育新的IT环境，对数据中心每次都是能源与成本的大挑战。以往企业数据中心的建设，可能会考虑近期的可用性及最初的成本控制，当运行在新形势下，大部分数据中心暴露了大量的问题，诸如如何保证后续设备的空间管理、能源供给、快速冷却、安全运行、控制管理等问题；如何控制总拥有成本（TCO），实现节能环保；与未来数据中心发展趋势如何衔接的问题等等。针对数据中心存在的问题，阻止科技发展是不现实的，那么我们现在能做什么，最需要做的是什么？
    改革数据中心。重新认识新环境下数据中心的建设特点以及其未来的发展趋势，着重从弱电角度分析制约数据中心发展的关键因素，寻求适合的改进措施。

1  数据中心建设特点分析
    数据中心的本质是为数据提供传递、处理、存储服务，显著特点为数据点多且占绝大多数，密度大要求品质高、可靠性高、防火等级高等；建设数据中心的目的是为各种数据设施提供电力、暖通空调、通信、冗余与安全需求的存放环境，而数据中心内的设施包括各种安装在机架或机柜中的有源设备及连接结构化布线系统，其基础设施是机房的结构化布线系统。如果把数据中心机房建设可分为设施建设和环境建设，那么设施决定环境，环境是为设施服务。因此数据中心的建设关键在于基础设施的建设。
    数据中心建设比一般的机房建设复杂且难度大，原因并不在于建设的架构大小、简易程度、服务对象多少，在于数据中心必须非常可靠和安全且可适应不断的增长与变化。通常基础设施都是一次性的投入，那么数据中心“可适应不断的增长与变化”靠什么实现？

2  数据中心机房布线系统的重要地位
    数据中心基础设施可以划分为通信、电力电气、暖通空调、建筑与结构四大部分，也可以划分成弱电、强电、建筑结构三大部分。数据中心不管是重建还是改革，对基础设施的几部分建设都是同时进行，虽然数据中心的改革对建筑不能改，但是对不合理的结构或是不满足需求的结构还是需要同其他基础设施进行同步设计改造的；而弱电与强电专业较近，涉及的大部分原理相同，改造采取的处理方法也相近。以下我们选择从弱电角度（即基础设施中的通信部分）进行分析。
    作为数据中心通信基础设施的关键系统，机房结构化布线系统不仅实现机房工程中各专业工程中各子系统的通信、各专业工程间的通信，还实现机房与其他系统的通信（如图1所示）。

图1  智能化机房工程架构图

    数据中心的结构化布线系统，犹如人体内的神经系统，可以说数据中心的动态与灵活的机房布线系统是分不开的，这种鱼和水的关系决定了机房布线系统建设在整个数据中心机房建设中占有极其重要的地位，且不可动摇。

3  具体的改进措施
    数据中心建设是个相当复杂庞大的综合性工程，采用新建方式，一个大型的、以节能环保为主题的“绿色”机房，它的投入是非常昂贵的，即使是只新建基础设施部分，暂停数据中心运行，在目前阶段都是不现实的。因此可以采用在现存情况基础上进行大调整及优化，通过运用各种节能环保的思想、措施、技术对其基础设施的进行改进，进而有计划地优化整个数据中心。
    以下是笔者在多个大型数据中心规划设计中总结的几个关于机房布线系统，“利用有限的投入创造价值最大化”典型的应用。

3.1  需求分析作为指导思想
    规划数据中心类的大型机房，很难把握设计的深度及幅度，极易出现过规划与未规划两种倾向，出现任何哪种情况都是失败的规划。什么是适度的设计？简单地说，满足需求的就是适度，其需求内容包括用户的主观需求、机房建设存在的客观需求。某种程度上，需求分析是数据中心设计也是机房布线系统设计的指导思想，它为系统设计提供适度依据。例如在做数据中心机房布线系统规划时，需求分析可以把握以下几部分内容：
    ◆ 设计的数据中心是为单一客户服务，还是为多个服务供应商或远程用户服务，即机房用途其服务性质的确认；
    ◆ 近期的网络规划与业务规模、对于远期的网络扩展与业务延伸的可能性预测；近远期实现无缝结合；
    ◆ 机房的运行管理模式；
    ◆ 机房作为商业观赏的可能性；
    ◆ 机房现场情况（位置、层高等建筑情况和环境条件等）。
    通过正确地认识需求分析，掌握数据中心机房目前及发展的需求，有方向地为机房布线系统提供设计依据，才能有效地防止过规划与未规划。

3.2  善于发现基本元素，运用基本元素
    数据中心机房面积大，避免人流与物流的交叉，首先应对机房进行合理空间划分，紧接着就是设计的重心之一完成对机房的平面进行规划。该过程需要长时间的反复不断的论证、更新，协调空间、供电、暖通、通信、冗余、安全等多个因素，比较分析各种可能的规划方案，控制建设成本。如何在短时间内减轻设计任务？
    空间对数据中心来说非常有限，确保能满足当前及未来的空间需求，设计应以最大限度降低空间消耗为准则，以此“对症下药”，可以运用现成的针对数据中心特点设计的高性能产品及技术，例如：
    ◆ 主机区域设置列头柜，形成区域布线的方式，达到分级管理；
    ◆ 选用由预端接的模块、配线架、主干光缆、标准光纤跳线组成的预连接系统，不仅可以提供向并行连接和相关应用的便捷升级路径，灵活了空间应用，还大大节省了投资；
    ◆ 开放式的机架，高密度异型可管理的配线架，更高的空间利用率。
    诸如此类有定制功能的产品应用，在空间、时间、资源、人力上节省了，安装管理维护方便了，安全性能也提高了。
    当投入带来的产出利益远大于投入的成本，且投入的应用价值发挥最大时，该种投入就成了基本元素。因此具有定制功能的布线产品已经成为数据中心机房建设中的基本元素，在数据中心建设中体现了它最大的应用价值，典型的应用如图2所示。

图2  数据中心机房典型应用

3.3  借鉴可靠的实践及理论基础
    一项由惠普和The Uptime Institute联合进行的调查显示，全球大多数数据中心的63%的能耗与IT设备的散热有关；全球第一个综合性的数据中心设计标准TIA/EIA 942中也提到一个重要的概念――冷热通道；以上内容提供了一个重要的信息：合理地规划机房电力及通信线缆路由也是实现节能与提高空间利用率的主要手段。
    机房的管线以电力与通信为主。对管线的路由进行上下分层规划（如图3、4所示）；供电与信息线缆隔离安置分开走线，把供电电缆安置在冷通道，信息电缆安置在热通道（如图5所示）；在解决路由交叉问题的同时，有效地提高了数据中心电缆的安全，避免电力对通信的干扰、降低高架地板下线槽的高度利于下送风空调气流流通。

图3  机架上走线                           图4  地板下走线

图5  数据中心机房冷热通道结构示意图

3.4  有根据的制定各种措施，适度为原则
    对于一个数据中心，其正常运行受控与基础设施的冗余性。冗余主要是为了避免单点故障，只有采用多个系统与多链路才能实现高冗余度，但是需要高成本。通信基础设施即机房布线系统的冗余设计（如图6所示），是根据用户需求分析确定其可以接受的累计中断时间选择冗余程度。同样地在安全性及其他性能规划，是根据用户需求以及数据中心提供的服务属性等相关内容确定等级。并不是高等级的规划就是好的。高等级规划措施对于一般的数据中心在很长时间内是没有应用需求的，其投入又将占据很大部分的资源，势必造成资源使用大的巨大压力，而且无法分享高等级措施投入带来的利益，因此规划需要适度。

图6  通信基础设施冗余结构

3.5  彻底开放功能应用
    高密度的布线必然存在的防火、电气、控制等各方面的安全隐患。布线系统消除隐患的方法除了采用防火等级高的线缆，最有效就是对布线系统进行电子监控。布线系统进行实时智能管理省时、增效的优势表现为：简单、可扩展、符合标准；缩短系统平均修复时间（MTTR）；更高的安全性；更多的管理控制；更高的生产效率；改进的可管理性；准确的连接记录；远程管理；灾难恢复；降低网络管理成本。
    数据中心需要具备的正是这种交互式实时的管理能力。布线系统的电子智能管理系统在数据中心这个大环境中，虽然系统功能没有发生变化，但是应用范围增大了，从某种意义上说，是创造价值最大化的另一种表现形式。

3.6  潜资源的利用
    对于数据中心的未来应用需求，我们无法肯定，但是“由IBM和英特尔共同创建的刀片服务器行业组织Blade.org预计未来将有三个改变数据中心的主要趋势：以太网聚合网络技术；水冷等高级节能技术；涉及虚拟化和刀片服务器的整合。”可以肯定的是，节能环保的数据中心国际化的发展趋势。2005年4月，全球第一个综合性的数据中心电信基础标准：TIA/EIA 942提出了适用于大多数数据中心的设计要素包括：基于标准的开放系统；综合考虑扩容需求的高性能和高带宽；支持10G万兆或更高速率的技术；支持存储设备；支持充分考虑扩容需求的聚合点；高质量，可靠性和可量测性；冗余性；高容量和高密度；易于移动增加和改动的灵活性和可扩展性。
    我们在规划机房布线系统时，需要考虑采用以上类型的国际性标准及相关管理办法作为指导，结合我国在数据中心设计上的标准规范，根据具体的项目需求进行设计。国际化的标准规范可以说是一种潜资源，它提出了数据中心大众化的设计要素，统一了数据中心国际化设计的标准，提高规划设计的效率及质量，最重要的是它在数据中心建设中的投入是零成本，是当之无愧的“绿色资源”了。

4  结束语
    “事物总是在有规律不间断的运动、变化、发展，事物发展的根本原因在于事物内部的矛盾性，阶段性的成效通常表现为有新事物的出现。” 任何事物想要发展，就必须先把“障碍”清除，创造新的有利因素。因此当前数据中心变革，是发展的需要，通过技术创新，以“创新、成本、环保”为主题的新一代的数据中心即将出现。