綠色智能機(jī)房的需求與發(fā)展研究

賴麗萍

（賀州學(xué)院 廣西 賀州 542800）

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)房計(jì)算機(jī)及通信設(shè)備的依賴性日益提高，其數(shù)量與日俱增，配套的環(huán)境設(shè)備也日益增多。機(jī)房的動(dòng)力及環(huán)境設(shè)備為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供正常的運(yùn)行環(huán)境。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備出現(xiàn)故障，若不及時(shí)報(bào)警和處理，對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成可靠性威脅，就有可能造成嚴(yán)重后果。對(duì)于銀行、證券、電信、海關(guān)等機(jī)房管理，一旦系統(tǒng)故障，造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。企業(yè)和政府部門都建立機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，用于機(jī)房?jī)?nèi)動(dòng)力、環(huán)境、安防等各方面監(jiān)控，保證機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，減少能耗，提高機(jī)房的安全管理水平等。

1 綠色智能機(jī)房的需求分析

傳統(tǒng)的機(jī)房正面臨一系列挑戰(zhàn)，根據(jù)最近對(duì)機(jī)房的調(diào)查結(jié)果顯示，傳統(tǒng)機(jī)房有基礎(chǔ)資源過(guò)度供應(yīng)，能源消耗嚴(yán)重；對(duì)資源與工作負(fù)載的靜態(tài)管理；不能在整個(gè)機(jī)房實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)度資源與共享資源；孤島式體系結(jié)構(gòu)；維護(hù)成本巨大；機(jī)房設(shè)計(jì)不合理弊端[1-2]。

根據(jù) 《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2008）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為滿足智能高效、節(jié)能環(huán)保的機(jī)房建設(shè)需求。該需求包含綠色、智能兩個(gè)方面，綠色普遍認(rèn)為積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，最低限度地降低和減少機(jī)房的碳排放量，提高能源的使用效率；普遍認(rèn)為智能的本質(zhì)就是對(duì)信息的感知，并且給予恰當(dāng)?shù)幕貞?yīng)，采用新技術(shù)實(shí)時(shí)地采集機(jī)房的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)機(jī)房進(jìn)行智能的監(jiān)控和管理，為用戶提供安全可靠的環(huán)境，并且易于擴(kuò)充及適應(yīng)未來(lái)機(jī)房的建設(shè)需要，從而有效提高企業(yè)生產(chǎn)力。綠色智能一體化發(fā)展即為以“可持續(xù)”為核心，通過(guò)智能化手段與綠色的理念的融合來(lái)實(shí)現(xiàn)人、環(huán)境和資源的三者的最優(yōu)化發(fā)展。

1.1 綠色節(jié)能需求分析

綠色是環(huán)保理念，它的目標(biāo)是使得數(shù)據(jù)機(jī)房中的IT系統(tǒng)、機(jī)械、照明和電氣設(shè)備的能源效率最大化，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響最小化，綠色機(jī)房是機(jī)房發(fā)展的必然[3]。

綠色節(jié)能機(jī)房，具體體現(xiàn)在對(duì)環(huán)保材料的選擇、節(jié)能設(shè)備的合理運(yùn)用、IT運(yùn)維系統(tǒng)的

優(yōu)化以及數(shù)據(jù)中心機(jī)房的超前規(guī)劃。如UPS效率的提高能有效降低對(duì)電力的需求，達(dá)到節(jié)能的目的。為了降低整個(gè)數(shù)據(jù)中心的成本，必須還要考慮整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、安全性、可擴(kuò)展性等方面差異。對(duì)每個(gè)系統(tǒng)的之間均衡性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的標(biāo)準(zhǔn)化以及現(xiàn)代智能機(jī)房的管理也得考慮。

1.1.1 綠色機(jī)房評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備的綠色化標(biāo)準(zhǔn)，可以參考如下指標(biāo)：

1）數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)PUE和DCiE 機(jī)房的能耗指標(biāo)主要有：電能使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）和數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)架構(gòu)效率 （Data Center Infrastructure Efficiency，DCiE）。衡量數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)營(yíng)、管理水平的關(guān)鍵指標(biāo)，也是綠色、節(jié)能、環(huán)?？疾橹匾笜?biāo)。該指標(biāo)是行業(yè)內(nèi)流行采用的綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)，指通過(guò)重點(diǎn)關(guān)注服務(wù)器的用電成本，測(cè)量服務(wù)器環(huán)境的用電效率[4]。在2006年，美國(guó)綠色網(wǎng)格聯(lián)盟的成員建立了PUE的公式，即

2）IT設(shè)備的能效比 IT設(shè)備能效比為IT設(shè)備每秒的數(shù)據(jù)處理流量或每秒數(shù)據(jù)吞吐量與IT設(shè)備的功耗比值，即

公式（2）表明，IT設(shè)備的能效比越高，IT設(shè)備每消耗1 W的電能，所能處理、存儲(chǔ)和交換的數(shù)據(jù)量越大。較高的IT設(shè)備能效比好處是，可以大幅度地降低與機(jī)房配套的UPS和空調(diào)系統(tǒng)的容量及功耗，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)省投資和節(jié)省機(jī)房安裝面積的目的。

3）機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的利用率指標(biāo) 供電和冷卻系統(tǒng)是造成數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施總成本的重要因素。同時(shí)要考慮物理空間、火災(zāi)防護(hù)要求和系統(tǒng)的安全性等。

4）IT設(shè)備的工作溫濕度范圍 機(jī)房設(shè)備對(duì)溫濕度很敏感，為了保證設(shè)備的正常工作，必須大力去建立和維護(hù)耗能很大的空調(diào)保障系統(tǒng)。同時(shí)在選擇設(shè)備時(shí)，考慮較寬工作溫度和濕度范圍的IT設(shè)備。

1.1.2 綠色節(jié)能技術(shù)

1）空調(diào)節(jié)能技術(shù) 空調(diào)是機(jī)房環(huán)境控制最重要的設(shè)備，它不但控制著機(jī)房的溫度，同時(shí)還要保持機(jī)房的濕度。機(jī)房空調(diào)綠色節(jié)能技術(shù)主要包括變頻技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、水冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、水處理節(jié)能技術(shù)、節(jié)能型制冷劑與節(jié)能添加劑等

2）新風(fēng)節(jié)能技術(shù) 利用空氣質(zhì)量交換和能量交換原理，依靠大量通風(fēng)將機(jī)房?jī)?nèi)的熱量迅速向外遷移，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)散熱。在有條件的地方（如季節(jié)性溫差大或者晝夜溫差大的地區(qū)），可利用機(jī)房室外的自然環(huán)境為冷源，對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行冷卻。當(dāng)室外溫度較低時(shí)，關(guān)閉空調(diào)，通過(guò)新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)將室外冷空氣經(jīng)過(guò)濾后引人機(jī)房?jī)?nèi)對(duì)設(shè)備散熱；當(dāng)室外溫度高于要求值時(shí)，系統(tǒng)控制啟動(dòng)空調(diào)運(yùn)行，從而減少空調(diào)使用時(shí)間，節(jié)約電能。由于機(jī)房結(jié)構(gòu)和設(shè)備布局的影響，機(jī)房?jī)?nèi)溫度場(chǎng)分布不均勻，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱或過(guò)冷等問(wèn)題。解決辦法就是通過(guò)改變送風(fēng)方式，盡量采用冷熱通道進(jìn)行送風(fēng)，改變機(jī)房?jī)?nèi)部溫度場(chǎng)分布，達(dá)到合理布置。

3）機(jī)房電源節(jié)能技術(shù) 機(jī)房電源設(shè)備主要是開關(guān)電源和UPS（不間斷電源），它們的主要功用都是將市電轉(zhuǎn)化為機(jī)房設(shè)備適用電壓，濾掉高頻污染和干擾電波，同時(shí)起到穩(wěn)定電壓的作用，此外UPS還具有斷電保護(hù)的功能。包括諧波治理技術(shù)、模塊化電源管理技術(shù)、智能電池管理技術(shù)、智能配電管理技術(shù)等

4）機(jī)房照明節(jié)能技術(shù) 機(jī)房照明節(jié)能是指在保證機(jī)房照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量的前提下，盡量減少照明系統(tǒng)中的能量損失，有效利用電能。采取分區(qū)分組控制燈具、選用半導(dǎo)體照明燈具、合理利用反射光等方法達(dá)到節(jié)能效果。

5）虛擬化技術(shù) 虛擬化技術(shù)是在系統(tǒng)中抽象出一個(gè)虛擬化層，并通過(guò)該層將下層資源抽象成另外一種形式的資源提供給上層使用。通過(guò)虛擬化，一份資源可以抽象成多份，相反，多份資源也可以抽象成一份。虛擬化技術(shù)是新一代數(shù)據(jù)中心機(jī)房使用最為廣泛的技術(shù)。將物理基礎(chǔ)資源集中在一起形成一個(gè)共享虛擬資源池，從而達(dá)到更加靈活和低成本地充分利用資源的目的。虛擬化已被企業(yè)看成是通過(guò)減少服務(wù)器數(shù)量來(lái)降低成本的有效途徑[5-6]。

1.2 智能高效

利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)，建立智能機(jī)房集成管理平臺(tái)，將整個(gè)機(jī)房的所有動(dòng)力、環(huán)境設(shè)備都集成到一個(gè)統(tǒng)一的監(jiān)控和管理平臺(tái)上，通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的可視化用戶界面，維護(hù)人員可以在控制中心內(nèi)監(jiān)控機(jī)房的任何一臺(tái)設(shè)備，獲得所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，提高對(duì)機(jī)房設(shè)備的管理水平，減輕了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力進(jìn)一步提升，減少了事故帶來(lái)的危害和損失[7]。

1.2.1 智能管理

1）安全監(jiān)控 智能化的機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)房各點(diǎn)和機(jī)柜各部位溫度、功率等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提供7×24H視頻監(jiān)控。

2）流程化管理 將監(jiān)控與運(yùn)維管理有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能開單，整合IT服務(wù)管理，涵蓋了常規(guī)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的各種優(yōu)點(diǎn)，將機(jī)房的報(bào)警系統(tǒng)和派單管理系統(tǒng)結(jié)合，做到人和設(shè)備的全面閉環(huán)管理。

3）報(bào)警處理功能 采集數(shù)據(jù)超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)向用戶可選擇通過(guò)聲光、短信、電話、語(yǔ)音、郵件等方式及時(shí)報(bào)警。系統(tǒng)報(bào)警、事件、信號(hào)量、歷史數(shù)據(jù)及管理員操作日志等自動(dòng)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.2.2 高效靈活

隨著機(jī)房的發(fā)展，機(jī)房已經(jīng)衍變成企業(yè)或者機(jī)構(gòu)管理IT基礎(chǔ)設(shè)施及應(yīng)用；提供IT基礎(chǔ)設(shè)施及應(yīng)用服務(wù)的部門；也是為企業(yè)或機(jī)構(gòu)內(nèi)部和他們之間實(shí)現(xiàn)信息的高度集中管理和共享，提供信息服務(wù)與決策支持的平臺(tái)。因此，管理人員在此平臺(tái)利用一系列的技術(shù)，提高服務(wù)的效率。

1）機(jī)房的模塊化設(shè)計(jì) 模塊化的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)可以讓IT系統(tǒng)能更好適應(yīng)業(yè)務(wù)環(huán)境，提供更好的訪問(wèn)體驗(yàn)，并能實(shí)現(xiàn)資源的共享研究同步數(shù)據(jù)與應(yīng)用；模塊化可用使企業(yè)擺脫對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)的依賴，從而在采購(gòu)和構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)具有更廣泛的選擇性。

2）云理論的深入應(yīng)用 云計(jì)算技術(shù)是在當(dāng)代并行計(jì)算技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)和網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。云計(jì)算最為突出的優(yōu)點(diǎn)為不僅繼承了SaaS的軟件共享、訂制方便、服務(wù)快捷等優(yōu)點(diǎn)，更是實(shí)現(xiàn)了所有軟、硬件的共享，這樣就能有效的避免數(shù)據(jù)中心的重復(fù)建設(shè)[8]。它的資源是共享的、跨多用戶任務(wù)，并能隨需求的增加而增加。在云服務(wù)模式，軟硬件資源都部署在云端，可以深入開展云計(jì)算、云存儲(chǔ)等服務(wù)，為用戶提供高效、可用的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3）機(jī)房的可擴(kuò)展性 為了方便計(jì)算設(shè)備的更新、擴(kuò)展和升級(jí)，適當(dāng)考慮為各系統(tǒng)設(shè)備發(fā)展留有一定的冗余，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。

2 綠色智能機(jī)房的發(fā)展趨勢(shì)

綠色機(jī)房，就是通過(guò)自動(dòng)化、資源整合與管理、虛擬化、安全以及能源管理等新技術(shù)的采用，解決目前機(jī)房普遍存在的成本增加、資源管理日益復(fù)雜、信息安全等方面嚴(yán)重挑戰(zhàn)，以及能源危機(jī)等尖銳的問(wèn)題，從而打造與行業(yè)或企業(yè)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)發(fā)展相適應(yīng)的新一代企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施[9]。通過(guò)對(duì)機(jī)房的相關(guān)研究，認(rèn)為未來(lái)現(xiàn)代機(jī)房的發(fā)展將會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)趨勢(shì)。

2.1 機(jī)房智能化趨勢(shì)

智能機(jī)房概念的引入讓機(jī)房建設(shè)上了一個(gè)新臺(tái)階。未來(lái)機(jī)房建設(shè)中引入了智能機(jī)房集成管理系統(tǒng)后，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)，未來(lái)機(jī)房的操作無(wú)需像現(xiàn)在需要專人24小時(shí)監(jiān)控，將整個(gè)機(jī)房的各種動(dòng)力、環(huán)境設(shè)備子系統(tǒng)都集成到統(tǒng)一的監(jiān)控和管理平臺(tái)上，通過(guò)簡(jiǎn)單易用的圖形用戶界面，維護(hù)人員可以隨時(shí)隨地監(jiān)控機(jī)房的任何一臺(tái)機(jī)柜里面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，獲取所需的實(shí)時(shí)和歷史信息，進(jìn)行高效的全局事件管理。智能管理系統(tǒng)為機(jī)房維護(hù)人員提供了先進(jìn)的管理手段、實(shí)時(shí)的管理信息和豐富的歷史記錄，可以提高對(duì)機(jī)房系統(tǒng)人員、設(shè)備和綜合管理的水平，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，從而完成對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)行環(huán)境、電力狀況、安全保障、消防滅火報(bào)警等自動(dòng)監(jiān)視控制處理的功能。智能機(jī)房的提出不但解決了機(jī)房智能監(jiān)控的問(wèn)題，還能夠節(jié)省人力成本，避免人為疏忽導(dǎo)致機(jī)房故障。因此機(jī)房智能化將是未來(lái)機(jī)房的必然趨勢(shì)。

2.2 “無(wú)人機(jī)房”管理趨勢(shì)

KVM 是鍵盤（Keyboard）、顯示器（Video）、鼠標(biāo)（Mouse）縮寫，通過(guò)恰當(dāng)?shù)逆I盤、鼠標(biāo)和顯示器的配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的高可管理性，提高管理人員的工作效率，提高機(jī)房安全級(jí)別，節(jié)約機(jī)房面積，降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)的總體擁有成本[10-11]。

操作人員與被管理設(shè)備物理隔離，一切管理操作在機(jī)房外完成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離；管理手段與數(shù)據(jù)鏈路分離，管理鏈路與數(shù)據(jù)傳輸鏈路平行但不相交，真正杜絕因?yàn)楣芾矶鴰Ыo數(shù)據(jù)系統(tǒng)的安全隱患；不同管理權(quán)限邏輯隔離，用戶登錄管理系統(tǒng)后，只能操作自己管理權(quán)限范圍內(nèi)的設(shè)備。

2.3 綠色、環(huán)保、節(jié)能和低碳趨勢(shì)

隨著全球能源日趨緊張、能源成本不斷上漲，數(shù)據(jù)中心機(jī)房正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節(jié)約成本的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，構(gòu)建節(jié)能型的綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房受到越來(lái)越多的數(shù)據(jù)中心管理人員和IT廠商的關(guān)注。

機(jī)房?jī)?nèi)有許多計(jì)算機(jī)設(shè)備及環(huán)境保障設(shè)備 （如冷卻系統(tǒng)、UPS電源等），其用電成本將超過(guò)IT總預(yù)算的1/3。隨著各系統(tǒng)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)房建設(shè)使用了節(jié)能設(shè)備和新的節(jié)能技術(shù)，如采用高效能的UPS電源系統(tǒng)、低能耗的機(jī)房專用空調(diào)系統(tǒng)和機(jī)房智能照明系統(tǒng)，降低了機(jī)房的能耗。另外，潔凈、消防、滅火系統(tǒng)也使機(jī)房在使用中減少了對(duì)環(huán)境的危害。

數(shù)據(jù)中心的能耗，一方面是能源的利用效率低，另一方面是設(shè)備增長(zhǎng)非?？臁Ｔ诘吞嫉某绷飨?，數(shù)據(jù)中心也采用新能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能等，來(lái)降低數(shù)據(jù)中心的碳消耗；還有的數(shù)據(jù)中心采用了風(fēng)冷和水冷相結(jié)合飛冷卻方案可大大降低冷卻成本。

2.4 機(jī)房模塊化趨勢(shì)

為了方便計(jì)算設(shè)備的更新、擴(kuò)展和升級(jí)，在機(jī)房建設(shè)時(shí)需適當(dāng)考慮各系統(tǒng)為設(shè)備發(fā)展留有一定的冗余和預(yù)留，減少因機(jī)房改造而帶來(lái)的系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)對(duì)建設(shè)成本、建設(shè)周期、低運(yùn)行費(fèi)用的要求越來(lái)越高，而模塊化數(shù)據(jù)中心的概念正迎合了這種需求。模塊化數(shù)據(jù)中心采用將大型數(shù)據(jù)中心分割成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的模塊。由于采用大量可以復(fù)制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模塊，意味著可以按需逐步建設(shè)，并可以降低成本，在需求的時(shí)候又可以快速投入使用。通過(guò)模塊數(shù)據(jù)中心的精心設(shè)計(jì)，并和需求進(jìn)行定制化的匹配，可以得到更高效的方案。

模塊化數(shù)據(jù)中心一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的方向是集裝箱數(shù)據(jù)中心[12]。

2.5 機(jī)房虛擬化趨勢(shì)

近年來(lái)虛擬化技術(shù)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，虛擬化提高了設(shè)備的利用率，降低了用戶的投資成本和能耗。虛擬化技術(shù)已經(jīng)從服務(wù)器擴(kuò)展到了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備。虛擬化技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)集中在如何提供必需的智能和彈性，從而提高虛擬數(shù)據(jù)中心的效率和靈活性。

2.6 云計(jì)算機(jī)房

云的智能性、高靈活性以及容量定制功能納入機(jī)房監(jiān)控模式。云計(jì)算的發(fā)展也對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的建設(shè)提出了新的要求，更高效、更大、更低成本、更靈活等新型數(shù)據(jù)中心將不斷出現(xiàn)。

3 結(jié) 論

提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房的生產(chǎn)率、降低成本，同時(shí)滿足企業(yè)的業(yè)務(wù)目標(biāo)，建設(shè)綠色智能機(jī)房勢(shì)在必行。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施管理、安全管理、節(jié)能管理和智能監(jiān)控與管理，尋求高效、節(jié)能和安全的機(jī)房。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外機(jī)房管理，對(duì)機(jī)房發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，對(duì)指導(dǎo)我們機(jī)房的建設(shè)具有積極的意義。

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