基于模塊化的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)分析

摘 要：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模式和模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式的分析對(duì)比，指出了模塊化建設(shè)方式在應(yīng)對(duì)彈性數(shù)據(jù)中心需求的優(yōu)勢(shì)所在，同時(shí)說(shuō)明了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施子模塊的構(gòu)成和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：模塊化；彈性數(shù)據(jù)中心；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；方式分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.120

1 前言

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的IT基礎(chǔ)設(shè)施主要指機(jī)柜、不間斷電源（UPS）、空調(diào)系統(tǒng)、強(qiáng)弱電配電系統(tǒng)以及動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)和安保門(mén)禁系統(tǒng)等等部分組成。機(jī)柜用于安裝和保護(hù)IT設(shè)備，為IT設(shè)備提供承載空間；UPS系統(tǒng)用于為IT設(shè)備提供穩(wěn)定的電源保障，并在市電故障時(shí)為IT系統(tǒng)提供后備電源；空調(diào)系統(tǒng)為機(jī)房環(huán)境提供溫濕度監(jiān)控措施，為IT設(shè)備提供一個(gè)恒溫恒濕的穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境；強(qiáng)弱電配電系統(tǒng)用于業(yè)務(wù)機(jī)柜的電源供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)連接，為機(jī)柜內(nèi)服務(wù)器提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和供電線(xiàn)路；動(dòng)力與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)為整個(gè)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施提供在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程告警功能，是管理員可以第一時(shí)間掌控機(jī)房運(yùn)行情況的利器；安保門(mén)禁系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心機(jī)房科學(xué)管理的基礎(chǔ)，同時(shí)也可以提供消防功能。

以傳統(tǒng)的方法規(guī)劃數(shù)據(jù)中心建設(shè)時(shí)，建設(shè)架構(gòu)比較固定，需要充分考慮業(yè)務(wù)增長(zhǎng)帶來(lái)的IT設(shè)備增長(zhǎng)，預(yù)留出足夠的機(jī)柜空間，UPS和空調(diào)制冷容量，一次性的相關(guān)投入非常大。而且隨著當(dāng)今信息化高速發(fā)展，IT業(yè)務(wù)設(shè)備升級(jí)頻率和擴(kuò)容需求也爆發(fā)性增長(zhǎng)，并且設(shè)備密度越來(lái)越高，發(fā)熱加劇，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的這種建設(shè)模式體現(xiàn)出建設(shè)周期長(zhǎng)、架構(gòu)沒(méi)有彈性和能源消耗比較粗放的弊端[1]。很容易導(dǎo)致前期投入的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中預(yù)留部分由于不能完全適應(yīng)新設(shè)備需要，造成金錢(qián)和時(shí)間的巨大浪費(fèi)。因此，如何引入一個(gè)可擴(kuò)展的彈性數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)方案，使數(shù)據(jù)中心機(jī)房在高效部署的同時(shí)，還具有比較強(qiáng)的擴(kuò)展性，成為數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2 模塊化數(shù)據(jù)中心介紹

從上述對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的描述，我們可以看出，對(duì)應(yīng)于當(dāng)今IT基礎(chǔ)建設(shè)迅速發(fā)展的需求，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)方式有以下缺點(diǎn)[1]：

（1）機(jī)房容量浪費(fèi)；（2）機(jī)房高能耗；（3）建設(shè)交付周期長(zhǎng)；（4）初始投資大；（5）生命周期成本高。

近年來(lái)，為了解決以上缺點(diǎn)，業(yè)內(nèi)各個(gè)IT基礎(chǔ)設(shè)施廠家均推出了模塊化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的建設(shè)方案[2][3]。模塊化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，是以機(jī)柜為載體和基礎(chǔ)單元，包含供配電模塊、制冷模塊、網(wǎng)絡(luò)、布線(xiàn)、消防等硬件單元和智能管理單元，具有標(biāo)準(zhǔn)化管路、電路、管理接口的智能化、預(yù)制化、一體化產(chǎn)品。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)時(shí)，可以分期采購(gòu)和按需快速擴(kuò)容，滿(mǎn)足使用方大規(guī)?？焖俨渴餓T設(shè)備的需要，并且大大提高機(jī)房負(fù)載率，降低單位能耗。

3 模塊化設(shè)計(jì)內(nèi)容

模塊化數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括封閉通道機(jī)柜設(shè)計(jì)、模塊化UPS和供配電模塊設(shè)計(jì)、環(huán)境溫濕度模塊設(shè)計(jì)、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)和消防模塊設(shè)計(jì)[4]。

（1）封閉通道機(jī)柜模塊。封閉通道式設(shè)計(jì)分為封閉冷通道和封閉熱通道，常用的是分別封閉冷通道設(shè)計(jì)。其中包括一體式機(jī)柜、通道門(mén)、可翻轉(zhuǎn)天窗、走線(xiàn)槽等等系統(tǒng)基礎(chǔ)部件。隨著IT設(shè)備的性能和容量大幅度提升，單位密度的制冷需求也大幅度增加，機(jī)房?jī)?nèi)熱源分布越發(fā)不均勻，熱傳導(dǎo)梯度也大幅度增加，以往將IT設(shè)備和機(jī)房所有空間一起進(jìn)行制冷和溫濕度控制的環(huán)境控制方法效率大大下降。封閉通道的機(jī)柜設(shè)計(jì)可以將制冷區(qū)域限制在機(jī)柜內(nèi)部，減少數(shù)據(jù)機(jī)房系統(tǒng)的無(wú)謂制冷需求，提高整體制冷效率。

（2）UPS和供配電模塊。模塊化的UPS和供配電模塊用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塔式UPS和分離式配電柜。模塊化的UPS和供配電模塊安裝于封閉式通道內(nèi)部，并具有在線(xiàn)熱插拔、擴(kuò)充和更換功能。在線(xiàn)插拔式的UPS功率模塊可以讓UPS系統(tǒng)按照實(shí)際IT設(shè)備和業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)按需擴(kuò)展，并非常容易做到N+1甚至N+n模式的冗余配備，這樣的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有非常好的擴(kuò)展性和可維護(hù)性。同時(shí)供配電系統(tǒng)也預(yù)先集成到機(jī)柜內(nèi)部，并且大部分集成工作可以在出廠前完成，提高機(jī)房空間使用率的同時(shí)，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)施工難度，從而從整體上大大提高了IT業(yè)務(wù)的部署速度和效率。

（3）環(huán)境溫濕度控制模塊。環(huán)境溫濕度控制模塊主要是由指精密空調(diào)系統(tǒng)，模塊式精密空調(diào)系統(tǒng)可以使用柜間行級(jí)精密空調(diào)或者下送風(fēng)精密空調(diào)，由于行級(jí)精密空調(diào)具有送風(fēng)量大，不受限于風(fēng)道及開(kāi)孔地板，緊靠熱源制冷，滿(mǎn)足高密度部署等特點(diǎn)，因此在模塊化機(jī)房建設(shè)和擴(kuò)展中較為受歡迎。

（4）動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控和消防模塊設(shè)計(jì)。模塊化的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)一般與消防系統(tǒng)統(tǒng)一在出廠前就集成到封閉通道機(jī)柜中，所有供配電監(jiān)控、溫濕度監(jiān)控、門(mén)禁監(jiān)控、視頻監(jiān)控和消防監(jiān)控功能部件均以整體定制的方式安裝完畢。當(dāng)有煙火報(bào)警時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)封閉通道天窗，配合外部的七氟丙烷無(wú)管網(wǎng)氣體消防柜，完成快速消防反應(yīng)。

4 方案優(yōu)勢(shì)

模塊化數(shù)據(jù)中心克服了許多傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的缺點(diǎn)，根據(jù)華為公司2016年針對(duì)模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案的介紹和分析，模塊化方案有以下優(yōu)勢(shì)：（1）整體系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化接口方式組成：由于利用了工廠預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化的接口，工程界面清晰，建設(shè)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)快速部署，極簡(jiǎn)交付；（2）系統(tǒng)的各個(gè)功能部分采用模塊化設(shè)計(jì)：利用模塊化標(biāo)準(zhǔn)化組件，設(shè)計(jì)統(tǒng)一，按需增減，即插即用，在線(xiàn)更換，易維護(hù)；（3）整個(gè)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)框架化：機(jī)柜、供配電、環(huán)境控制、監(jiān)控等系統(tǒng)都集成于模塊內(nèi)；部件工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)單，整個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)可以分期部署、按需擴(kuò)容，提高機(jī)房負(fù)載率，降低整體能耗。

5 總結(jié)

模塊化數(shù)據(jù)中心是新興的數(shù)據(jù)中心建設(shè)理念，具有建設(shè)快速、易復(fù)制、部署高效等特點(diǎn)[4]，配合當(dāng)今高融合數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)和云計(jì)算數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施和IT設(shè)備的高效模塊化部署和擴(kuò)充，將大大有利于IT業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，成為未來(lái)超融合數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)建設(shè)的首選方案。

參考文獻(xiàn)：

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[5]胡燕.關(guān)于模塊化數(shù)據(jù)中心發(fā)展的思考[J].電信科學(xué)，2014（05）.

作者介紹：夏凌云（1980-），男，四川瀘州人，碩士研究生，工程師，主要研究互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。