高校智能模塊化數據中心機房建設

摘要：隨著高校信息化的快速發(fā)展，數據中心機房作為支撐高校信息化發(fā)展的基礎設施顯得越來越重要，子系統(tǒng)模塊化很好地解決了數據中心機房擴展不靈活、效率低等問題，智能化是數據中心機房管理水平的重要標志，智能化管理系統(tǒng)貫穿機房各個子系統(tǒng)。本文以北京師范大學新校區(qū)IDC機房建設為例，介紹我校智能模塊化數據中心機房建設經驗。

關鍵詞：IDC；數據中心；智能

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）30-0040-03

1 前言

北京師范大學主校區(qū)IDC機房于2013年建設完成投入使用，采用國家B級機房建設標準，提供標準服務器機柜80個，采用兩路市電至兩臺400KVA UPS，采用分區(qū)分級設計，分別可提供15KW、6KW、3KW三種容量服務器機柜，根據不同配電容量機柜采用行間空調、地板下送風和冷通道封閉，保障設備制冷需求【1】。2017年學校昌平新校區(qū)IDC機房啟動建設工作，該機房定位為主校區(qū)同城災備中心和雙活數據中心，采用國家B級機房建設標準。

根據該定位我校新校區(qū)IDC機房采用兩路480KW市電，建設標準服務器機柜40個，一期建設20個。每機柜配置5KW，采用底座式空調和冷通道封閉，采用模塊化UPS和智能監(jiān)控管理系統(tǒng)。設計如下圖所示：

2 制冷系統(tǒng)設計

2.1 風冷底座式制冷方案

機房設計服務器機柜40臺，5KW/臺；弱電列頭柜4臺，強電列頭柜4臺，2kw/臺?？紤]到機房設備可靠性因素，空調制冷量設計應有余量保證，本項目一期選用制冷量為不低于12.5KW的底座式空調10臺單臺總冷量，9主1備工作，滿足冗余要求。

底座式空調為模塊化設計，底部標配腳輪，現(xiàn)場可快捷移出空調進行維護。電氣方面采用端子熱插拔式，操作安全且可大幅縮短維護時間。每臺室內機均配置快速接頭與關斷閥，方便進行末端維護。冷源分配單元安裝在冷通道底下，不占用微模塊空間，且分配單元預留空調接口，后續(xù)微模塊可實現(xiàn)快速擴容，空調即插即用。EC風機、變頻列間空調，按需制冷，深度節(jié)能智能群控技術，提升可用性。

2.2 節(jié)約機房空間

冷源分配單元安裝在冷通道底下，不占用微模塊空間，且分配單元預留空調接口，后續(xù)微模塊可實現(xiàn)快速擴容，空調即插即用。底座式空調安裝在機柜底座下，不占用機柜列空間；相同面積下可多放置10%以上的機柜，可提高數據中心機房有效利用率，為IDC創(chuàng)造更大價值。

2.3 應急、維護

底座式空調為模塊化設計，底部標配腳輪，現(xiàn)場可快捷移出空調進行維護。電氣方面采用端子熱插拔式，操作安全且可大幅縮短維護時間；每臺室內機均配置快速接頭與關斷閥，方便進行末端維護。只需要配備備品機房維護人員在很短的時間可自行替換故障室內機。

2.4 節(jié)能、綠色

智能群控技術，提升可用性。相同制冷量前提下，空調造價低于列間空調，初投資相對較?。徊捎煤銣睾銤裥涂照{的微模塊，整體PUE高于采用列間空調的微模塊。按IT負載（含二期）200KW計算，使用行間空調耗電80KW，使用普通下送風空調耗電200KW，按正常運行50%計算，每年節(jié)省約52萬度電。

2.5 空調運行模擬

機柜微模塊通風地板尺寸600*600，通風率為50%，布置方式為微模塊機柜后（見設計圖紙）?？照{間隔擺放，兩塊通風地板對應一臺空調，因此空調通風地板通風面積為遠大于空調回風尺寸500*440，回風通風地板布置滿足要求。

2.6 空調最大支持功率核算

每IT機柜對應一臺底座空調，按照服務器可接受最小風量負載比：204CMH/kW來計算（24℃送風溫度）。此項目空調送風風量為2200CMH/臺。單臺空調最大支持功率=2200/204=10.78kW大于項目最大負載10kW，空調滿足要求。

CFD仿真結果

通過在CFD仿真軟件中搭建虛擬模型，進行數值計算，得出以下結果：

1） 冷熱通道溫度正常，冷通道溫度在23-25度之間，熱通道溫度在33度以下。詳見下圖

回風流量滿足空調風量需求。由圖可見單臺空調后部回風流量約為0.667m?/S（約為2400CMH/臺），滿足單臺空調風量需求。

3 配電系統(tǒng)設計

本次電力引入為雙路480KW供電，由大樓配電室引入雙路電源經過ATS后接入市電輸入配電柜，直接供電給UPS及空調、動力配電分路。機柜內雙路PDU保證機房電子設備雙路電源供電。

IT設備由1臺200KVA容量的模塊UPS供電，UPS采用N+X冗余供電結構，其中的UPS采用雙變換在線式模塊化熱插拔的冗余型智能UPS系統(tǒng)，在保證供電安全和可靠性的基礎上方便實現(xiàn)擴容和維護。電池配置后備時間半小時。

機房初步負荷計算如表1：

模塊化UPS較傳統(tǒng)UPS有較大的優(yōu)勢，模塊化UPS通過模塊的冗余來實現(xiàn)高可靠，而傳統(tǒng)UPS需要兩臺并機實現(xiàn)，建設成本更高。模塊化UPS的轉化效率更高，如下圖所示，負載在25%-100%之間模塊化UPS效率能達到96%左右，遠高于傳統(tǒng)UPS。模擬化UPS后期擴容方便靈活，只需要增加模塊即可。

4 DCIM系統(tǒng)設計

DCIM系統(tǒng)通過統(tǒng)一的操作平臺和統(tǒng)一的管理平臺，完成對機房環(huán)境、機電設備、安防、消防、IT上架設備各子系統(tǒng)無縫數據集成【2】，實時獲取各子系統(tǒng)監(jiān)控數據，通過對各子系統(tǒng)監(jiān)控數據處理、分析及邏輯判斷，實現(xiàn)上述各子系統(tǒng)的集中視圖、集中監(jiān)控、集中告警、集中數據分析和統(tǒng)一運維管理。全面地集中監(jiān)控供配電系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、 資產管理系統(tǒng)、能源與熱場管理系統(tǒng)，并且通過可視化系統(tǒng)直觀展現(xiàn)大平臺數據。使各個子系統(tǒng)之間的數據進行交互，實現(xiàn)各系統(tǒng)信息的互聯(lián)、 互通、互用，提供高效、集中、優(yōu)化的管理手段，實現(xiàn)信息互通互聯(lián)、業(yè)務協(xié)同，為數據中心的長期可靠運行提供決策支撐。

4.1 能源能耗管理

系統(tǒng)通過采集數據中心的能耗，了解各個設備、模塊能耗使用情況。如能源輸入能耗、變配電能耗、負載能耗等等。其次對各個子系統(tǒng)能耗進行精細化統(tǒng)計分析，如對所有IT設備能耗進行統(tǒng)計，制冷子系統(tǒng)能耗、通風子系統(tǒng)能耗、配電子系統(tǒng)能耗、照明子系統(tǒng)能耗等。 數據采集完成后，通過能效分析管理平臺分析，為用戶提高數據機房的電源使用效率指明方向。能效管理數據來自于機房的UPS、UPS配電柜、市電輸入柜、精密配電柜、發(fā)電機等配電設備，通過能效管理模塊就可以實時顯示每個耗電系統(tǒng)（精密空調、冷水機組、照明、IT系統(tǒng)等）當前的耗電情況，實時監(jiān)測數據中心總能耗、IT設備能耗、空調設備能耗等。通過能耗分析引擎，迅速找出能耗使用突破點，根據匹配的能耗知識庫，關聯(lián)出相應的節(jié)能改進建議。

4.2 設備資產管理

設備資產管理旨在對機房相關實物資產（庫存資產、在架資產、辦公資產等）進行全生命周期管理，給用戶提供面向企業(yè)內部統(tǒng)一的資產管理平臺，提供機房實物資產自動化盤點工具，并為機房容量管理、配置管理等IT服務管理提供數據接口，協(xié)助管理員高效運維機房業(yè)務。

資產管理功能主要包含設備管理、線路管理、備品備件管理、資源管理。智能條碼技術，通過條形碼標簽結合掃描槍讀取方式進行設備身份識別、管理，該方式造價成本相對較低，但人員主動性依賴大，適合機房規(guī)模小設備變動頻率低的應用場景。RFID技術，采用成熟的無線射頻RFID技術，結合物聯(lián)網應用，采用智能化標簽，通過天線自動獲取標簽屬性、位置信息等，實現(xiàn)全自動化管理。有線標簽U位管理，采用標簽綁定采集條方式實現(xiàn)設備一對一高效管理，每臺設備通過標簽連接到機柜資產信息采集條，精確到資產U位，100%準確率管理，是綜合考慮成本及管理手段的一種管理方式。

4.3 基礎動環(huán)監(jiān)控子系統(tǒng)

基礎設施監(jiān)控子系統(tǒng)由機房動力設施監(jiān)控、環(huán)境設備監(jiān)控、安防設施監(jiān)控組成。其中動力設施監(jiān)控實現(xiàn)對低壓配電柜、UPS、精密列頭柜、蓄電池組等加裝智能電量儀和采集模塊，通過RS485智能監(jiān)控通訊接口及通信協(xié)議將信號上傳至監(jiān)控平臺由監(jiān)控平臺軟件進行實時監(jiān)測。環(huán)境設施監(jiān)控實現(xiàn)對精密空調、定位漏水、機房溫濕度等實時監(jiān)測和預警。安防設施監(jiān)控實現(xiàn)對視頻系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、煙感溫感的實時監(jiān)控和遠程控制。

5 總結

北京師范大學昌平新校區(qū)IDC機房各子系統(tǒng)均采用模塊化設計便于以后的擴容和維護。在機房管理方面引入DCIM系統(tǒng)，實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的健康狀況、能耗的實時監(jiān)控，主動對物理設備進行識別、定位、運行狀態(tài)監(jiān)測保障可用性前提下提高效率、降低成本，讓數據中的資產、空量、能耗說得清、管得住。

參考文獻：

[1] 魯學亮，等.高校數據中心機房建設研究與實踐[J].中國教育網絡，2016：59-60.

[2] 李明江.DCIM系統(tǒng)在數據中心部署中存在的問題探討[J].現(xiàn)代建設電氣，2015：18-20.

【通聯(lián)編輯：梁書】