服務(wù)器設(shè)備抗震性能測(cè)試分析

李皓琰　韓明超　臧戰(zhàn)勝　張朋波

摘要：為研究服務(wù)器設(shè)備的抗震性能，保障地震災(zāi)害中信息通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的安全可靠性，該文構(gòu)建一種服務(wù)器抗震技術(shù)性能檢測(cè)和評(píng)估方法。包括震前震后服務(wù)器的外觀和硬件檢查、狀態(tài)監(jiān)控功能測(cè)試、運(yùn)行可靠支持功能檢查和設(shè)備性能指標(biāo)檢查。并基于地震模擬振動(dòng)臺(tái)，依據(jù)電信設(shè)備抗地震性能檢測(cè)規(guī)范，通過抗震試驗(yàn)首次對(duì)某型號(hào)服務(wù)器的設(shè)備頻率、設(shè)備結(jié)構(gòu)、外觀及硬件、基本功能、系統(tǒng)性能等進(jìn)行抗震性能測(cè)試和方法驗(yàn)證。通過對(duì)抗震試驗(yàn)結(jié)果的分析，驗(yàn)證服務(wù)器抗震技術(shù)性能檢測(cè)和評(píng)估方法的可行性和科學(xué)性，并為后續(xù)服務(wù)器抗震性能研究和標(biāo)準(zhǔn)制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器;抗震測(cè)試;結(jié)構(gòu)性能;技術(shù)性能

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2019）08-0050-05

0 引言

服務(wù)器是通信系統(tǒng)的主要組成部分，是提供特定應(yīng)用服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算背景下，服務(wù)器設(shè)備在IT、政府、金融、電信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，承載著關(guān)鍵的服務(wù)和數(shù)據(jù)任務(wù)，因此服務(wù)器的安全可靠性至關(guān)重要。我國(guó)地震頻繁，震級(jí)高、震源淺，地震對(duì)全程全網(wǎng)的通信網(wǎng)破壞嚴(yán)重[2]，根據(jù)調(diào)研情況，服務(wù)器在地震中機(jī)柜、設(shè)備主體、各元器件和連接件會(huì)受到嚴(yán)重影響。同時(shí)，地震所引起的振動(dòng)沖擊會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器廣泛使用的機(jī)械式磁盤磁頭偏離磁道運(yùn)動(dòng)[3]，不具備抗震性能的設(shè)備在震動(dòng)時(shí)會(huì)造成磁盤損壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)永久丟失，嚴(yán)重影響通信網(wǎng)正常運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)外有針對(duì)通信設(shè)備的通用結(jié)構(gòu)性能抗震檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[4-10]，但針對(duì)服務(wù)器的抗震技術(shù)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和抗地震性能研究還處于空白狀態(tài)。為了研究服務(wù)器的抗震性能，制定科學(xué)的抗震技術(shù)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，保證地震中重要數(shù)據(jù)的安全，保障災(zāi)后通信正常，本文構(gòu)建了服務(wù)器抗震技術(shù)性能檢測(cè)和評(píng)估方法，基于地震模擬振動(dòng)臺(tái)，依據(jù)YD5083-2005《電信設(shè)備抗地震性能檢測(cè)規(guī)范》對(duì)某型號(hào)服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行了地震試驗(yàn)，通過檢測(cè)其設(shè)備頻率、設(shè)備結(jié)構(gòu)、基本功能和系統(tǒng)性能，分析了其抗震性能，為后續(xù)服務(wù)器設(shè)備抗震研究和標(biāo)準(zhǔn)制定提供數(shù)據(jù)和技術(shù)參考。

1 抗震試驗(yàn)設(shè)備及方案

服務(wù)器設(shè)備抗震性能檢測(cè)目的是檢驗(yàn)服務(wù)器設(shè)備在設(shè)防地震作用下的運(yùn)行功能，驗(yàn)證服務(wù)器設(shè)備在經(jīng)受一定強(qiáng)度地震后，能夠?qū)崿F(xiàn)其原有設(shè)計(jì)功能的能力。針對(duì)被測(cè)服務(wù)器設(shè)備，地震臺(tái)輸入標(biāo)準(zhǔn)的模擬人工合成地震波，對(duì)其結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能進(jìn)行綜合性考核。

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本次抗震試驗(yàn)設(shè)備主要包括三向地震模擬振動(dòng)臺(tái)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、BurnInTest/IOmeter服務(wù)器測(cè)試軟件等。被測(cè)設(shè)備為數(shù)據(jù)中心機(jī)房中廣泛使用的某型號(hào)2U機(jī)架式服務(wù)器，主要參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方案

參考YD5083-2005對(duì)上述服務(wù)器設(shè)備依次進(jìn)行7、8、9烈度抗震試驗(yàn)。試驗(yàn)安裝環(huán)境如圖1所示，每個(gè)烈度抗震試驗(yàn)步驟按圖2所示進(jìn)行。

1）抗震試驗(yàn)前，對(duì)服務(wù)器的物理結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能進(jìn)行檢查。檢查服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，確保服務(wù)器沒有結(jié)構(gòu)方面的損傷。同時(shí)，按制定的服務(wù)器抗震技術(shù)性能檢測(cè)和評(píng)估方法進(jìn)行技術(shù)性能測(cè)試，包括服務(wù)器外觀、基本功能測(cè)試和關(guān)鍵部件性能測(cè)試，以驗(yàn)證服務(wù)器設(shè)備在震前完好。

2）模擬實(shí)際安裝方式和工作方式。根據(jù)YD5083標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于插框類設(shè)備，需將其安裝固定在試驗(yàn)機(jī)架內(nèi)，質(zhì)量在25～70kg的插框類設(shè)備需要安裝在試驗(yàn)機(jī)架中部。本試驗(yàn)將被測(cè)服務(wù)器設(shè)備通過配套導(dǎo)軌安裝到標(biāo)準(zhǔn)19inch試驗(yàn)機(jī)架中部，試驗(yàn)機(jī)架水平X軸主頻為26Hz，水平Y(jié)軸主頻為30Hz，垂直z軸頻率34Hz，符合主流機(jī)架頻率水平，具有足夠的剛性保證測(cè)試有效性。然后將裝有服務(wù)器設(shè)備的機(jī)架按實(shí)際安裝方式安裝到振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面，正常加電運(yùn)行，并使用BurnInTest[11]軟件加壓模擬實(shí)際運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行抗震測(cè)試。

3）在服務(wù)器設(shè)備上貼裝三軸向加速度傳感器，對(duì)服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行震前動(dòng)力特性檢查，測(cè)定被測(cè)服務(wù)器設(shè)備震前的固有頻率、阻尼比等動(dòng)力特性參數(shù)，并記錄檢查結(jié)果。

4）按照對(duì)應(yīng)的考核烈度生成對(duì)應(yīng)的人工地震波，對(duì)設(shè)備進(jìn)行人工地震波考核，并記錄考核過程中各測(cè)點(diǎn)的加速度值。

5）對(duì)服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行震后動(dòng)力特性檢查。測(cè)定被測(cè)服務(wù)器設(shè)備震后的固有頻率、阻尼比等動(dòng)力特性參數(shù)，并記錄檢查結(jié)果。

6）檢查震后服務(wù)器的物理性能和技術(shù)性能。對(duì)服務(wù)器進(jìn)行震后結(jié)構(gòu)檢查和震后技術(shù)性能測(cè)試。方法同第1）步。

2 試驗(yàn)方法和結(jié)果分析

按照YD5083要求，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備在進(jìn)行抗地震性能考核后，在7、8、9烈度地震作用下，都不得出現(xiàn)任何設(shè)備組件如導(dǎo)軌及外殼的脫離、脫落和分離，被測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)不得有變形和破壞。同時(shí)，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均應(yīng)符合技術(shù)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1 結(jié)構(gòu)性能

2.1.1 服務(wù)器設(shè)備動(dòng)力特性

在各烈度試驗(yàn)的震前和震后，分別對(duì)服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行頻率范圍1～50Hz，加速度幅值0.1g的白噪聲激勵(lì)測(cè)試，以此來檢查其動(dòng)力特性。測(cè)試采用單軸激勵(lì)方式，包括設(shè)備的正面方向（X向），側(cè)面方向（Y向）和垂直方向（Z向）。7、8、9烈度被測(cè)服務(wù)器設(shè)備震前和震后動(dòng)力特性測(cè)試結(jié)果變化對(duì)比如圖3～圖8所示，一階固有頻率如表2所示。

由圖表分析可知，在7烈度抗震試驗(yàn)考核前后，被測(cè)設(shè)備動(dòng)力特性固有頻率無明顯變化;在8、9烈度抗震試驗(yàn)考核中，被測(cè)設(shè)備受加速度較大，產(chǎn)生一定疲勞，固有頻率有輕微下降。綜上所述，被測(cè)設(shè)備固有頻率無明顯突變，說明該服務(wù)器具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.1.2 服務(wù)器抗震性能考核

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求反應(yīng)譜（RRS）生成人工地震波時(shí)域波形，用此時(shí)域波形對(duì)服務(wù)器進(jìn)行地震波考核，考核在X、Y、Z向分別進(jìn)行。

水平X向和Y向輸入波形加速度計(jì)算式為

a_H=k₁×k₂×a₁（1）

式中：a_H——水平向輸入波形加速度;

k₁——設(shè)備重要度系數(shù);

k₂——建筑物樓面加速度放大倍率;

a₁——地面加速度。

因服務(wù)器設(shè)備屬于通信設(shè)備，按YD5083標(biāo)準(zhǔn)要求通信設(shè)備重要度系數(shù)取值1.1，建筑物樓面加速度放大倍率取值3，地面加速度按7、8、9烈度分別取值0.1g、0.2g和0.4g。通過以上可計(jì)算出，服務(wù)器設(shè)備7、8、g烈度抗震試驗(yàn)輸入最大加速度分別為033g、0_66g、132g。

垂直向輸入波形加速度計(jì)算式為

a_v=1/2×aH（2）

式中a_v為垂直向輸入波形加速度。

由于地震波產(chǎn)生的地面加速度的卓越頻率主要分布在5～20Hz范圍內(nèi)，超出該范圍的對(duì)設(shè)備影響較小。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果在動(dòng)力特性檢查中得到的設(shè)備垂直向固有頻率高于20Hz，則可只做水平向的抗地震性能考核。被測(cè)服務(wù)器設(shè)備震前垂直向動(dòng)力特性測(cè)試固有頻率大于20Hz，故未進(jìn)行垂直向抗震性能考核。

根據(jù)上述值輸入最大加速度，輸入人工合成地震波，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備響應(yīng)加速度曲線如圖9～圖11所示，從圖中可以看到7烈度加速度幅值較低，8、9烈度加速度幅值較高，并且Y向響應(yīng)大于X向響應(yīng)，與設(shè)備動(dòng)力特性表現(xiàn)一致。經(jīng)7、8、9烈度抗震考核后，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備導(dǎo)軌及安裝螺絲無脫離脫落和分離情況，設(shè)備結(jié)構(gòu)無變形和破壞情況。

2.2 技術(shù)性能

2.2.1 外觀及硬件檢查

外觀和硬件的完整可靠能最直觀體現(xiàn)設(shè)備整體設(shè)計(jì)是否符合抗震要求，服務(wù)器表面應(yīng)無明顯凹痕、裂縫、變形，服務(wù)器的零部件緊固無松動(dòng)，可插拔部件連接可靠，開關(guān)、按鈕和其他控制部件靈活可靠。各烈度震后，經(jīng)測(cè)試檢查，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備外觀正常，各部件靈活可靠無松動(dòng)。

2.2.2 狀態(tài)監(jiān)控功能測(cè)試

監(jiān)控功能是服務(wù)器的重要功能，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)了解震后服務(wù)器各硬件是否正常。服務(wù)器能夠通過可管理接口收集電源、風(fēng)扇、處理器、磁盤控制等關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，如處理器工作溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)核心電壓等，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)定的故障閾值時(shí)，提供告警信息。故障消除后，提供狀態(tài)恢復(fù)信息。此項(xiàng)測(cè)試考核各監(jiān)控總線連接和接口在地震試驗(yàn)中的可靠性。

試驗(yàn)方法為在各烈度抗震性能考核后，人為設(shè)置產(chǎn)生緊急告警或用人機(jī)命令修改硬件故障閾值，檢查被測(cè)服務(wù)器監(jiān)控功能能否對(duì)不同類型的故障產(chǎn)生告警信號(hào)，并實(shí)時(shí)顯示、上報(bào)，對(duì)已產(chǎn)生告警信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，告警信息應(yīng)復(fù)原。各烈度震后，經(jīng)測(cè)試檢查，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能正常。

2.2.3 運(yùn)行可靠支持功能檢查

運(yùn)行可靠支持功能是指能夠支持冗余功能，冗余功能能夠保證服務(wù)器震后可靠運(yùn)行。服務(wù)器采取可靠支持設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件如電源、風(fēng)扇、硬盤等應(yīng)支持容錯(cuò)、冗余和熱插拔功能，熱插拔設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)可更換單元時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)顯示告警故障信息和告警故障恢復(fù)信息，同時(shí)該部件熱插拔應(yīng)不影響系統(tǒng)其他硬件正常工作，系統(tǒng)持續(xù)可靠運(yùn)行。此項(xiàng)考核服務(wù)器冗余切換功能在地震試驗(yàn)中的可靠性。

試驗(yàn)方法為在各烈度抗震性能考核后，人為將配置為冗余狀態(tài)、支持熱插拔的部件組中（如風(fēng)扇、電源、磁盤、PCI插槽等）任意一個(gè)移出，檢查冗余功能，指示和報(bào)警功能是否工作正常，系統(tǒng)是否持續(xù)可靠運(yùn)行。待重新插入冗余部件后，檢查系統(tǒng)監(jiān)控是否顯示故障和恢復(fù)信息。各烈度震后，經(jīng)測(cè)試檢查，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備冗余功能正常。

2.2.4 設(shè)備性能指標(biāo)檢查

由于服務(wù)器設(shè)備CPU，內(nèi)存、顯卡等關(guān)鍵部件安裝方式為插接，連接具有特殊性，性能指標(biāo)檢查能夠反映抗震性能考核過程中CPU、內(nèi)存等關(guān)鍵部件是否松動(dòng)。同時(shí)，由于機(jī)械硬盤組成結(jié)構(gòu)對(duì)震動(dòng)十分敏感，性能指標(biāo)檢查能夠反映抗震性能考核過程中硬盤是否出現(xiàn)讀寫錯(cuò)誤和物理壞道，造成性能下降。服務(wù)器的主要功能單元CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)系統(tǒng)等硬件狀態(tài)正常，性能測(cè)試結(jié)果正常。

試驗(yàn)方法為在各烈度抗震性能考核后，用BurnInTest和IOmeter[12]軟件對(duì)服務(wù)器舟蔚阱CPU、內(nèi)存和硬盤進(jìn)行性能測(cè)試。各烈度震后，經(jīng)檢查，被測(cè)服務(wù)器設(shè)備CPU、內(nèi)存性能正常，機(jī)械硬盤性能測(cè)試結(jié)果如圖12和圖13所示，變化幅度小于0.2%，性能較穩(wěn)定。（上接第54頁(yè)）

3 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了服務(wù)器的抗震技術(shù)性能檢測(cè)和評(píng)估方法，主要包括震前震后對(duì)服務(wù)器的外觀和硬件檢查、狀態(tài)監(jiān)控功能測(cè)試、運(yùn)行可靠支持功能檢查和設(shè)備性能指標(biāo)檢查。依據(jù)該方法能夠有效檢測(cè)服務(wù)器設(shè)備是否具有抗震性能，具有較好的可執(zhí)行性和科學(xué)性。通過對(duì)抗震試驗(yàn)結(jié)果分析，為后續(xù)服務(wù)器抗震性能研究和服務(wù)器抗地震性能檢測(cè)規(guī)范的制定提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。后續(xù)將對(duì)地震環(huán)境中硬盤的工作狀態(tài)進(jìn)行研究，以完善服務(wù)器抗震性能檢測(cè)規(guī)范中對(duì)硬盤的性能評(píng)估方法。

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（編輯：莫婕）