國家圖書館數(shù)據(jù)中心建設與管理研究

趙立輝

（國家圖書館信息技術(shù)部,北京 100000）

近十年來國家高度重視文化發(fā)展,國家圖書館也迎來了快速發(fā)展的十年,隨著《中華人民共和國公共圖書館法》的頒布,圖書館事業(yè)迎來了新紀元。在國圖110年華誕之際,習主席給國圖老專家回信,對國圖寄予很高的期望,提出了更高的要求,為十四五期間國家圖書館發(fā)展指明了方向。十年來,國家圖書館堅持正確的政治方向,緊跟科學技術(shù)發(fā)展,把握好廣大人民群眾最迫切、最普遍、最全面的需求,結(jié)合自身歷史定位和發(fā)展規(guī)律,大力開展數(shù)字圖書館建設,依托辦公自動化、數(shù)圖推廣工程、專網(wǎng)、移動端服務、直播發(fā)布、工程融合、大數(shù)據(jù)、智慧圖書館等項目,為讀者提供更全面、更精準、更便捷、形式更多樣的全媒體服務。

與此同時,國家圖書館數(shù)據(jù)中心無論是從面積規(guī)模、設備數(shù)量、配套設施、先進技術(shù)運用、管理制度等軟硬件建設上都呈現(xiàn)出了爆發(fā)式增長和跨越式發(fā)展的態(tài)勢。2009年國家圖書館總館北區(qū)數(shù)據(jù)中心建成投入使用,2013古籍館災備數(shù)據(jù)中心建成投入使用,2014年總館南區(qū)數(shù)據(jù)中心改造升級完成,2019年總館南區(qū)專用數(shù)據(jù)中心改造升級完成。目前國家圖書館擁有總館南區(qū)、總館北區(qū)、古籍館災備三處數(shù)據(jù)中心,總面積為2350m2,各種設備逾千臺,為國家圖書館乃至全國圖書館界眾多網(wǎng)站、平臺、系統(tǒng)、存儲、鏈路、安全、網(wǎng)絡相關(guān)設備提供了國家A類數(shù)據(jù)中心環(huán)境,多年來積攢了豐富的數(shù)據(jù)中心建設與管理經(jīng)驗。

1 數(shù)據(jù)中心建設概述

1.1 數(shù)據(jù)中心定義

數(shù)據(jù)中心是一種依托特定設備、特定環(huán)境的數(shù)據(jù)集合,為這些數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)存儲、傳輸、分析、計算的設備集合,以及為所需電子信息設備提供運行環(huán)境的場所,可以是一幢建筑物或建筑物的一部分。

國家圖書館擁有海量資源,將這些資源數(shù)字化,進而實現(xiàn)實時發(fā)布和長期保存是國家圖書館重要職責之一。國家圖書館很早就開展數(shù)據(jù)中心建設,目前按照“兩地四中心”的標準穩(wěn)步推進。

1.2 建設數(shù)據(jù)中心的意義

數(shù)據(jù)中心的存在對于一個單位、企業(yè)或者組織來說重要意義不言而喻,既是大勢所趨又是現(xiàn)實需要。以圖書館界為例,目前人們獲取知識、信息的渠道已經(jīng)早就不局限于紙質(zhì)書籍這一單一來源,信息技術(shù)不斷發(fā)展深刻地影響了人們的生活習慣。各種APP、短視頻、訂閱號、廣告以更加直接、更加精準、更加容易接受的方式充斥在我們周圍。在這樣的背景下,圖書館也必須跟緊時代步伐,以更加開放的姿態(tài)擁抱新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新需求,大力發(fā)展數(shù)字圖書館,依托大數(shù)據(jù)、智慧圖書館等先進技術(shù)滿足人們多樣化的文化和精神需求。建設和利用好更先進、安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)中心,對圖書館未來發(fā)展起著基礎(chǔ)性的支撐作用。

近年來,國家圖書館數(shù)據(jù)中心與全國各地省市圖書館建立專網(wǎng)、虛擬網(wǎng)鏈接,最大限度地實現(xiàn)了資源的標準統(tǒng)一和共建共享。

1.3 數(shù)據(jù)中心分類

數(shù)據(jù)中心分類可以參照不同的標準,《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017中按照使用性質(zhì)、數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡中斷在經(jīng)濟或社會上造成的損失與影響程度將數(shù)據(jù)中心分為：A、B、C三類,其中A類要求最高。

國家圖書館數(shù)據(jù)中心在設計和建設中都是按照國家A類標準實施,采用雙路市電接入并配備UPS不間斷供電系統(tǒng),蓄電池滿額供電兩小時。風冷、水冷兩種方式制冷,并有備機循環(huán)啟動。聯(lián)通、電信、專線網(wǎng)絡接入,24小時環(huán)境監(jiān)控等都具有一定的冗余容錯能力,按照分類規(guī)則屬于中小型國家A類數(shù)據(jù)中心。

1.4 數(shù)據(jù)中心區(qū)域劃分

數(shù)據(jù)中心的組成應根據(jù)系統(tǒng)運行特點及設備具體要求確定,一般由主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)、行政管理區(qū)等功能區(qū)組成。

主機房的使用面積應根據(jù)電子信息設備的數(shù)量、外形尺寸和布置方式確定,并應預留今后業(yè)務發(fā)展需要的使用面積。輔助區(qū)和支持區(qū)面積之和一般為主機房面積的1.5～2.5倍。

1.5 數(shù)據(jù)中心環(huán)境要求

《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017中對數(shù)據(jù)中心內(nèi)不同區(qū)域的環(huán)境有明確的規(guī)定。

（1）溫濕度（見表1）

表1 溫濕度標準

（2）塵埃。主機房的空氣粒子濃度,每立方米空氣中粒徑大于或等于0.5μm的懸浮粒子數(shù)應少于1760萬粒。

（3）噪聲。數(shù)據(jù)中心內(nèi),在長期固定工作位置測量的噪聲值應小于60dB（A）。

（4）靜電。主機房內(nèi)絕緣體的靜電電位應≤1kV。

（5）接地電阻。接地電阻﹤1Ω,零地電位差﹤2V。

2 國家圖書館總館南區(qū)數(shù)據(jù)中心建設方案

該數(shù)據(jù)中心面積為620m2,層高約3.7m,位于總館南區(qū)一層。1987年按照機房標準設計建設,1998年9月進行改造,使用至今。

平面圖如圖1所示。

圖1 原總館南區(qū)數(shù)據(jù)中心布局圖

由于建成時間過長,主要有以下不足：（1）網(wǎng)線都是5類線,對于目前的交換機端口已經(jīng)不適合。（2）機房內(nèi)的電源配電已經(jīng)落后和老化。（3）部分采用互動式小功率UPS電源性能已落后。（4）由于過去的服務器都是臺式機,采用的機柜都是非標準機柜,不適合安裝新的機架式服務器,但又占了較大面積,使機房目前已處于飽和狀態(tài)。（5）缺少溫濕度和電力等環(huán)境監(jiān)控。（6）地板下走線的方式嚴重浪費制冷量。（7）地板、墻面、照明等基礎(chǔ)設施需要重新裝修。

基于以上原因決定在原基礎(chǔ)上進行全面升級改造,通過改造使其達到國家A級數(shù)據(jù)中心的規(guī)范要求。

2.1 建設基本原則

此次數(shù)據(jù)中心改造原則主要體現(xiàn)在以下幾點：（1）整體性原則。數(shù)據(jù)中心所有系統(tǒng)的設計要根據(jù)業(yè)務發(fā)展需要與設備使用進行整體規(guī)劃,統(tǒng)籌考慮,保證整體可用性。（2）可靠性原則。數(shù)據(jù)中心建成后必須具有高可靠性,保證提供連續(xù)不間斷的7×24小時服務,各系統(tǒng)都具有足夠的備份能力。具有完整的安全策略和切實可靠的安全手段保障數(shù)據(jù)中心運行系統(tǒng)基礎(chǔ)環(huán)境的安全。（3）節(jié)能、環(huán)保原則。數(shù)據(jù)中心設計及建設要采用切實有效的措施和技術(shù),充分體現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、減排的要求,建設綠色的數(shù)據(jù)中心。（4）靈活性及可擴展性原則。各系統(tǒng)應具有可持續(xù)發(fā)展的能力,應考慮部分設備需分期實施,確保日后可以方便增容。對隱蔽性工程要有足夠的前瞻性,為了保證較長時間內(nèi)的系統(tǒng)擴容、變更、升級等可能性而預留相應預埋管線和接口。（5）可管理性原則。各系統(tǒng)應具有較強的集中式管理加分布式實施的可管理性邏輯,并且為分布式實施調(diào)整提供清晰的管理邏輯。

2.2 建設選址

此次改造升級是在原機房的基礎(chǔ)上進行,但是在實施之前對該區(qū)域也進行了評估,滿足作為數(shù)據(jù)中心的需求：（1）國家圖書館總館南區(qū)東南角一層,層高3.7m,滿足承重和層高要求。（2）區(qū)域相對獨立,遠離閱覽室、停車場、辦公室、水管道等不會噪音干擾,安全性較高。（3）是聯(lián)通、電信、專線網(wǎng)絡的接入點,便于路由規(guī)劃。（4）兩側(cè)各有一個出口,便于大型設備進出。（5）與地鐵線路的距離大于100m,滿足防震需要。（6）兩路市電接入,滿足供電需求。（7）經(jīng)濟方面考慮原機房基礎(chǔ)上改造可最大程度節(jié)約成本。

2.3 功能區(qū)劃分

根據(jù)實際情況國家圖書館總館南區(qū)數(shù)據(jù)中心設置有中心機房、專用機房、UPS配電室、空調(diào)機房、空調(diào)室外機區(qū)、電池室、消防鋼瓶間、監(jiān)控值班室、會議室、拆卸區(qū)、儲藏室、參觀走廊等區(qū)域,如圖2所示：

圖2 總館南區(qū)數(shù)據(jù)中心機房平面布局圖

2.4 基礎(chǔ)裝修

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)裝修要滿足防火、防水、防塵、防靜電、抗干擾、保溫和隔熱、消聲和減振、防鼠蟲害等要求。

（1）地面。項目工程地板采用承重不小于500kg/m2的抗靜電活動地板,尺寸為600mm×600mm,厚度不小于35mm,鋪設高度不小于400mm,地板顏色與墻面裝飾效果相協(xié)調(diào),材質(zhì)為高壓鑄鋁合金,防火性能A級,并留有10套抗靜電活動地板作為備件。（2）吊頂。主機房區(qū)域采用600mm×600mm,0.6mm以上鋁合金微孔板吊頂,有較好的吸音及回風效果。吊頂具有一定的承載能力,能夠承受住全部安裝設備的重量,天棚頂面須做防潮、防塵預處理,確保天花板基礎(chǔ)部分不起塵。（3）墻面。主機房立面采用輕鋼龍骨彩鋼石膏復合板裝飾,并填充50mm厚巖棉,保溫、隔熱、隔音,防火性能A級,顏色乳白色。（4）門窗。對外的門采用防火玻璃密閉門及甲級鋼質(zhì)防火門,使數(shù)據(jù)中心外面的空氣不能輕易進入,不同功能區(qū)域使用不銹鋼玻璃隔斷墻分隔。（5）擋水壩及防水。在空調(diào)設備的四周設置高度為100mm高的擋水壩,并對擋水壩內(nèi)的地面及擋水壩做防水處理。

2.5 設備布局及綜合布線

國家圖書館南區(qū)數(shù)據(jù)中心的中心機房使用面積200m2多,目前共布置38臺標準機柜,采用上走線下送風,冷熱通道設計,利于工作,節(jié)約能耗。按照機柜與機柜之間間隔1.5m,采用面對面、背對背方式放置,兩側(cè)均有通道。（見圖3、圖4）

圖3 機柜下送風

圖4 機柜上走線

從網(wǎng)絡區(qū)匯聚機柜到中心機房每臺布線列頭柜布置1根24芯室內(nèi)單模光纖、1根24芯室內(nèi)多模光纖。從中心機房布線列頭柜到各服務器機柜分別布置24根六類非屏蔽雙絞線。監(jiān)控室每個工位布置4個六類非屏蔽信息點,共計48個。

3 國家圖書館總館南區(qū)數(shù)據(jù)中心各子系統(tǒng)介紹

為了給數(shù)據(jù)中心一個穩(wěn)定可靠、安全舒適、綠色環(huán)保、設備可控,并具有良好展示能力的環(huán)境,需要同時建設相應的各個子系統(tǒng)。主要包括UPS不間斷供電系統(tǒng),恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng),照明、防雷接地系統(tǒng),動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng),行為監(jiān)控與門禁系統(tǒng),新風、排風系統(tǒng),大屏顯示系統(tǒng)等。

3.1 UPS不間斷供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心最基礎(chǔ)最主要的系統(tǒng)之一,數(shù)據(jù)中心各種IT設備需要一個穩(wěn)定的不間斷的電力供應。國家圖書館南區(qū)數(shù)據(jù)中心提供雙路市電接入UPS配電系統(tǒng)。不間斷的供電范圍是：主機房、專用機房一、專用機房二、空調(diào)設備及應急照明,其中為IT設備供電和為空調(diào)的供電來自不同UPS。UPS系統(tǒng)架構(gòu)采用2N雙母線冗余方式,并配置提供設備滿載運行兩小時的2V蓄電池組,當UPS故障或檢修時自動切換旁路供電模式,市電出現(xiàn)問題時自動電池供電。

3.2 恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)

國家圖書館南區(qū)數(shù)據(jù)中心采用的是風冷式制冷方式,共分為兩個專用空調(diào)分區(qū)。主機房、UPS配電室采用機房專用空調(diào),輔助機房區(qū)域的監(jiān)控室采用一套分體空調(diào)系統(tǒng)。

根據(jù)機房空調(diào)冷負荷量,合理地配置機房空調(diào),對機房空調(diào)的氣流組織、風道等進行設計,保證空調(diào)能較好地發(fā)揮作用。對機房空調(diào)的給排水系統(tǒng)進行設計,保證該系統(tǒng)供、排流暢,不易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

3.3 照明、防雷接地系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心區(qū)域照明包括正常照明及疏散指示照明,光源采用高效節(jié)能熒光燈或LED照明系統(tǒng)。正常照明標準照度為500lx,照明均勻度不小于0.7。疏散指示照明照度為5lx,除雙電源配電外,每個燈具內(nèi)還設蓄電池,應急時間不小于30分鐘。數(shù)據(jù)中心采用三級防雷,配置在不同級別的配電柜端。

3.4 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)

動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對機房溫濕度、配電、UPS、空調(diào)、漏水、安防等狀態(tài)實時監(jiān)測、控制并通過3D模型的形式直觀展現(xiàn)出來,同時主要指標可設置預警閾值,一旦異常,立即通過多種形式報警,各項參數(shù)記錄可查。

3.5 行為監(jiān)控、門禁子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心行為監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)和入侵報警系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用基于TCP/IP網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)架構(gòu)模式,前端攝像機采用720P高清攝像機,對機房出入口和機房內(nèi)設備通道進行全天候無死角監(jiān)控。

門禁系統(tǒng)對象為數(shù)據(jù)中心的防火防盜門及玻璃門。該系統(tǒng)由系統(tǒng)管理軟件、門禁控制器、讀卡器、出門按鈕、電控鎖及運行硬件組成。

3.6 新風、排風系統(tǒng)

新風系統(tǒng)新風量根據(jù)數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范要求選擇,主機房必須維持一定的正壓,UPS室內(nèi)由于放置了電池,需要有連續(xù)運行的排風系統(tǒng)。

3.7 大屏顯示系統(tǒng)

大屏顯示系統(tǒng),可根據(jù)數(shù)據(jù)中心具體情況靈活控制。國家圖書館南區(qū)數(shù)據(jù)中心大屏在監(jiān)控室北墻方向,由4個46英寸的液晶屏2×2排列,無縫拼接構(gòu)成。其中每個單屏的分辨率不低于1280×1024?？蓪崿F(xiàn)多路信號的單屏或多屏顯示。

4 國家圖書館數(shù)據(jù)中心管理

數(shù)據(jù)中心管理是數(shù)據(jù)中心建設完成后在使用過程中如何科學、規(guī)范、高效、穩(wěn)定發(fā)揮數(shù)據(jù)中心價值,延長使用周期,避免各種故障、事故的重要手段,貫穿整個數(shù)據(jù)中心生命始終。需要專業(yè)的人員、先進的技術(shù)和完善的制度作為保障。

GB/T51314-2018《數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設施運行維護標準》中將數(shù)據(jù)中心管理定義為運行和維護。主要包括日常巡檢、起?？刂?、參數(shù)設置、狀態(tài)監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)節(jié),以及為達到提高可靠性、排除隱患、延長壽命期所進行的預防性維護、預測性維護、維修等工作。

4.1 嚴格制度流程、注重日常管理

數(shù)據(jù)中心管理相當一部分工作是反復性、經(jīng)常性的,我們在日常工作中總結(jié)了一些管理制度,比如《值班登記表》《日常巡檢情況登記表》《人員進出登記表》《工作申請單》《設備進出申請單》《應急流程圖》《應急預案》等。對每一名進出的人員,每一臺進出的設備都嚴格做好審查、備案,確保有據(jù)可查。雖然大部分故障都是在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)的,但仍然有一部分問題是難以提前發(fā)現(xiàn)的,有賴于動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)及時告警,只有對數(shù)據(jù)中心非常熟悉,工作經(jīng)驗非常豐富才能夠準確判斷故障癥結(jié)所在,迅速做出處理。

4.2 防患于未然,注重規(guī)律性問題

管理工作也是有規(guī)律可循的,重要時間節(jié)點、重要區(qū)域、重要零部件需要相應的給予重點關(guān)注。比如高溫和嚴寒時的空調(diào)壓縮機,柳絮和落葉時節(jié)的室外機、濾網(wǎng),強降雨時節(jié)的幾個易漏水點,停電檢修前的UPS和電池,春節(jié)、“兩會”重要時期期間的安防等。容易出故障的零部件如空調(diào)的皮帶,UPS的電容、控制板,門禁的控制器、大屏、KVM等。抓住了這些規(guī)律,有的放矢提前著手就可以有效減少故障幾率。

5 結(jié)束語

隨著新基建浪潮的到來,大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)中心作為其他各項內(nèi)容的數(shù)字化底座,未來的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)資源,將成為新一代信息技術(shù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中樞和算力載體。未來數(shù)據(jù)中心必定是向著云數(shù)據(jù)中心與邊緣數(shù)據(jù)中心深度融合,智能化、標準化、模塊化、綠色節(jié)能程度更高的方向發(fā)展。