中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 王天威
眾所周知,數(shù)據(jù)中心的質(zhì)量除了取決于技術(shù)之外,還取決于它的操作。據(jù)騰訊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的余志華先生介紹,在2000 年之前,騰訊的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)并沒(méi)有太多的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),更沒(méi)有任何自動(dòng)化的工具和系統(tǒng)來(lái)支持我們的運(yùn)營(yíng)。那時(shí)候,維護(hù)計(jì)劃和專業(yè)的外包團(tuán)隊(duì)都比較少。在這種情況下,我們數(shù)據(jù)中心運(yùn)行如何有效設(shè)計(jì),這是一項(xiàng)值得探討的問(wèn)題。
由于我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)和先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)在現(xiàn)階段的發(fā)展中不斷提升和升級(jí),也取得了許多顯著的成果,中國(guó)在新形勢(shì)下逐漸迎來(lái)了“互聯(lián)網(wǎng)+”的新機(jī)遇。許多現(xiàn)代技術(shù)在計(jì)算和信息分類集成方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的新技術(shù)實(shí)現(xiàn),它逐漸開始受到越來(lái)越多領(lǐng)域和相關(guān)技術(shù)人員的高度重視,并被越來(lái)越多的專業(yè)人員應(yīng)用。由于中國(guó)現(xiàn)代信息化進(jìn)程的深入加強(qiáng),信息技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代所能承擔(dān)的負(fù)荷的總體目標(biāo)變得更加細(xì)致和準(zhǔn)確。由于中國(guó)現(xiàn)代移動(dòng)通信相關(guān)設(shè)備的不斷優(yōu)化升級(jí),現(xiàn)代移動(dòng)通信基站的工程發(fā)展也取得了非常顯著的改進(jìn)成果,從根本上推動(dòng)了專業(yè)技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域的更大應(yīng)用和推廣,以及核心工程技術(shù)的優(yōu)化提升。
從目前的發(fā)展階段來(lái)看,可以發(fā)現(xiàn)國(guó)際上廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)和優(yōu)化已經(jīng)被拋棄。而且,TD-LTE 移動(dòng)通信技術(shù)在目前的發(fā)展階段廣泛應(yīng)用,具有很多非常好的優(yōu)點(diǎn),它的信息傳輸速度非常快,而且整個(gè)傳輸周期也非常穩(wěn)定和安全,移動(dòng)通信數(shù)據(jù)的影響范圍非常廣泛,具有很多優(yōu)點(diǎn)。因此,對(duì)于這個(gè)移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)來(lái)說(shuō),它已經(jīng)成為“互聯(lián)網(wǎng)+”新時(shí)代使用的現(xiàn)代專業(yè)技術(shù)中非常穩(wěn)定、用戶群體最多的一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)。該專業(yè)技術(shù)在相對(duì)基礎(chǔ)的技術(shù)支持上使用OFDMA 專業(yè)技術(shù),實(shí)際上這意味著該移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)在之前的無(wú)線通信專業(yè)技術(shù)上可以在更高的水平上實(shí)現(xiàn)更深層次的進(jìn)步。同時(shí),由于采用了比較更穩(wěn)定可靠的無(wú)線電新型專業(yè)技術(shù),使數(shù)字頻帶數(shù)據(jù)和數(shù)字基帶數(shù)據(jù)向更高的質(zhì)量和效率轉(zhuǎn)變,還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)設(shè)置和智能天線設(shè)置,利用陣列天線相關(guān)的專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)和開發(fā)更專業(yè)的輸入輸出系統(tǒng)效率技術(shù),從而確保以更高質(zhì)量、更流暢高效的視頻數(shù)據(jù)傳輸,為移動(dòng)通信技術(shù)的信息傳輸速率提供更有力的幫助,根據(jù)當(dāng)前發(fā)展階段的實(shí)際情況,已經(jīng)能夠在新時(shí)代實(shí)現(xiàn)更高水平的高質(zhì)量通信成果。
通過(guò)觀察我國(guó)當(dāng)前發(fā)展階段的真實(shí)情況,可以發(fā)現(xiàn),國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)開始了非??焖俚陌l(fā)展,并經(jīng)歷了從初級(jí)階段到現(xiàn)階段的四個(gè)歷史階段。目前,國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)階段。LTE移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)在這一階段得到了廣泛而深入的推廣和應(yīng)用。LTE 專業(yè)技術(shù)主要包括國(guó)內(nèi)指出具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的TD-LTE 移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)和一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家指出具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的FDD-LTE 移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)。而且,通過(guò)觀察當(dāng)前發(fā)展階段的真實(shí)情況,我們還可以發(fā)現(xiàn),TD-LTE 移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)是新時(shí)代應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的一種更高效、更先進(jìn)的專業(yè)技術(shù),完全可以滿足高頻率、高帶寬的信息高質(zhì)量傳輸?shù)囊?。中?guó)為TD-LTE移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)開發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)站點(diǎn)規(guī)模已達(dá)119 萬(wàn)個(gè),能夠滿足4G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本應(yīng)用需求。這一情況也充分反映出TD-LTE 移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)在中國(guó)的影響范圍越來(lái)越廣,同時(shí)也有可能在同一時(shí)限內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的信息傳輸。此外,TD-LTE 移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)在當(dāng)前發(fā)展階段的不斷更新和完善,也有力地推動(dòng)了一些非?,F(xiàn)代化和先進(jìn)的公司繼續(xù)實(shí)施優(yōu)化和改進(jìn)。在目前的發(fā)展階段,也可以看到這些新興的公司正在積極的相互合作,逐漸設(shè)計(jì)和開發(fā)了很多新的、先進(jìn)的計(jì)算相關(guān)技術(shù)和非常大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)信息庫(kù),這對(duì)廣大用戶的日常工作和生活以及學(xué)校學(xué)生的教育和指導(dǎo)都有非常顯著的促進(jìn)和影響。在目前的發(fā)展階段,可以發(fā)現(xiàn)它的未來(lái)前景是非常有希望的??傮w而言,TD-LTE 移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)在大部分行業(yè)都可以有效應(yīng)用。如圖1 所示是某小型企業(yè)中數(shù)據(jù)中心的實(shí)際解決方案分析圖。
圖1 某小型企業(yè)中數(shù)據(jù)中心的實(shí)際解決方案分析圖Fig.1 Actual solution analysis diagram of a data center in a small enterprise
為了改變這種狀況,負(fù)責(zé)騰訊數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的工作人員做出了很多努力。余志華先生說(shuō),現(xiàn)在我們有一定的數(shù)據(jù)中心運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)或運(yùn)行規(guī)范,一些比較完善的監(jiān)控系統(tǒng),一些自動(dòng)化工具也在逐步使用。不會(huì)有太多需要人工干預(yù)的工作。然而,面對(duì)龐大的互聯(lián)網(wǎng)需求,網(wǎng)站上的這些操作,尤其是基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,仍有很多環(huán)節(jié)需要人工干預(yù)。我們的數(shù)據(jù)中心站點(diǎn)整潔有序,冷通道關(guān)閉,看起來(lái)管理得很好,在這種情況下,我們就沒(méi)有問(wèn)題和挑戰(zhàn)了嗎?當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心經(jīng)理接手一個(gè)新的數(shù)據(jù)中心時(shí),他已經(jīng)面臨很多挑戰(zhàn)和問(wèn)題。我們可以看到,一個(gè)數(shù)據(jù)中心在概念設(shè)計(jì)或效果圖上是完美的。這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)中心的經(jīng)理就覺(jué)得IDC 的規(guī)劃設(shè)計(jì)非常好,以后連接管理非常方便高效。這是真的嗎?不是這樣的。施工圖發(fā)出后,真正收到機(jī)房時(shí),它可能會(huì)走樣。因?yàn)槲覈?guó)在建筑技術(shù)水平上確實(shí)有很大的不足,一些設(shè)計(jì)理念和要求在實(shí)際應(yīng)用中總會(huì)遇到一些問(wèn)題。當(dāng)數(shù)據(jù)中心經(jīng)理接管IDC時(shí),情況可能會(huì)大不相同。此外,數(shù)據(jù)中心經(jīng)理接手一個(gè)IDC后,還要面對(duì)各種海量的運(yùn)營(yíng)需求,比如一個(gè)月內(nèi)交付10000 臺(tái)設(shè)備;更換硬盤,2000 元/月;重新啟動(dòng)操作系統(tǒng),每月2000 個(gè)工作單;服務(wù)器的硬件更換、每月超過(guò)800 單的訂單等龐大的運(yùn)營(yíng)需求給我們的一線運(yùn)營(yíng)人員帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)和壓力。另一方面,作為數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)管理人員,他們面臨著巨大的成本壓力?;蛟S,當(dāng)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器數(shù)量不足10000臺(tái)時(shí),電費(fèi)在公司運(yùn)營(yíng)成本中所占的比重并不大。在100000 單位,這似乎是可以接受的,但它不是主要矛盾。說(shuō)到50萬(wàn),說(shuō)到100萬(wàn),電費(fèi)是多少呢?公司的運(yùn)營(yíng)成本占比是多少?此時(shí),作為運(yùn)營(yíng)管理人員,應(yīng)該思考如何節(jié)約能源,如何提高運(yùn)營(yíng)效率,如何提高資源利用率,如何控制運(yùn)營(yíng)成本。這些都是數(shù)據(jù)中心經(jīng)理在面對(duì)大規(guī)模運(yùn)營(yíng)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。只有促進(jìn)數(shù)據(jù)的有效提取,才能進(jìn)一步推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的發(fā)展。只有這樣才能保證問(wèn)題發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性和優(yōu)化結(jié)果的完善性。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷應(yīng)用,這些原本存在的問(wèn)題都得到了解決。無(wú)論是小規(guī)模還是超大規(guī)模,云服務(wù)提供商還是希望將數(shù)據(jù)保存在本地的企業(yè),良好的設(shè)計(jì)對(duì)于創(chuàng)建和維護(hù)高效的數(shù)據(jù)中心都很重要。考慮到這一點(diǎn),以下是運(yùn)營(yíng)和維護(hù)高效數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的4 個(gè)關(guān)鍵考慮因素。
大多數(shù)數(shù)據(jù)中心中斷和失控的成本都與數(shù)據(jù)中心使用的電力和冷卻直接相關(guān)。如果冷卻效果不佳,冷卻數(shù)據(jù)中心所需的功率可以匹配或超過(guò)IT 設(shè)備本身運(yùn)行所需的功率。為解決這一問(wèn)題,組織應(yīng)通過(guò)控制和主動(dòng)風(fēng)量管理來(lái)控制風(fēng)量和冷卻,實(shí)現(xiàn)模塊化供電和冷卻,并隨需求/擴(kuò)張而擴(kuò)張。然后,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和趨勢(shì)報(bào)告,以確保低成本,并避免任何潛在的問(wèn)題出現(xiàn)。
一個(gè)好的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)應(yīng)該計(jì)劃使盡可能多的操作功能自動(dòng)化。這有助于確保在單個(gè)數(shù)據(jù)中心或多個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)一致地部署基礎(chǔ)設(shè)施,同時(shí)還有助于減少成本和人員維護(hù)成本所需的時(shí)間。自動(dòng)化應(yīng)該在多個(gè)階段進(jìn)行,從正在進(jìn)行的發(fā)現(xiàn)和審計(jì)到工作流和跨系統(tǒng)集成。
眾所周知,4G 的發(fā)展仍有一些不完善之處。5G 將更系統(tǒng)地解決4G 運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,包括應(yīng)用區(qū)域。4G 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域化的基本覆蓋,但一些偏遠(yuǎn)地區(qū)還沒(méi)有完成通信技術(shù)的覆蓋。長(zhǎng)期以來(lái),海上和高空的通信問(wèn)題一直是困擾技術(shù)人員的難題。在5G 的發(fā)展過(guò)程中,技術(shù)人員也開始關(guān)注這些問(wèn)題,希望通過(guò)自己的不斷探索和發(fā)展來(lái)解決當(dāng)前的問(wèn)題。因此,5G 時(shí)代的通信技術(shù)持續(xù)受到區(qū)域影響將成為大趨勢(shì)。
通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù),5G 網(wǎng)絡(luò)可以承載大量的連接和應(yīng)用,同時(shí)保持高速、低時(shí)延的特點(diǎn),針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供差異化的服務(wù)。不同場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求也不同。網(wǎng)絡(luò)切片解決了移動(dòng)、安全、低延遲等不同應(yīng)用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)需求。如何把握5G 發(fā)展前景,對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)中國(guó)5G 產(chǎn)業(yè)的騰飛,是所有移動(dòng)通信工作者的目標(biāo)。如圖2 所示是中國(guó)移動(dòng)通信第五代通信(5G)圖。
圖2 中國(guó)移動(dòng)通信第五代通信(5G)圖Fig.2 China Mobile communication fifth generation communication (5G)
數(shù)據(jù)中心目前使用的電源主要是火力發(fā)電,而火力發(fā)電環(huán)境保護(hù)和大氣污染嚴(yán)重。新能源進(jìn)入數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為電力設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,我們必須深入研究新能源的特點(diǎn)。論證其與城市供電在安全性、可靠性和細(xì)節(jié)方面的區(qū)別。例如,三聯(lián)供電數(shù)據(jù)中心的發(fā)電采用內(nèi)燃單元,它的啟動(dòng)性能與柴油發(fā)電機(jī)組不同,加載時(shí)間為30min。需要解決啟動(dòng)過(guò)程中供電的可靠性問(wèn)題;需要使用柴油發(fā)電機(jī)來(lái)保證中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的持續(xù)供電;內(nèi)燃機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí),需要使用電制冷主機(jī)作為備用設(shè)備。這些都需要與城市供電系統(tǒng)綜合考慮。
即設(shè)備功率乘以需求系數(shù)KX 和聯(lián)立系數(shù)KT,直接計(jì)算出的負(fù)荷,特別適用于數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷計(jì)算。在進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí),應(yīng)將設(shè)備按其性質(zhì)分為不同的設(shè)備:(1)其負(fù)荷;(2)空調(diào)及相應(yīng)耗電設(shè)備的額定功率是指銘牌上的數(shù)據(jù),應(yīng)在均載率下以有功功率統(tǒng)一替換。
某大型金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)中心于2013 年按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)a 級(jí)機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)建成并運(yùn)行。雙路10kV 供電及空調(diào)系統(tǒng)采用水冷。機(jī)房空調(diào)機(jī)房及空調(diào)配電系統(tǒng)平面布置圖。在機(jī)房層的模塊機(jī)房一側(cè)設(shè)置有空調(diào)室。采用N+1 精密空調(diào)運(yùn)行模式??照{(diào)機(jī)房右側(cè)設(shè)置空調(diào)ATS 開關(guān)柜和輸出配電柜。由相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查可以看出,原設(shè)計(jì)空調(diào)室內(nèi)采用雙電源集中開關(guān)方式,開關(guān)后單路徑向供電給終端精密空調(diào)。根據(jù)GB50174 新老規(guī)范要求,A 類機(jī)房和B 類機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)配電均需進(jìn)行端子開關(guān)。該案例反映的核心問(wèn)題是對(duì)終端切換需求有不同的解釋。從項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段開始,執(zhí)行GB50174-2008 的要求。新規(guī)范和舊規(guī)范對(duì)A 類數(shù)據(jù)中心都有容錯(cuò)要求。新修訂的GB50174-2017 強(qiáng)調(diào)在事故發(fā)生后或單個(gè)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)或大修期間,可以保證電子信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行,更加具體,更具可操作性。根據(jù)精密數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方法,當(dāng)ATS 發(fā)生重大故障時(shí),服務(wù)于模塊室的N+1 臺(tái)精密空調(diào)全部斷電,導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備停機(jī)。由于ATS 只有1臺(tái),因此在發(fā)生重大故障后,不存在短時(shí)間內(nèi)可以備份更換的冗余設(shè)備。此時(shí)ATS 在分布結(jié)構(gòu)中成為明顯的單點(diǎn)。這一問(wèn)題反映出設(shè)計(jì)師對(duì)系統(tǒng)冗余和空調(diào)系統(tǒng)冗余的思考思路是不同維度的,各學(xué)科之間對(duì)彼此的設(shè)計(jì)思路理解不到位,導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)不能成為一個(gè)有機(jī)整體。這并不是一個(gè)孤立的案例,其他數(shù)據(jù)中心也有類似的做法。移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)極大地促進(jìn)了廣大用戶的日常工作生活和課程學(xué)習(xí)。在新的發(fā)展階段下,許多行業(yè)也迅速迎來(lái)了“互聯(lián)網(wǎng)+”的新時(shí)代。事實(shí)上,移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)在起步階段首先由中國(guó)提出,并在中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和發(fā)展的整個(gè)過(guò)程中一直處于領(lǐng)先地位,這一新的專業(yè)技術(shù)在信息傳輸中實(shí)施速度非???,具有非??捎^的發(fā)展前景。數(shù)據(jù)影響的范圍也非常大。許多優(yōu)勢(shì)有力地推動(dòng)了移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)逐步應(yīng)用于智能手機(jī)等通信設(shè)備??偟膩?lái)說(shuō),這一移動(dòng)通信專業(yè)技術(shù)具有非常關(guān)鍵的作用,對(duì)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)等提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支持。
數(shù)據(jù)中心事故頻發(fā)導(dǎo)致停機(jī)的一個(gè)重要原因是系統(tǒng)短路。原因如下:(1)電力系統(tǒng)母線及各部件短路;(2)當(dāng)短路發(fā)生時(shí),開關(guān)柜的保護(hù)元件不起作用。究其原因是短路電流容量沒(méi)有被作為電源設(shè)計(jì)的重要組成部分,處于設(shè)計(jì)的空白狀態(tài)。因此,正確的短路電流計(jì)算是保證數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
目前,中國(guó)已全面進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,許多信息技術(shù)在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。在設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中,也可以與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的技術(shù)手段相結(jié)合。這不僅可以從根本上提升互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中的有效性,還可以建立和實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上,提高數(shù)據(jù)的利用率。數(shù)據(jù)中心是許多機(jī)電系統(tǒng)和建筑系統(tǒng)的復(fù)雜集成,它就像一個(gè)復(fù)雜而巨大的機(jī)器。如何從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段考慮,如何使其更好的運(yùn)行,協(xié)調(diào)各系統(tǒng)發(fā)揮最大的作用,降低后期運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn),是數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設(shè)計(jì)人員需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。
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