大型數據中心建設研究論文
2015年1月，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)云計算創(chuàng )新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見(jiàn)》(以下稱(chēng)《意見(jiàn)》)，以促進(jìn)云計算創(chuàng )新發(fā)展，積極培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)�！兑庖�(jiàn)》發(fā)展目標：到2020年，云計算應用基本普及，云計算服務(wù)能力達到國際先進(jìn)水平，掌握云計算關(guān)鍵技術(shù)，形成若干具有較強國際競爭力的云計算骨干企業(yè)。云計算信息安全監管體系和法規體系健全。大數據挖掘分析能力顯著(zhù)提升。云計算成為我國信息化重要形態(tài)和建設網(wǎng)絡(luò )強國的重要支撐，推動(dòng)經(jīng)濟社會(huì )各領(lǐng)域信息化水平大幅提高�！兑庖�(jiàn)》發(fā)布表明云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規模，已引起國家高度重視。
隨著(zhù)云計算等技術(shù)不斷創(chuàng )新應用，推動(dòng)數據中心市場(chǎng)爆發(fā)性增長(cháng)，2016年中國數據中心市場(chǎng)預計將保持30%以上的年均增速達到550億元，到2020年我國數據中心市場(chǎng)規模將超過(guò)1500億元。定位于大數據、云計算重要承載基礎的數據中心，不僅對廣電網(wǎng)絡(luò )現有的廣播電視業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展產(chǎn)生積極作用，同時(shí)為廣電的信息化提供支撐。作為黨和政府的喉舌的廣播電視，也需要借助數據中心的建設提升信息化服務(wù)能力，滿(mǎn)足人民群眾不斷增長(cháng)的需求。最終形成為個(gè)人提供便捷生活通道、為企業(yè)提供高效商務(wù)平臺、為政府提供決策管理支持的基礎平臺，實(shí)現廣電網(wǎng)絡(luò )面向寬帶廣電的轉型。
本文從科學(xué)選址、彈性擴展、綠色節能、經(jīng)濟可靠、智能可控幾方面進(jìn)行研究，論述如何建設科學(xué)、經(jīng)濟、可靠的數據中心。
1科學(xué)選址
大型數據中心建設投資大，建設使用周期長(cháng)，工業(yè)和信息化部等五部委發(fā)布的《關(guān)于數據中心建設布局的指導意見(jiàn)》提出資源環(huán)境優(yōu)先原則。充分考慮資源環(huán)境條件，引導大型數據中心優(yōu)先在能源相對富集、氣候條件良好、自然災害較少的地區建設，推進(jìn)“綠色數據中心”建設。地質(zhì)環(huán)境、氣候條件、能源供給是新建大型數據中心選址最重要的要素。
從安全的角度出發(fā)，大型數據中心選址要避開(kāi)地質(zhì)災害多發(fā)地區，同時(shí)應遠離國境線(xiàn)建設在內地。在投產(chǎn)運行期，數據中心的冷卻所耗能源是占據IT設備用電外最大的比例。選擇氣候條件滿(mǎn)足寒冷、適當濕度、潔凈的空氣達到節能的目的，降低運行成本。近年來(lái)，中國的數據中心發(fā)展迅猛，年耗電量超過(guò)全社會(huì )用電量的1.5%，數據中心的運行主要依賴(lài)電力供應，可靠充沛的電力是大型數據中心長(cháng)期穩定運行的保障。
2015年發(fā)布的《貴州貴安新區綠色數據中心發(fā)展報告》，研究分析數據中心建設地區發(fā)展優(yōu)勢評價(jià)系數、年平均溫度、年降水量、空氣質(zhì)量指數、地震帶、信息傳輸企業(yè)固定資產(chǎn)、網(wǎng)民數、發(fā)電量、全社會(huì )用電量、互聯(lián)網(wǎng)普及率等標準，經(jīng)過(guò)建模、分數量化評價(jià)，內蒙古自治區和貴州省為超大型或大型數據中心選址的優(yōu)選地區。
2彈性擴展
經(jīng)過(guò)近些年數據中心建設摸索，數據中心已從單純的樓宇式建設發(fā)展成為樓宇式、倉儲式、集裝箱式三種建設模式，綜合三種建設模式的優(yōu)缺點(diǎn)比較以及業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)，現階段大型數據中心突出模塊化建設理念，具體表現在機柜微模塊化、機房模塊化、機樓模塊化。
在機柜建設上，采用具備模塊整合、簡(jiǎn)化系統、靈活配置、快速部署等特點(diǎn)的微模塊進(jìn)行建設。將機架、綜合柜、整流柜、電池柜、交直流配電柜、配電線(xiàn)纜、走線(xiàn)架、防靜電地板、制冷單元、冷熱通道密閉、動(dòng)環(huán)監控系統等納人，形成一個(gè)相對完整的微模塊系統，從而只需外界提供電力和冷通道。微模塊組件可工廠(chǎng)預制，現場(chǎng)組裝，簡(jiǎn)化建設方式，可靈活配置，快速部署。
基于模塊化設計理念，機房模塊化以滿(mǎn)足Tier2、Tier3、Tier4標準機房混合使用為建設目標，以低成本、高標準、快速部署為建設要求，一次性進(jìn)行規劃，分期實(shí)施建設。如以一路10kV容量、兩層4000m2為微模塊，以氣體滅火防護區劃分，電源、空調模塊化配套組合，滿(mǎn)足機房不同等級要求。各類(lèi)管線(xiàn)按最短化原則水平設計、減少交叉，機房配電與IT設備實(shí)現同層安裝同層供電。降低土建成本，縮短部署時(shí)間，實(shí)現通用性強、管線(xiàn)短、分期擴展、資源復用等特點(diǎn)。
機樓模塊化主要特點(diǎn)是“建筑模塊化，集約布局、高效組織”，在空間結構上將機樓和配套動(dòng)力中心作為基本模塊，根據規劃需求進(jìn)行近遠結合、靈活適應的空間布局，考慮初期需要數量分期建設機樓和動(dòng)力中心組件，迅速投人運行使用，根據業(yè)務(wù)需求，逐步增加機樓和動(dòng)力中心集群數，降低投資壓力，形成較好的經(jīng)濟指標。
3綠色節能
結合工信部下發(fā)的《國家綠色數據中心試點(diǎn)工作方案》相關(guān)要求，在建設規劃時(shí)充分考慮綠色數據中心技術(shù)創(chuàng )新和推廣，從機房機架布局、制冷系統、IT設備、自然冷源、熱能回收等多方面實(shí)現綠色節能，打造PUE小于1.5的數據中心。建設規劃過(guò)程中，根據建筑規模、安裝設備的散熱特點(diǎn)、所在地區氣象條件、能源狀態(tài)、節能技術(shù)特點(diǎn)等進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟比較，綜合采用綠色節能措施。其中主要方式有：
自然冷源利用。根據大型數據中心建設地自然條件，采用智能通風(fēng)自然冷卻技術(shù)�？梢巹澆捎眉惺剿淅鋬鏊照{系統，并配套板式換熱器，結合當地氣候情況全部或部分使用外界自然環(huán)境的免費冷源，結合智能新風(fēng)節能系統，全方位多角度地實(shí)現自然冷源梯級利用。
機房?jì)炔捎梅忾]冷/熱通道技術(shù)。將冷、熱氣流完全隔離，提高冷量的`利用效率。冷熱通道隔離、機柜面對面擺放，室內風(fēng)機送風(fēng)量可減少30%，室內風(fēng)機可省電約2/3;封閉熱通道后室內風(fēng)機送風(fēng)量可減少12.5%，室內風(fēng)機可省電約1/3。
行間制冷技術(shù)。行間制冷為高密度機柜設計，可解決高密機柜局部過(guò)熱問(wèn)題，行間空調靠近機柜安裝，定向短距離水平送、回風(fēng)，減少冷量傳輸損失。
高壓直流系統。采用直流不間斷電源系統，即高壓直流系統(336V開(kāi)關(guān)電源系統)，具有與開(kāi)關(guān)電源相同的優(yōu)點(diǎn)：模塊化設計，可維護性好，同時(shí)蓄電池組直接掛接在供電母線(xiàn)上，可靠性高。
優(yōu)化設計。機房各類(lèi)管線(xiàn)按最短化、最粗化原則，水平設計、減少交叉，機房配電與IT設備實(shí)現同層安裝同層供電，提高傳送效率，減少通道損耗。
采用DPS供備電方式。以每個(gè)機架為供電單元，將電源直接放置在服務(wù)器機柜內，后備蓄電池組采用鋰電池集成在設備內部，無(wú)需單獨建設電力室。DPS分布式設備故障僅影響一架負載，將供電風(fēng)險影響范圍縮小至機架，減少故障時(shí)產(chǎn)生的單位故障時(shí)間，為整體負載提供穩定可靠的供電保障。DPS系統自身散熱較少，減少了空調耗電，所采用的磷酸鐵鋰電池相對于傳統的鉛酸蓄電池轉換效率高。此外，DPS系統根據用戶(hù)服務(wù)器進(jìn)場(chǎng)時(shí)間分批開(kāi)啟設備，減少系統^廣空載時(shí)間。
余熱回收技術(shù)。輔助辦公用網(wǎng)房采用水源熱泵機組，利用穩定水源，提高冬季制熱效率，減少運行能耗。
4經(jīng)濟可靠
經(jīng)濟與可靠需要從設備冗余度、使用度、安全性、可維護、等級標準綜合尋找投資和效益的平衡點(diǎn)。主要途徑有：
(1)備份供電系統優(yōu)化。采用高壓油機發(fā)電機組實(shí)現大容量和遠距離傳送電力，相比傳統低壓發(fā)電機組減少傳輸損耗，適合大型數據中心集中供電;用電容量與機房利用之間能更好匹配，機房利用率得以提升。在園區內設集中動(dòng)力中心機樓，集中安裝發(fā)電機組，為發(fā)電機組共用共享創(chuàng )造條件。通過(guò)發(fā)電機組復用減少園區發(fā)電機組配置數量，降低數據中心建設和運營(yíng)成本。設置集中動(dòng)力中心后，可根據不同用戶(hù)需求確定不同供電保障程度，分等級向用戶(hù)供電。根據業(yè)務(wù)分類(lèi)，合理調整發(fā)電機與UPS組合，減少UPS用量。
(2)智能控制。機房環(huán)境使用集中監控、統一運維、聯(lián)動(dòng)管理等功能，實(shí)現數據中心維護管理的高效率、高安全、綠色節能和操作智能化，提高可靠性，降低運維強度。
5智能可控
為實(shí)現安全、可靠、有效的運行維護，數據中心對設施監控、資產(chǎn)管理、容量管理、能效管理、變更管理、可用性管理等各方面功能都提出了更高的要求。
數據中心機房智能控制系統包括運維管理平臺、綜合動(dòng)力環(huán)境監控、專(zhuān)業(yè)監控平臺及機房資源管理等子系統。
運維管理平臺為機房運維人員提供日常操作維護、事件及工單管理、運維分析等功能，同時(shí)逐步完善運維知識庫。綜合動(dòng)力環(huán)境監控對機房動(dòng)力和環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監控，及時(shí)發(fā)現存在問(wèn)題，并通過(guò)長(cháng)期數據統計分析，及時(shí)掌握發(fā)展趨勢，對可能出現的問(wèn)題進(jìn)行防范。同時(shí)在出現問(wèn)題時(shí)進(jìn)行準確定位，及時(shí)解決。專(zhuān)業(yè)監控平臺包括建筑設備監控、智能照明、變配電監控、智能網(wǎng)絡(luò )監控、安防監控、消防監控。機房資源管理針對機房的空間、電力等與業(yè)務(wù)直接相關(guān)的資源進(jìn)行管理，支撐業(yè)務(wù)運營(yíng)。
數據中心智能監控管理系統掌握數據中心基礎設施運行情況，在3D智能可視化的基礎上管理數據中心資產(chǎn)、資源、能耗，提高基礎設施可用性、資源利用率、管理效率與能效，提供集中監控、統一運維、聯(lián)動(dòng)管理等功能，實(shí)現數據中心維護管理的高效率、高安全、綠色節能和操作智能化。
6結束語(yǔ)
大型數據中心的建設是大量新技術(shù)和新工藝結合的成果，是在技術(shù)快速發(fā)展趨勢下尋找平衡的過(guò)程，需要在實(shí)踐中持續探索，以滿(mǎn)足新技術(shù)發(fā)展應用。
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