1.3 绿色数据中心的基础设施
绿色数据中心的基础设施包括IT系统以及为IT系统提供稳定运行环境的供电系统、冷却系统、机柜系统、综合布线系统、监控系统、其他系统及组成。根据专业领域与功能划分,各基础设施系统所包含的设备介绍如下。
1.IT系统
IT系统有不同类型的数据处理设备,用于承载运行于数据中心中的应用系统,为用户提供信息处理、存储、通信等服务。IT设备主要有以下类型:
①服务器类,如机架式、刀片式或塔式服务器等;
②存储类,包括磁盘阵列、存储区域网络(Storage Area Network,SAN)交换机等存储设备,以及磁带库、虚拟磁带库等备份设备;
③网络类,包括交换机、路由器,以及防火墙、虚拟专用网络(Virtual Private Network,VPN)、负载均衡等各类专用网络设备等;
④IT支撑类,主要包括用于运行维护的监控管理设备等附属设备。
2.供电系统
绿色数据中心供电系统用于提供满足设备使用的稳定电源,并保证供电的安全性和可靠性。供电系统通常包括变压器、配电柜、发电机、交流UPS、高压直流(High Voltage Direct Current,HVDC)系统、电池、机柜配电单元以及谐波治理设备、各级断路保护器、防浪涌保护设备和防雷地线系统等。
①变配电模块包括高压配电系统、变压器、低压配电系统等。变配电模块的容量为500~2000kVA,变压器通常有10kV电压等级和35kV电压等级两种,数据中心一般优先采用这两种电压等级,超大型数据中心一般采用35kV以上的电压等级。
②备用发电模块通常包括备用发电机组以及与其配套的配电系统。一个备用发电模块的容量通常与一个变配电模块的容量相等,为500~2000kVA。发电机组通常有交流10kV电压等级和400V电压等级两种。
③不间断电源模块通常分为交流不间断电源和直流不间断电源两种。交流不间断电源的输出电压等级为400V;直流不间断电源的输出电压等级分为240V和336V两种。
④储能模块常采用铅酸蓄电池或锂离子电池,为数据中心提供15~30分钟的备电时间。
3.冷却系统
绿色数据中心的冷却系统用于为IT系统提供良好的温/湿度环境,其功能是将数据中心设备产生的热量传导到室外,从而保障数据中心的设备在合适的温度环境中工作。冷却模块的核心设备是冷源、空调,附属设施包括通风管路,根据制冷原理的不同可分为风冷和水冷两种方式。冷却系统主要包括以下设备类型:
①提供冷源的设备,包括风冷室外机、冷水机组、冷却塔、水泵、水处理器等;
②空调设备,包括机房专用空调、行间制冷空调、顶置对流空调以及背板空调等;
③其他相关设备,如新风送回风风机、湿度调节设备、风阀等。
4.机柜系统
绿色数据中心的机柜系统包括机柜及开放式机架、一般常用附件、柜间走线部分、末端配电设备、气流再分配设备、物理安全设备、柜内补充照明设备、机柜资产管理设备(结合数据中心的监控系统)、机架机柜标示部分等。
5.综合布线系统
绿色数据中心的综合布线系统通过对单模光纤、多模光纤、直连铜缆等通信光电缆的部署,连接各区域IT设备,来满足数据中心与外部环境以及数据中心内部设备之间信息传输的需求。综合布线空间从功能上划分为计算机机房和支持空间,其中,部署IT系统的计算机机房是重点区域。根据使用的线缆类型与连接方式,目前主要采用的网络布线结构如下。
①行末(End of Row,EoR)/行中(Middle of Row,MoR)。EoR和MoR均以三层网络为基础,其中,EoR方式是将服务器机柜中所有端口通过跳线经由配线架延伸到末端网络机柜的接入交换机,MoR方式除了将网络机柜部署在服务器机柜的中部外,其他与EoR方式相同。EoR/MoR使用了OM3/OM4光纤,使交换层的传输速率达100Mbit/s,存储区域的传输速率达8Gbit/s。
②柜顶(Top of Rack,ToR)。ToR是对EoR/MoR的扩展,该方式将接入交换机部署在每个服务器机柜或单元的顶部,简化了服务器机柜与网络机柜间的布线,降低了布线复杂度并极大地提升了光纤的使用率,使交换层的传输速率达10Gbit/s,存储区域的传输速率达16Gbit/s。
随着数据中心向超大规模以及400Gbit/s的方向发展,Leaf-Spine(叶脊)架构开始受到关注。Leaf-Spine架构采用扁平二层结构,Spine层以高端口密度交换机取代三层架构上的大型箱式交换机,起到核心交换机的作用。Leaf层为接入交换机,为终端、服务器提供网络连接,同时上联Spine层。未来,数据中心网络布线预计将采用Leaf Spine服务器架构与ToR设备机柜架构相结合的方式,这在降低布线复杂度、缩短时延、提升带宽利用率方面具有重要意义。
6.监控系统
绿色数据中心的监控系统负责持续收集和管理数据中心的资产、资源以及各种设备的运行状态情况,并通过整合与分析帮助数据中心管理者管理数据中心并优化软件管理平台的性能,其功能是为数据中心提供正常运行维护所需要的智能化管理。智能维护(监控)模块通常包括智能采集系统、智能控制系统和智能分析平台。从系统内部构成和与外部交互两方面来看,监控系统主要包括以下部分及功能:
①管理模块,主要包括事故管理、问题管理、配置管理、变更管理、发布管理、服务级别管理、IT服务财务管理、IT服务持续性管理、能力管理和可用性管理等;
②常用接口,主要包括基于OLE工业标准的过程控制(OLE for Process Control,OPC)接口、B接口、C接口、BACnet、Socket、SNMP、Modbus TCP和Zigbee等;
③与外部交互的子系统,主要包括动环监控系统、群控系统、电力监控系统、消防监控系统、视频监控系统、建筑信息监控(Building Information Management,BIM)系统和人工智能系统等。
7.其他系统及组成
除上述部分外,绿色数据中心基础设施还包括消防系统、建筑、照明系统以及可再生能源等。
消防系统包括监测预警和灭火两部分,利用烟雾传感器、热量感应装置等基础设施实现对灾前突发情况的监测和预警,并利用气体灭火控制设施和排烟设施,阻止火势蔓延,同时疏散腐蚀性气体,保护人员的生命安全和机房设备的安全。
建筑主要为内部设施提供部署和运行的稳定环境。建筑在设计、施工与验收环节,需要充分考虑抗震的要求,避免地震等特殊情况对内部设施造成损坏。
照明系统主要为中心内部人员提供必要的灯光照明。
可再生能源是指在数据中心除了引入市电,还引入绿色能源,例如建筑外部设置太阳能光伏阵列,通过供电系统内的控制设备与市电、油机等协调运行,从而最大化地利用绿色能源。