淺析數據中心布線系統的綠色環保與節能

文｜羅森伯格亞太電子有限公司 周 鋒

1 前言

隨著信息化的飛速發展，數據中心作為網絡的核心節點，強有力的支撐著網絡的運行，數據中心建設的關注度也大幅提升。數據中心在建設過程中所遇到的電能消耗、綠色環保等問題漸漸被IT經理及方案提供商所關注。對網絡需求的快速發展，使得許多投資方不惜重金搭建更為先進的數據中心。綜合布線系統，作為網絡基礎物理平臺，是數據中心建設的重點之一，直接關系到數據中心的穩定性。在TIA 942標準的指引下，全球數據中心布線系統以結構化、高密度、高帶寬、易拓展、綠色化等為核心理念，發展為整個數據中心布線行業的方向。

綜合布線系統僅僅是一個無源系統， 它給網絡設備提供一個無源平臺，是網絡的底層和基礎。綜合布線相對網絡應用具有透明性，即布線系統與不同網絡的操作系統和上層的網絡設備都提供同樣的支持。各種網絡設備是架設在布線系統上的一個有源平臺，如果基礎平臺上的綠色環保沒有保障，則在此以上的有源平臺功耗會成倍的增加。綠色布線系統一次性投入后，一般會持續運營十五年以上，布線系統的壽命與穩定也直接關系到數據中心的運行維護情況。

“綠色”已成為當今數據中心建設的時代主題，依據羅森伯格HDCS在數據中心綜合布線實施研發中十五年以上的經驗，“綠色”主要包含“綠色環保”和“綠色節能”兩大重要組成部分。隨著全球能源及碳排放問題的關注度日益加大，綠色數據中心布線是數據中心發展到一定階段的必然需求。

2 數據中心的綠色環保

探討數據中心的綠色布線首先要考慮綜合布線方案中所選擇產品的材質是否環保。評判是否環保有很多可以參考的依據，國內外均有相關的政策支持與認證標準。2008年的北京奧運村、2010年的上海世博會都宣布了將全部使用環保型產品的相關政策規定，在將來通信行業綠色環保型產品也將有所偏重，數據中心作為網絡的核心節點選材的綠色環保尤其重要。

RoHS 2002/95/EC標準規定在電子和電氣產品中嚴禁使用六種有害物質，歐盟頒布RoHS指令時間要求：于2006年7月1日起，禁止在市場銷售含有鉛、汞、六價鉻、多溴化聯苯和多溴化二苯醚。RoHS作為重要的參考標準是限制使用有害物質的標準規范。數據中心建設中應優先選取符合RoHS標準的產品，否則這些材料的產品對環境產生危害，留下重污染廢棄物，因此在數據中心布線產品選型中嚴禁使用包含有害物質超標的產品將大大降低對環境的危害。

當前很多企業，都嚴格按照RoHS標準來生產，致力于環境的保護和綠色環保產品的可持續性發展，隨著符合RoHS標準產品的推出，在生產和使用過程中產生的廢棄物也盡可能的循環再使用和重新利用。許多核心企業價值觀中，社會責任感是很重要的一條，把環境和資源保護看作產品解決方案的附加值。

數據中心在高密度的同時，盡可能的選用預端接光纜產品，減少了75%的施工安裝時間，如圖1所示。預端接光纜產品相當于普通光纜+光纖熔接+光纖尾纖+光纖測試+返工+便捷安裝+高性能+免維護。采用預端接光纜相對于傳統現場熔纖，不僅僅提高了品質與性能，并且減少了產品現場安裝所產生廢棄的耗材，使整體實施過程更加環保高效。

圖1

依據國內外的各類規范，數據中心在選取線纜時應考慮阻燃、低煙、無煙氣毒性和無腐蝕性，在起火時兼顧人員和設備的損失。全球各地的防火標準各不相同，北美UL標準，按線纜陰燃在起火時優先強調如何減少火焰擴張，火勢蔓延和煙霧產生。北美UL標準按阻燃等級從高到低分為：阻燃CMP、非助燃干線級CMR、非助燃商用級CM、非助燃通用級CMG和一般家居級CMX；而歐洲各國在布線領域則力推屏敝和低煙無鹵，注重信息安全和人員安全。歐洲低煙無鹵包含三個標準：IEC 60332-3或IEC 60332-1（火焰擴張和陰燃）、IEC 61034（煙霧發散）、IEC 754（腐蝕性和毒性）；低煙無鹵特點是不僅具有優良的阻燃性能，而且構成低煙無鹵電纜的材料不含鹵素，燃燒時的腐蝕性和毒性較低，產生極少量的煙霧，從而減少對人體、儀器及設備的損害，有利于發生火災時及時救援。因此在數據中心中低煙無鹵線纜的選取也是綠色環保重點之一。

3 數據中心的綠色節能

在數據中心布線過程中，一旦綜合布線安裝完成，就應做好保護工作并且不再對其進行操作。之后的任何網絡配置改變，都應通過移動MDA水平交叉連接上的光銅跳線來完成。這樣，MDA區域就成了物理層管理所關注的對象，在設計MDA區域時，應注意其長期的管理性、可靠性、安全性和擴展性。

數據中心能源消耗巨大，并呈不斷加大的勢頭，占全球碳排放的比例不斷上升，提升數據中心能效刻不容緩。“綠色電網”是一個非盈利性IT人員組織，它推出了兩個知名的衡量能效標準，分別是PUE和DCiE（PUE的倒數）。PUE是衡定數據中心節能的重要指標，可以從根本上讓用戶知道總體消耗的電力以及用于實際計算的電力。PUE是一個比值，其基準值為2，越接近1表明能效水平越高，在目前的技術水平和設備條件下，還無法在數據中心系統上讓PUE達到1的水平。整個數據中心的能源消耗包括供應到冷卻設備、冷卻器、照明、存儲節點以及服務器，工作站以及網關等設備的耗電，如圖2所示。

圖2

數據中心綜合布線采用結構化、高密度、合理的線纜路由管理減少對冷熱通道的阻礙，光銅產品的選取大幅提升網絡帶寬，這些措施能為節能降耗做出相應的貢獻，從而提升數據中心的能效比。

根據在眾多構建綠色數據中心的經驗分析，綜合布線的合理規劃和布局會節省數據中心2%～3%的電力。這主要取決于如下幾點：

（1）合理規劃數據中心

合理有效的線纜布局決定了網絡物理層的基礎，對于節約電能、節能降耗起到重要作用。要據TIA 942標準，如圖3所示，將數據中心劃分成MDA、HDA、EDA、ZDA等幾大區域。從MDA到HDA采用OM3預連接光纜，從而優化主配線區到列頭柜之間的連接。解決從主交換路由到每一列機柜的列頭柜二層交換機的連接。每列列頭柜交換機及KVM設備通過銅纜或光纜跳線再連接到每一個服務器上去。它的優點是節省從主交換機到用戶服務器線纜的數量，從而減少對機房冷熱通道的阻隔。

圖3

目前，大多數數據中心內整體設計所支持的數據傳輸速率為1Gbps。但是，根據網絡和云計算的發展普遍共識是，傳輸速率會向10Gbps推進。可以肯定的是，在未來的3～5年的時間里，支持10Gbps傳輸的鏈路會成為數據中心的主流。基于此種情況，ISO以及TIA制定了關于光纖和銅纜支持10GB以太網傳輸的標準。數據中心的規劃建設應充分考慮到適用性，立足現有需求，并兼顧未來的拓展。

（2）高密度、高帶寬提升數據中心基礎設施利用率

在相同的數據中心面積基礎上，通過提高數據中心密度來達到有效的利用，在網絡物理連接層面主要體現在高密度線纜管理方面。

角形配線架無需增加理線設備；高密度光纖配線架可大幅提升光纖配線密度；橋架式光銅混合配線架使用于機柜上方可支持288芯光纖，減少柜內空間占用；MPO連接器是一種多芯的光纖連接器，像IEC 61754-7、TIA/EIA 568C.3等標準中都有MPO連接器的規定。MPO最近幾年也廣泛應用于數據中心。數據中心采用MPO的好處在于密度特別高，至少是普通LC連接器的3倍以上。以上這些新產品技術的應用，可以有效的節約40%以上的機柜空間，提升數據中心密度。合理的數據中心布局，對于光銅纜路由的合理設計，可大量節省線纜投入。

（3）優質的產品選型，精準的制造工藝

布線系統的綠色節能還體現在散熱性上，線纜的散熱性越好，可以節約大量的機房空調所消耗的電量。直徑更小的Cat.6A萬兆屏蔽電纜和直徑更小的光纖解決方案意味著對制冷系統效率的影響降到最低，屏蔽解決方案因為更低的信噪比需求可以有效地減少服務器設備驅動屏蔽銅纜網絡所需的功率消耗，光纖布線系統相對高速銅纜系統需要消耗的功率更低。

綠色數據中心布線系統較之有源的網絡設備，將持續工作15年，甚至更久。優質的產品，精準的制造工藝是延長綜合布線系統壽命及穩定的重要保證。延長整體系統的使用壽命，也是減少重復投資，綠色節能的重要體現。

（4）高性能、高傳輸，精益求精，精細化管理與實施

根據摩爾定律所確定的計算機設備熱負荷規律，數據中心的配置無法實現有效的管理。數據中心環境需要考慮所安裝的解決方案及如何安裝和部署這些解決方案。在最近10年中，各公司的數據中心和樓宇配線設施中都大量地增加了網絡設備數目，這些設備在增加關鍵性功能的同時，卻使得數據中心的管理變得復雜。在全球發展放緩經濟環境中，投資方都在期望簡化自己數據中心管理，以創建一個安全、易于管理且能夠根據不可預知的工作負荷和業務需求的變化，靈活調整網絡基礎架構。采用良好的布線系統管理軟件有利于系統的可維護性，保持布線系統最大的效率，而不會因為布線管理混亂而產生不必要的能源消耗。

4 結束語

隨著全球氣候日趨變暖和能源日趨緊張、能源成本不斷上漲，數據中心正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節約成本的嚴峻挑戰，而綠色也成為未來數據中心的必然發展趨勢。在綠色數據中心建設過程中，綠色環保和綠色節能是重要的兩個方面。數據中心內不斷增加的新需求對綠色布線的要求呈動態的多樣性，在規劃選擇綜合布線系統時，需要在帶寬、靈活性、可擴展性和成本等要素之間尋求平衡。綜合布線作為基礎系統在更小的空間內提供更高的帶寬，作為綠色無源系統盡可能的降低能耗與增加環保意識，已成為當今許多數據中心綠色布線部署的新要求。