綠色智能機房的需求與發展研究

賴麗萍

（賀州學院 廣西 賀州 542800）

隨著信息技術的高速發展，機房計算機及通信設備的依賴性日益提高，其數量與日俱增，配套的環境設備也日益增多。機房的動力及環境設備為計算機系統提供正常的運行環境。當監控系統檢測到機房內設備出現故障，若不及時報警和處理，對計算機數據傳輸、數據存儲及系統運行構成可靠性威脅，就有可能造成嚴重后果。對于銀行、證券、電信、海關等機房管理，一旦系統故障，造成的經濟損失不可估量。企業和政府部門都建立機房監控系統，用于機房內動力、環境、安防等各方面監控，保證機房內設備的安全、穩定、可靠運行，減少能耗，提高機房的安全管理水平等。

1 綠色智能機房的需求分析

傳統的機房正面臨一系列挑戰，根據最近對機房的調查結果顯示，傳統機房有基礎資源過度供應，能源消耗嚴重；對資源與工作負載的靜態管理；不能在整個機房實時、動態地調度資源與共享資源；孤島式體系結構；維護成本巨大；機房設計不合理弊端[1-2]。

根據 《電子信息系統機房設計規范》（GB50174-2008）的設計標準，為滿足智能高效、節能環保的機房建設需求。該需求包含綠色、智能兩個方面，綠色普遍認為積極響應國家節能減排號召，有利于保護生態環境，最低限度地降低和減少機房的碳排放量，提高能源的使用效率；普遍認為智能的本質就是對信息的感知，并且給予恰當的回應，采用新技術實時地采集機房的各項指標，對機房進行智能的監控和管理，為用戶提供安全可靠的環境，并且易于擴充及適應未來機房的建設需要，從而有效提高企業生產力。綠色智能一體化發展即為以“可持續”為核心，通過智能化手段與綠色的理念的融合來實現人、環境和資源的三者的最優化發展。

1.1 綠色節能需求分析

綠色是環保理念，它的目標是使得數據機房中的IT系統、機械、照明和電氣設備的能源效率最大化，同時對環境的影響最小化，綠色機房是機房發展的必然[3]。

綠色節能機房，具體體現在對環保材料的選擇、節能設備的合理運用、IT運維系統的

優化以及數據中心機房的超前規劃。如UPS效率的提高能有效降低對電力的需求，達到節能的目的。為了降低整個數據中心的成本，必須還要考慮整個監控系統的可靠性、安全性、可擴展性等方面差異。對每個系統的之間均衡性、系統結構體系的標準化以及現代智能機房的管理也得考慮。

1.1.1 綠色機房評價指標

針對數據中心機房設備的綠色化標準，可以參考如下指標：

1）數據中心能源效率指標PUE和DCiE 機房的能耗指標主要有：電能使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）和數據中心機房基礎架構效率 （Data Center Infrastructure Efficiency，DCiE）。衡量數據中心機房運營、管理水平的關鍵指標，也是綠色、節能、環保考查重要指標。該指標是行業內流行采用的綠色數據中心標準，指通過重點關注服務器的用電成本，測量服務器環境的用電效率[4]。在2006年，美國綠色網格聯盟的成員建立了PUE的公式，即

2）IT設備的能效比 IT設備能效比為IT設備每秒的數據處理流量或每秒數據吞吐量與IT設備的功耗比值，即

公式（2）表明，IT設備的能效比越高，IT設備每消耗1 W的電能，所能處理、存儲和交換的數據量越大。較高的IT設備能效比好處是，可以大幅度地降低與機房配套的UPS和空調系統的容量及功耗，從而達到節能、節省投資和節省機房安裝面積的目的。

3）機房基礎設施的利用率指標 供電和冷卻系統是造成數據中心機房基礎設施總成本的重要因素。同時要考慮物理空間、火災防護要求和系統的安全性等。

4）IT設備的工作溫濕度范圍 機房設備對溫濕度很敏感，為了保證設備的正常工作，必須大力去建立和維護耗能很大的空調保障系統。同時在選擇設備時，考慮較寬工作溫度和濕度范圍的IT設備。

1.1.2 綠色節能技術

1）空調節能技術 空調是機房環境控制最重要的設備，它不但控制著機房的溫度，同時還要保持機房的濕度。機房空調綠色節能技術主要包括變頻技術、自適應控制技術、水冷系統節能技術、水處理節能技術、節能型制冷劑與節能添加劑等

2）新風節能技術 利用空氣質量交換和能量交換原理，依靠大量通風將機房內的熱量迅速向外遷移，實現室內散熱。在有條件的地方（如季節性溫差大或者晝夜溫差大的地區），可利用機房室外的自然環境為冷源，對室內環境進行冷卻。當室外溫度較低時，關閉空調，通過新風節能系統將室外冷空氣經過濾后引人機房內對設備散熱；當室外溫度高于要求值時，系統控制啟動空調運行，從而減少空調使用時間，節約電能。由于機房結構和設備布局的影響，機房內溫度場分布不均勻，有時會出現局部過熱或過冷等問題。解決辦法就是通過改變送風方式，盡量采用冷熱通道進行送風，改變機房內部溫度場分布，達到合理布置。

3）機房電源節能技術 機房電源設備主要是開關電源和UPS（不間斷電源），它們的主要功用都是將市電轉化為機房設備適用電壓，濾掉高頻污染和干擾電波，同時起到穩定電壓的作用，此外UPS還具有斷電保護的功能。包括諧波治理技術、模塊化電源管理技術、智能電池管理技術、智能配電管理技術等

4）機房照明節能技術 機房照明節能是指在保證機房照度標準和照明質量的前提下，盡量減少照明系統中的能量損失，有效利用電能。采取分區分組控制燈具、選用半導體照明燈具、合理利用反射光等方法達到節能效果。

5）虛擬化技術 虛擬化技術是在系統中抽象出一個虛擬化層，并通過該層將下層資源抽象成另外一種形式的資源提供給上層使用。通過虛擬化，一份資源可以抽象成多份，相反，多份資源也可以抽象成一份。虛擬化技術是新一代數據中心機房使用最為廣泛的技術。將物理基礎資源集中在一起形成一個共享虛擬資源池，從而達到更加靈活和低成本地充分利用資源的目的。虛擬化已被企業看成是通過減少服務器數量來降低成本的有效途徑[5-6]。

1.2 智能高效

利用先進的計算機技術、控制技術和通信技術，建立智能機房集成管理平臺，將整個機房的所有動力、環境設備都集成到一個統一的監控和管理平臺上，通過一個統一的可視化用戶界面，維護人員可以在控制中心內監控機房的任何一臺設備，獲得所需的實時數據和歷史數據，提高對機房設備的管理水平，減輕了維護人員的工作強度，突發事件的快速反應能力進一步提升，減少了事故帶來的危害和損失[7]。

1.2.1 智能管理

1）安全監控 智能化的機房監控系統能夠對機房各點和機柜各部位溫度、功率等情況進行實時監測，提供7×24H視頻監控。

2）流程化管理 將監控與運維管理有機結合，實現智能開單，整合IT服務管理，涵蓋了常規動力環境監控系統的各種優點，將機房的報警系統和派單管理系統結合，做到人和設備的全面閉環管理。

3）報警處理功能 采集數據超過閾值時，系統向用戶可選擇通過聲光、短信、電話、語音、郵件等方式及時報警。系統報警、事件、信號量、歷史數據及管理員操作日志等自動記錄到數據庫中。

1.2.2 高效靈活

隨著機房的發展，機房已經衍變成企業或者機構管理IT基礎設施及應用；提供IT基礎設施及應用服務的部門；也是為企業或機構內部和他們之間實現信息的高度集中管理和共享，提供信息服務與決策支持的平臺。因此，管理人員在此平臺利用一系列的技術，提高服務的效率。

1）機房的模塊化設計 模塊化的基礎設施架構可以讓IT系統能更好適應業務環境，提供更好的訪問體驗，并能實現資源的共享研究同步數據與應用；模塊化可用使企業擺脫對傳統系統的依賴，從而在采購和構建系統平臺時具有更廣泛的選擇性。

2）云理論的深入應用 云計算技術是在當代并行計算技術、分布式計算技術和網格計算技術的基礎上發展起來的。云計算最為突出的優點為不僅繼承了SaaS的軟件共享、訂制方便、服務快捷等優點，更是實現了所有軟、硬件的共享，這樣就能有效的避免數據中心的重復建設[8]。它的資源是共享的、跨多用戶任務，并能隨需求的增加而增加。在云服務模式，軟硬件資源都部署在云端，可以深入開展云計算、云存儲等服務，為用戶提供高效、可用的數據服務。

3）機房的可擴展性 為了方便計算設備的更新、擴展和升級，適當考慮為各系統設備發展留有一定的冗余，便于系統的擴展。

2 綠色智能機房的發展趨勢

綠色機房，就是通過自動化、資源整合與管理、虛擬化、安全以及能源管理等新技術的采用，解決目前機房普遍存在的成本增加、資源管理日益復雜、信息安全等方面嚴重挑戰，以及能源危機等尖銳的問題，從而打造與行業或企業業務動態發展相適應的新一代企業基礎設施[9]。通過對機房的相關研究，認為未來現代機房的發展將會出現以下幾個趨勢。

2.1 機房智能化趨勢

智能機房概念的引入讓機房建設上了一個新臺階。未來機房建設中引入了智能機房集成管理系統后，利用先進的計算機技術、控制技術和通信技術，未來機房的操作無需像現在需要專人24小時監控，將整個機房的各種動力、環境設備子系統都集成到統一的監控和管理平臺上，通過簡單易用的圖形用戶界面，維護人員可以隨時隨地監控機房的任何一臺機柜里面的網絡設備，獲取所需的實時和歷史信息，進行高效的全局事件管理。智能管理系統為機房維護人員提供了先進的管理手段、實時的管理信息和豐富的歷史記錄，可以提高對機房系統人員、設備和綜合管理的水平，實現科學管理，從而完成對計算機數據中心機房運行環境、電力狀況、安全保障、消防滅火報警等自動監視控制處理的功能。智能機房的提出不但解決了機房智能監控的問題，還能夠節省人力成本，避免人為疏忽導致機房故障。因此機房智能化將是未來機房的必然趨勢。

2.2 “無人機房”管理趨勢

KVM 是鍵盤（Keyboard）、顯示器（Video）、鼠標（Mouse）縮寫，通過恰當的鍵盤、鼠標和顯示器的配置，實現系統和網絡的高可管理性，提高管理人員的工作效率，提高機房安全級別，節約機房面積，降低網絡服務器系統的總體擁有成本[10-11]。

操作人員與被管理設備物理隔離，一切管理操作在機房外完成，實現人機分離；管理手段與數據鏈路分離，管理鏈路與數據傳輸鏈路平行但不相交，真正杜絕因為管理而帶給數據系統的安全隱患；不同管理權限邏輯隔離，用戶登錄管理系統后，只能操作自己管理權限范圍內的設備。

2.3 綠色、環保、節能和低碳趨勢

隨著全球能源日趨緊張、能源成本不斷上漲，數據中心機房正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節約成本的嚴峻挑戰，構建節能型的綠色數據中心機房受到越來越多的數據中心管理人員和IT廠商的關注。

機房內有許多計算機設備及環境保障設備 （如冷卻系統、UPS電源等），其用電成本將超過IT總預算的1/3。隨著各系統技術的不斷發展，越來越多的機房建設使用了節能設備和新的節能技術，如采用高效能的UPS電源系統、低能耗的機房專用空調系統和機房智能照明系統，降低了機房的能耗。另外，潔凈、消防、滅火系統也使機房在使用中減少了對環境的危害。

數據中心的能耗，一方面是能源的利用效率低，另一方面是設備增長非常快。在低碳的潮流下，數據中心也采用新能源，如風能、太陽能等，來降低數據中心的碳消耗；還有的數據中心采用了風冷和水冷相結合飛冷卻方案可大大降低冷卻成本。

2.4 機房模塊化趨勢

為了方便計算設備的更新、擴展和升級，在機房建設時需適當考慮各系統為設備發展留有一定的冗余和預留，減少因機房改造而帶來的系統停機時間。

數據中心的建設對建設成本、建設周期、低運行費用的要求越來越高，而模塊化數據中心的概念正迎合了這種需求。模塊化數據中心采用將大型數據中心分割成多個標準設計的模塊。由于采用大量可以復制的標準設計模塊，意味著可以按需逐步建設，并可以降低成本，在需求的時候又可以快速投入使用。通過模塊數據中心的精心設計，并和需求進行定制化的匹配，可以得到更高效的方案。

模塊化數據中心一個非常有競爭力的方向是集裝箱數據中心[12]。

2.5 機房虛擬化趨勢

近年來虛擬化技術在數據中心機房已經得到了廣泛的應用，虛擬化提高了設備的利用率，降低了用戶的投資成本和能耗。虛擬化技術已經從服務器擴展到了網絡設備和存儲設備。虛擬化技術發展的重點集中在如何提供必需的智能和彈性，從而提高虛擬數據中心的效率和靈活性。

2.6 云計算機房

云的智能性、高靈活性以及容量定制功能納入機房監控模式。云計算的發展也對數據中心機房的建設提出了新的要求，更高效、更大、更低成本、更靈活等新型數據中心將不斷出現。

3 結 論

提高數據中心機房的生產率、降低成本，同時滿足企業的業務目標，建設綠色智能機房勢在必行。通過對基礎設施管理、安全管理、節能管理和智能監控與管理，尋求高效、節能和安全的機房。通過分析國內外機房管理，對機房發展趨勢進行了分析，對指導我們機房的建設具有積極的意義。

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