綠色數據中心改造實例

引言：本文論述了某股份公司總公司數據中心的技術改造，介紹了其技改前情況、技改后的先進適用性、運維效果和拓展,從工程實踐運用角度闡述了傳統機房建設觀念正在轉向綠色數據中心建設的新思維，系統地增強和提高了數據中心目的性、高可靠性、能效、運維和運用人性化體驗。

某股份公司總公司信息化程度很高，目前正深度融合信息技術并向大系統智能化和移動化發展,并將綠色發展滲入其中。

隨著該公司的各個專業系統的逐年研究應用需求，現使用的計算機信息網絡機房為2005年續建,發揮了應有的歷史作用。然而，經近十年使用,伴隨時間的推移，新技術的發展以及該公司各種新系統的上線，原有機房的短板開始顯現，如逐年加入的機柜規格型號各異，逐年設備的增加,空間擁擠,供電極不穩定,UPS系統老壞,不能修復利用,光纖線和強弱電線等各種線路逐年增敷，顯雜亂,檢修也極不方面，致冷系統單一,易發增生和次生故障，網絡和服務器隨機發生中斷服務現象等等，這些與該公司逐年所研究上線的新應用不相適應，一定程度制約了新應用網上業務開展。另一方面，隨著總公司現代化礦山的縱深推進，對網絡新應用系統依賴性、可靠性及穩定性提出了新的更高的要求。同時，經近十年的發展，標準化綠色整體機房技術相對成熟和條件具備，因此，對該公司原計算機信息網絡機房進行技改，是必要的和基礎性的。

經過立項、方案設計和民主比選，成功實施了該公司原機房向綠色高可靠數據中心的技術改造，經過一年來正常運維和運用考驗，原有弊端和現象一便解決，實現了原機房系統向數據中心的正常遷移、IT設備和基礎環境的智能監控以及遠程異地開機等管理，而且其能效可控，進而證明機房改造中利用數據中心新思維，能大大提高其運維體驗和高可靠性，從小處落地了綠色發展理念，應該說本次技改達到了既定愿景和目的，是成功的，所用技術也是國內一流的。

搭建的數據中心概述

數據中心作用是支撐業務的服務和發展，它是組織運營成本的主要構件，現甚而把它作為利潤中心來運營。而綠色數據中心是指數據機房中的IT設備、暖通、配電系統、安防系統、監控、照明和電氣等能取得最大化的能源效率和最小化的環境影響的綜合效果。其“綠色”具體表現在整體方案設計規劃，以及機房空調、UPS、服務器等IT設備、管理軟件應用和智能運行上，要具備節能環保、高可靠、高可用性和最大的技術經濟合理性規劃，大型數據中心PUE要小于1.5。

實例具體描述

根據該公司實際情況和B級以上建設要求，要搭建的數據中心實例描述如下：

裝修系統裝修面積：

主機房26m2、休息室18m2、監控室 28m2、UPS 配電室20m2（更換部分地板）；

墻頂地主要裝修選材為：

1、地面：復合防靜電地板，地板鋪設高度為250MM與原有裝修地板高度一致。

2、墻面：乳膠漆，主機房窗戶做防火石膏板隔斷封堵。機房凈空為2800MM。

3、天花：鋁制微孔吊頂板。吊頂凈空為600MM

配電系統：

配電柜主要有兩個，分別是市電輸入配電柜（ATS柜）和UPS輸出配電柜.滿足現有使用及增容的要求。

防雷接地系統：

1、防雷 ：配電柜配置 2、3級防雷器；

2、機房內部做等電位接地。

機柜：

根據房間面積，機柜按照冷熱通道布放，共10臺，利舊原來2臺、新購8臺。根據機房內設備的歸屬關系以及設備的功能劃分，將機柜內設備規劃。

UPS系統：

10臺機柜，每臺機柜耗電量可在3—4KW，考慮到利用率，配置1臺40KVA的UPS。

電池系統：

設計系統后備時間4小時。

精密空調系統：

制冷量需求分兩部分

1：UPS配電室配置一臺制冷12.5KW的柜式空調；

2：主機房配置1臺制冷量為41KW的精密空調，上送風方式，采用1臺制冷12.5KW的柜式空調做備份。

機柜布線方式：

采用M型橋架，強電線纜、弱電線纜均上走線。

弱電綜合布線系統：

根據使用單位情況劃分3臺機柜給外部單位，劃分7臺機柜為礦總，并根據機柜功能做敷設六類線用做網絡傳輸，橋架留有足夠的布線空間以滿足后期增加線纜需求。

門禁系統：

機房及UPS配電室安裝門禁系統

視頻監控：

主要出入口和機柜主要通道布置視頻監控系統，同時在培訓教室布置視頻監控攝像機。

消防系統：

采用七氟丙烷無管網氣體滅火系統

數據中心綜合管理平臺：

對配電柜、UPS、空調、機房溫濕度、漏水進行監控，可短信報警

能夠實現對服務器、交換機、安防系統的統一監控及管理。同時設計KVM管理系統。

綠色數據中心的拓樸結構系統組成簡介

該公司數據中心的技改方案設計中重點考慮的內容應為動環監控平臺拓樸結構設計、技術選型和配置及其綠色數據中心特點體現。

主要拓撲結構設計

數據中心綜合管理平臺的總體目標是通過對機房內的動力環境、IT設備、網絡進行統一監控和管理。

按照標準的機房進行監控，主要通過對環境、動力、消防、IT系統進行建設，對機房內的溫濕度、市電、漏水、安防、IT等建立一套較完整的機房動力監控、環境監控的管理體系，實現對機房運行環境科學管理，及時發現機房輔助設備的故障和故障隱患，做到及時發現、及時處理。環監控平臺拓撲圖如圖1所示所示。

在管理平臺服務器上安裝數據中心綜合管理平臺軟件(真視通聯合定制)，實時集中地監測機房環境、動力IT服務器、交換機的狀態，根據需要遠程遙控一些設備，如空調、UPS電源等。對各種告警信息進行分級、分類處理，通過現場的告警和遠程無線（如手機短信）告警，通知相關人員及時處理告警事件。

能夠和管理平臺軟件整合了運營維護信息管理系統，實現日常運維管理和告警事件的處理管理。諸如：各監測點的實時監控信息、運維人員的日常詢查和身份識別等，以及告警信息處理、人員通知、處理情況的反饋等，進行系統的管理，提高運維的效率、水平和體驗。

主要數據監測：市電監測子系統、UPS監測子系統、配電開關監測子系統、精密空調監測子系統、溫濕度監測子系統、漏水監測子系統、IT服務器監測子系統、網絡交換機監測子系統。溫濕度監測、漏水監測、市電監測、UPS監測、精密空調監測、配電開關監測、服務器監測、網絡端口和性能監測如圖2-9所示。

圖1 監控平臺拓撲圖

圖2 溫濕度監測

圖3 漏水監測

圖4 市電監測

圖5 UPS監測

注：UPS一般不進行遠程關機控制，以免發生意外。

數據可視：綜合管理平臺中的動環監控可以通過采集器對動環設備（UPS、精密空調、溫濕度傳感器、漏水檢測、配電柜、智能電表、風機等）進行數據采集，然后由采集器將數據實時上傳到數據中心綜合管理平臺。采集器可通過實時上傳變化量和模擬量進行數據傳輸，而無需要通過接口服務器進行數據轉換傳輸，增強數據傳輸實時性與健碩性。

還對主機房和UPS配電室配置門禁控制點，采用進門刷卡+出門按鈕的方式。門禁系統由讀卡器、門禁控制器、電鎖、開門按鈕、門禁管理主機和門禁軟件等組成，如圖10所示。

技術選型和配置

如前述，筆者結合以前經驗、克服原有機房弊端、后臺軟硬件應用服務運維需求規模和技改投資情況，利用技術經濟分析手段，除堅持常規設計標準參考底線外，主要比選或增加了數據中心綜合管理平臺及動力環境監控系統、空調系統、安防監控系統、消防系統、機房UPS及供配電系統等。技術選型如下：真視通數據中心綜合管理平臺+艾默生PEX精密空調系統+漢邦高科硬盤錄像和科松門禁系統+蚌埠依愛消防報警及陜西金安七氟丙烷無管網氣體滅火系統+用1臺艾默生40KVA UPS（后備電池時間4小時）的不間斷電源供電系統和3級開關配置方式，即總開關-分路開關-支路開關，市電供電改為雙回路供電。另考慮減少運維管理人員進入數據中心機房的次數，建設更為安全，更為可靠性的綠色機房。保證機房數據、物理設備的安全性，保證機房設備的正常運行，及業務系統的實時有效，配備了ATEN KVM IP交換機，依靠先進的MPU數字KVM和智能PDU組合，進行底層BIOS級的管理，加強了可靠性和用戶的統一遠程管理。

綠色數據中心特點體現

圖6 精密空調監測

圖7 配電開關監測

圖8 服務器監測

圖9 網絡端口和性能監測

圖10 UPS配電室門禁

⑴在設計和實施階段緊緊圍繞降低能耗、節省成本開展該數據中心工程建設。主要體現在節能環保、高可靠可用性和合理性三個方面。具體在環保材料的選用、新型節能設備的應用、IT運維系統的提升、避免數據中心過度浪費設計和規劃。如供電部分選用的艾默生NXR 40KVA是采用最新DSP數字控制技術的在線式雙變換，屬高頻機，系統效率可高達96%，先進的智能化監控，可進行UPS本身的監控和安全自動的關閉服務器和PC機，以及市電供電采用了雙回路供電；所選用電池為4小時，免維護，采用閥控式全密封設計，在整個使用期間，無需加水、加液；該數據中心主機房進行了密封、絕熱、采用精確上送風方式、氣流組織等設計實施以降低空調使用成本；并且統籌考慮了系統的可用性、可擴展性、均衡性、結構體系的標準化和智能人性化管理實現。而且該數據中心地點已符合選址條件要求。

⑵至少在集團內數據中心中率先實現了數據中心綜合管理平臺及動力環境監控系統。其可帶來的明顯管理、經濟和社會效益主要體現：提升數據中心的現代管理水平，增強數據中心保障能力，展示先進管理形象；實現數據中心集中監控管理；可實現機房24小時無人值守或少人值守，節省人員財力；及時分析和預見設備故障，及時發現和排除設備故障及隱患，特別是停機等重大故障隱患；有效降低設備損壞情況的發生，減少維修的時間和費用，降低運營成本；對出入機房數據中心的人員實現科學有效的監控和管理，增強機房的安全防范。其具備了一般動環監控功能，還具有的一些特色是采用B/S架構，是通過樹形列表來查看每個站點下的詳細信息；具有組態圖功能，將設備的狀態直觀的顯示在組態圖上；在管理人員手機上通過短信、郵件等實現了網絡中斷、濕度等實時告警、記錄和自動修復。還具備遠程控制管理功能等。

⑶靈活組合模擬數字KVM和智能PDU，使數據中心管理人性化，讓其管理人員在運維時空上得到徹底解放，真正體味到了先進舒適的運維體驗。前者具有遠程訪問能力，控制距離不受限制，擴容也相對容易，在安全性和視頻操作效果上獲得了平衡。后者能在遠程像親臨現場一樣對設備進行電源開關、重啟等操作，保障及時修復故障和系統持續運行，可將PDU空閑插座調為無電狀態，消除因人為失誤插入設備導致PDU過載跳閘和設備宕機，以及通過對PDU插座的來電延時配置，避免因設備同時加電引起瞬間電流峰值導致的斷電跳閘，它不僅能提供每個端口的用電計量功能，且能對設備所處微環境溫濕度進行監控。由此實現了KVM精細化管理，：此外，在綜合布線的強弱電分開、光電分開、6類弱電標準選用上，在視頻監控、門禁管理、消防布局以及防雷利舊方面，既因地制宜又遵循標準而不拘泥于標準進行了靈活實現。

運維效果和拓展

該數據中心的技術改造，從技術選型、市場比較、專業民主投票、合同洽談、設備器材進貨驗貨、現場施工和各關鍵隱蔽點檢查確認、設備和各軟件的安裝與集成調試到驗收交付使用，前前后后歷經了近一年，截止目前近1年時間正常運轉檢驗，可以肯定地說技改是成功的，基本達到了預期效果。

在眾多數據中心中，標準模塊化技術、監測監控技術、精密致冷技術、節能技術等的成功實踐償試組合，達到了數據中心技術的先進水平，而且靈活適用性強。下列為改造后的數據中心現場效果照片。下一步，公司將利用好該數據中心，進行如下應用研究拓展：

該公司大數據研究應用支撐。

進行該數據中心實時PUE值自動智能監測監控。

將該公司各網絡設備間運維數據自動采集展現于該數據中心管理平臺。

數據中心制度建設研究。

結束語

根據多年的網絡機房建設、運維和運用管理經驗，進一步闡述了綠色數據中心建設理念和工程落地實踐成功案例,從設計、建設和管理等數據中心生命周期階段，著重突出了綠色數據中心實現特點。通過成功實施和實際運維體驗證明，在數據中心的搭建中全過程全方位貫徹綠色理念，確能起到降耗降成本作用，同時也系統地增強和提高了數據中心目的性、高可靠性、能效、運維和運用人性化體驗。