小微型機房綠色智能一體機解決方案

陳 實， 肖必龍

(浙江德塔森特數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司，寧波 315000)

1 方案概述

隨著大數(shù)據(jù)、云計算的應(yīng)用深入，數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模趨于兩極化發(fā)展,大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、理念越來越成熟，而小微型機房應(yīng)該如何規(guī)劃建設(shè)，卻缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，目前小微機房存在的問題具體表現(xiàn)為以下幾點。

(1)可靠性差：設(shè)備運行環(huán)境差、灰塵多，極易出現(xiàn)局部熱點和產(chǎn)生靜電，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用經(jīng)常中斷；設(shè)備使用壽命短且工作不穩(wěn)定，需要經(jīng)常重新啟動設(shè)備。

(2)用電安全性差：機柜內(nèi)采用的是家用型插座，無法滿足機房專用配電要求，容易形成火災(zāi)隱患。

(3)機房觀感度差：柜體規(guī)格不一致，且布局不合理，柜內(nèi)設(shè)備及線纜雜亂無章，嚴(yán)重阻滯冷熱氣流組織，并且存在大量的灰塵。

(4)系統(tǒng)效率低：完全不存在能耗管理和節(jié)能措施，系統(tǒng)效率極低，造成大量的能耗浪費，OPEX極高。

(5)應(yīng)急管理滯后：由于沒有本地或遠(yuǎn)程的基礎(chǔ)設(shè)施管控平臺，使用各類問題不能及時反映給管理人員，對業(yè)務(wù)造成非常惡劣的影響。

基于以上問題，筆者所在公司經(jīng)過潛心研究，開發(fā)出的小微型機房綠色智能一體機解決方案很好地解決了上述問題。

小微型機房綠色智能一體機以軟、硬件相結(jié)合的方式，由高性能冷池系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、消防滅火系統(tǒng)、布線系統(tǒng)及智能操作系統(tǒng)組合而成，柜內(nèi)所有產(chǎn)品單元采用機架式設(shè)計。

智能操作系統(tǒng)通過對一體機中動力環(huán)境、動力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、安保監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、多媒體報警、網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件服務(wù)運行數(shù)據(jù)的感知，輔以多維數(shù)據(jù)分析，結(jié)合豐富的數(shù)據(jù)中心建設(shè)、運維經(jīng)驗，為用戶更好地使用一體機提供智能輔助。其組成結(jié)構(gòu)圖1所示。

圖1 小微型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)組成圖

2 方案組成

2.1 冷池系統(tǒng)

高性能冷池系統(tǒng)采用獨特的冷熱循環(huán)通道設(shè)計，整個機柜內(nèi)部的冷、熱氣流交換都在內(nèi)部封閉空間內(nèi)完成，與機柜外部不聯(lián)通；其中機柜前部為冷池區(qū)，機柜后部為熱池區(qū)，通過冷熱循環(huán)交換實現(xiàn)對設(shè)備的制冷和散熱，使得整個制冷系統(tǒng)更高效、節(jié)能、環(huán)保。

機柜尺寸600mm×1 260mm×2 000mm(寬×深×高),柜內(nèi)安裝容量>42U。整體拼裝式結(jié)構(gòu)，整柜靜載承重2 200kg，抗震等級不小于9級，IP51；整柜密封，前門采用雙層真空玻璃、后門采用鋼板門，具備密封防塵、降噪隔音的功能；側(cè)門采用前中后三段式側(cè)板結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)冷熱通道分離單獨；機內(nèi)配置應(yīng)急送風(fēng)排風(fēng)和智能照明裝置，滿足不同應(yīng)用環(huán)境和特殊情況。

2.2 智能布線系統(tǒng)

高效率預(yù)端接布線由光纖MPO系統(tǒng)架構(gòu)而成，為IT設(shè)備提供高速、穩(wěn)定的傳輸通道。

2.3 智能供配電系統(tǒng)

模塊化供配電系統(tǒng)由機架式供配電單元(圖2)、機架式UPS、機架式電池包和PDU模塊組成。

(1)機架式供配電單元包含UPS輸入、UPS輸出、UPS維修旁路開關(guān)、防雷保護開關(guān)等；同時為空調(diào)、IT設(shè)備、柜內(nèi)照明及應(yīng)急風(fēng)扇提供電源；IT設(shè)備可選擇采用UPS或市電。

(2)機架式UPS產(chǎn)品的主要特點：1)采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)(PFC)，大幅減少對市電電網(wǎng)的污染；2)采用先進(jìn)的DSP數(shù)字化控制技術(shù)，使UPS性能出色穩(wěn)定；3)可自行設(shè)定輸出電壓200/208/220/230/240VAC，頻率50Hz或60Hz；4)整機效率高達(dá)90%以上，ECO模式下整機效率為1；5)提供了豐富的可擴展智能管理功能，可選擇安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中監(jiān)控、干接點、環(huán)境監(jiān)測等功能；6)支持發(fā)電機接入；7)支持選配SNMP卡，進(jìn)行電力管理。

(3)PDU可選擇從UPS或市電取電，滿足不同設(shè)備的取電要求；應(yīng)急風(fēng)扇由UPS供電，并由微模塊監(jiān)控系統(tǒng)控制；當(dāng)電源故障、空調(diào)停機后，微模塊監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出開啟信號，UPS為該組風(fēng)扇供電。

產(chǎn)品主要特點：1)標(biāo)準(zhǔn)19″設(shè)計，箱體采用優(yōu)質(zhì)SPCC；設(shè)備高度≤10U；2)配電模塊箱體采用模壓成型工藝，無邊框設(shè)計；3)箱體使用鍍鋅底板支撐，所有電器元件安裝在鍍鋅底板上面；4)配電單元箱體前面板可免工具拆卸，指示燈、智能儀表、斷路器的正面安裝方便前端維護；5)配置智能電量儀，通過后置485接口上傳用電信息及總開關(guān)狀態(tài)；6)后端采用阻燃UK端子，采用斜裝設(shè)計，方便施工；7)后端UK接線部分采用保護罩，防止異物跌落造成短路、火災(zāi)等電氣、安全隱患；8)專業(yè)接地銅排處理，不得采用箱體接地工藝；9)微斷開關(guān)采用某品牌產(chǎn)品，UPS輸入斷路器采用動力型。

圖2 機架式智能配電單元外觀示意圖

2.4 精密制冷系統(tǒng)

(1)機架式安裝可通過監(jiān)控單元對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和參數(shù)設(shè)定，全方位監(jiān)控、告警、通訊。

(2)溫/濕度環(huán)境恒定。

(3)采用環(huán)保制冷劑可減少碳排放。

(4)低載無凝露設(shè)計，可以使低負(fù)載(最低10%)、高濕環(huán)境中冷通道的濕度維持在20%～80%，保證6 000h以上無故障運行。

(5)通過冗余設(shè)計可極大提升產(chǎn)品的可用性。

(6)配置高靈敏度傳感器可精確控溫，系統(tǒng)最低PUE達(dá)1.3。

(7)初投資遠(yuǎn)低于普通機房空調(diào)，優(yōu)越的制冷效果,節(jié)省更多電量。

(8)采用合理化結(jié)構(gòu)設(shè)計，制冷劑管路支持上、下走管場景，方便施工。

(9)內(nèi)、外機接口預(yù)留端面密封截止閥，10m范圍內(nèi)可實現(xiàn)免焊接設(shè)計，可實現(xiàn)快速維護，無需動火。

(10)主要部件支持前、后門原地維護。

(11)整機易于原地更換，維護和更換過程中不影響其他設(shè)備使用。

2.5 動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)

動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)是一款高可靠、穩(wěn)定的模塊化智能數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過實時與基礎(chǔ)設(shè)施通訊交互、視頻監(jiān)控等多種方式，通過智能分析和智能控制，通過人性化的展現(xiàn)方式，以及針對管理規(guī)范設(shè)置報警并推送等服務(wù)，使數(shù)據(jù)中心運維人員及時了解數(shù)據(jù)中心的使用情況、運行狀況、維修記錄、能量消耗等信息，讓數(shù)據(jù)中心處于健康運營中。

2.6 IT運維系統(tǒng)

基于B/S架構(gòu)，web瀏覽器界面，采用最新的HTML5技術(shù)，提供功能豐富的圖形界面，具有高度集成化和先進(jìn)性、安全性、開放性、可擴展性、高可靠性等系統(tǒng)特點，實現(xiàn)對在各個機房運行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、應(yīng)用程序、服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、設(shè)備以及安全系統(tǒng)等的監(jiān)測和管理，為用戶直接提供與應(yīng)用相關(guān)的集中監(jiān)測的能力、手段和工具。

2.7 云集中管控平臺

基于web的集中管理模式,遵循面向?qū)ο蟮脑O(shè)計結(jié)構(gòu),具有高度集成化和先進(jìn)性、安全性、開發(fā)性、可擴展性、高效性、高可靠性等系統(tǒng)特點。融合了動環(huán)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器硬件等IT基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控，以及應(yīng)用服務(wù)、中間件、數(shù)據(jù)庫等軟件系統(tǒng)的監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)的聚合分析，結(jié)合數(shù)據(jù)中心運維經(jīng)驗，打造以感知、監(jiān)控、決策為核心的一體機智能操作系統(tǒng)。

最終，將網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成一個滿足“集中監(jiān)控、集中維護、集中管理”現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)管理模式需要的、面向業(yè)務(wù)和市場的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)端到端的管理，全面提升服務(wù)質(zhì)量。

3 方案優(yōu)勢

創(chuàng)新性的將冷熱通道隔離，可避免冷熱氣體混流，整柜采用封閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低冷氣外溢。多機并柜時，冷熱通道采用貫通式設(shè)計，可實現(xiàn)多柜一體化制冷，有效減少設(shè)備的電力消耗，達(dá)到節(jié)約能源、綠色環(huán)保的目的，且提升了10%～25%制冷效率。

機柜制冷應(yīng)急處理，以機柜為單位，每個機柜對應(yīng)的通道頂部安裝一組應(yīng)急散熱裝置，該應(yīng)急散熱裝置由UPS供電，并由微模塊監(jiān)控系統(tǒng)控制；當(dāng)市電斷電時，空調(diào)停止工作，柜內(nèi)溫度急劇上升，此時，應(yīng)急散熱裝置觸發(fā)，位于柜體前角規(guī)頂部的送風(fēng)貫流風(fēng)機，與位于柜體后門熱通道頂部的排風(fēng)軸流風(fēng)機開始工作，送風(fēng)量≥130 m3/h，排風(fēng)量≥120m3/h，有效避免柜內(nèi)IT設(shè)備因溫度過高而宕機。

機架式智能配電單元在傳統(tǒng)配電的基礎(chǔ)上增加了單相多功能電量儀、互感器，可實時顯示并通過RS485通訊上傳電流、電壓、頻率、功率因數(shù)，有功、無功、視在功率，有功、無功電能，及電源輸出開、關(guān)狀態(tài)信號。同時針對微小型數(shù)據(jù)中心柜內(nèi)的應(yīng)急照明、應(yīng)急散熱、用電量等實時檢測，監(jiān)控微小型數(shù)據(jù)中心的用電情況，實現(xiàn)更安全、可靠的配電保護。

機架式空調(diào)器采用PID控制，自適應(yīng)機柜內(nèi)負(fù)荷變化，采用旋轉(zhuǎn)式變頻壓縮機自動調(diào)節(jié)壓縮機運行頻率，精確控制機柜內(nèi)環(huán)境；與機柜服務(wù)器的負(fù)載變化實現(xiàn)聯(lián)動調(diào)節(jié)，確保不同負(fù)載條件下，壓縮機都能保持在高效的區(qū)間運行。

對體柜中部署的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、存儲等計算資源進(jìn)行監(jiān)控，完成網(wǎng)絡(luò)、CPU、內(nèi)存、硬盤等資源運行狀態(tài)、使用率數(shù)據(jù)的采集，保障計算資源的可用性。

完成體柜中常見的應(yīng)用服務(wù)、中間件、數(shù)據(jù)庫等軟件服務(wù)數(shù)據(jù)收集，對應(yīng)用服務(wù)的服務(wù)狀態(tài)、運行效率進(jìn)行監(jiān)控。

通過對體柜中動環(huán)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器等IT基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)、中間件、數(shù)據(jù)庫等軟件服務(wù)監(jiān)控數(shù)據(jù)的整合，通過多維度的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合已有的運維經(jīng)驗，將一體柜故障、能耗、資源使用情況進(jìn)行可視化的展示，為用戶提供一體柜綠色、智能使用優(yōu)化建議。

4 結(jié)束語