移動通信互聯網數據中心設計與實現分析

中國電子科技集團公司第五十四研究所 王天威

眾所周知，數據中心的質量除了取決于技術之外，還取決于它的操作。據騰訊負責數據中心運營的余志華先生介紹，在2000 年之前，騰訊的數據中心運營并沒有太多的規范和標準，更沒有任何自動化的工具和系統來支持我們的運營。那時候，維護計劃和專業的外包團隊都比較少。在這種情況下，我們數據中心運行如何有效設計，這是一項值得探討的問題。

1 互聯網數據中心移動通信技術

由于我國的國民經濟和先進的現代技術在現階段的發展中不斷提升和升級，也取得了許多顯著的成果，中國在新形勢下逐漸迎來了“互聯網+”的新機遇。許多現代技術在計算和信息分類集成方面通過網絡數據的新技術實現，它逐漸開始受到越來越多領域和相關技術人員的高度重視，并被越來越多的專業人員應用。由于中國現代信息化進程的深入加強，信息技術在互聯網新時代所能承擔的負荷的總體目標變得更加細致和準確。由于中國現代移動通信相關設備的不斷優化升級，現代移動通信基站的工程發展也取得了非常顯著的改進成果，從根本上推動了專業技術在移動通信領域的更大應用和推廣，以及核心工程技術的優化提升。

從目前的發展階段來看，可以發現國際上廣泛使用的網絡移動通信領域的專業技術經過不斷的改進和優化已經被拋棄。而且，TD-LTE 移動通信技術在目前的發展階段廣泛應用，具有很多非常好的優點，它的信息傳輸速度非常快，而且整個傳輸周期也非常穩定和安全，移動通信數據的影響范圍非常廣泛，具有很多優點。因此，對于這個移動通信專業技術來說，它已經成為“互聯網+”新時代使用的現代專業技術中非常穩定、用戶群體最多的一項專業技術。該專業技術在相對基礎的技術支持上使用OFDMA 專業技術，實際上這意味著該移動通信專業技術在之前的無線通信專業技術上可以在更高的水平上實現更深層次的進步。同時，由于采用了比較更穩定可靠的無線電新型專業技術，使數字頻帶數據和數字基帶數據向更高的質量和效率轉變，還可以實現現代化的數據設置和智能天線設置，利用陣列天線相關的專業技術設計和開發更專業的輸入輸出系統效率技術，從而確保以更高質量、更流暢高效的視頻數據傳輸，為移動通信技術的信息傳輸速率提供更有力的幫助，根據當前發展階段的實際情況，已經能夠在新時代實現更高水平的高質量通信成果。

2 討論現階段國內移動通信數據中心技術的實際情況

通過觀察我國當前發展階段的真實情況，可以發現，國內移動通信技術已經開始了非常快速的發展，并經歷了從初級階段到現階段的四個歷史階段。目前，國內移動通信專業技術可以說已經達到4G 網絡技術階段。LTE移動通信專業技術在這一階段得到了廣泛而深入的推廣和應用。LTE 專業技術主要包括國內指出具有領先優勢的TD-LTE 移動通信專業技術和一些西方發達國家指出具有領先優勢的FDD-LTE 移動通信專業技術。而且，通過觀察當前發展階段的真實情況，我們還可以發現，TD-LTE 移動通信專業技術是新時代應用于移動互聯網的一種更高效、更先進的專業技術，完全可以滿足高頻率、高帶寬的信息高質量傳輸的要求。中國為TD-LTE移動通信專業技術開發的數據庫站點規模已達119 萬個，能夠滿足4G 網絡技術的基本應用需求。這一情況也充分反映出TD-LTE 移動通信專業技術在中國的影響范圍越來越廣，同時也有可能在同一時限內實現更大規模的信息傳輸。此外，TD-LTE 移動通信專業技術在當前發展階段的不斷更新和完善，也有力地推動了一些非常現代化和先進的公司繼續實施優化和改進。在目前的發展階段，也可以看到這些新興的公司正在積極的相互合作，逐漸設計和開發了很多新的、先進的計算相關技術和非常大規模的網絡信息庫，這對廣大用戶的日常工作和生活以及學校學生的教育和指導都有非常顯著的促進和影響。在目前的發展階段，可以發現它的未來前景是非常有希望的。總體而言，TD-LTE 移動通信專業技術在大部分行業都可以有效應用。如圖1 所示是某小型企業中數據中心的實際解決方案分析圖。

圖1 某小型企業中數據中心的實際解決方案分析圖Fig.1 Actual solution analysis diagram of a data center in a small enterprise

3 移動通互聯網數據中心設計因素分析

為了改變這種狀況，負責騰訊數據中心運營的工作人員做出了很多努力。余志華先生說，現在我們有一定的數據中心運行標準或運行規范，一些比較完善的監控系統，一些自動化工具也在逐步使用。不會有太多需要人工干預的工作。然而，面對龐大的互聯網需求，網站上的這些操作，尤其是基礎設施領域，仍有很多環節需要人工干預。我們的數據中心站點整潔有序，冷通道關閉，看起來管理得很好，在這種情況下，我們就沒有問題和挑戰了嗎？當一個數據中心經理接手一個新的數據中心時，他已經面臨很多挑戰和問題。我們可以看到，一個數據中心在概念設計或效果圖上是完美的。這個時候數據中心的經理就覺得IDC 的規劃設計非常好，以后連接管理非常方便高效。這是真的嗎?不是這樣的。施工圖發出后，真正收到機房時，它可能會走樣。因為我國在建筑技術水平上確實有很大的不足，一些設計理念和要求在實際應用中總會遇到一些問題。當數據中心經理接管IDC時，情況可能會大不相同。此外，數據中心經理接手一個IDC后，還要面對各種海量的運營需求，比如一個月內交付10000 臺設備；更換硬盤，2000 元/月；重新啟動操作系統，每月2000 個工作單；服務器的硬件更換、每月超過800 單的訂單等龐大的運營需求給我們的一線運營人員帶來了巨大的挑戰和壓力。另一方面，作為數據中心的運營管理人員，他們面臨著巨大的成本壓力。或許，當數據中心的服務器數量不足10000臺時，電費在公司運營成本中所占的比重并不大。在100000 單位，這似乎是可以接受的，但它不是主要矛盾。說到50萬，說到100萬，電費是多少呢?公司的運營成本占比是多少?此時，作為運營管理人員，應該思考如何節約能源，如何提高運營效率，如何提高資源利用率，如何控制運營成本。這些都是數據中心經理在面對大規模運營時需要考慮的問題。只有促進數據的有效提取，才能進一步推動網絡優化的發展。只有這樣才能保證問題發現的及時性和優化結果的完善性。隨著大數據技術的不斷應用，這些原本存在的問題都得到了解決。無論是小規模還是超大規模，云服務提供商還是希望將數據保存在本地的企業，良好的設計對于創建和維護高效的數據中心都很重要。考慮到這一點，以下是運營和維護高效數據中心設計的4 個關鍵考慮因素。

3.1 動力和冷卻策略

大多數數據中心中斷和失控的成本都與數據中心使用的電力和冷卻直接相關。如果冷卻效果不佳，冷卻數據中心所需的功率可以匹配或超過IT 設備本身運行所需的功率。為解決這一問題，組織應通過控制和主動風量管理來控制風量和冷卻，實現模塊化供電和冷卻，并隨需求/擴張而擴張。然后，實現實時和趨勢報告，以確保低成本，并避免任何潛在的問題出現。

3.2 操作功能自動化

一個好的數據中心設計應該計劃使盡可能多的操作功能自動化。這有助于確保在單個數據中心或多個數據中心內一致地部署基礎設施，同時還有助于減少成本和人員維護成本所需的時間。自動化應該在多個階段進行，從正在進行的發現和審計到工作流和跨系統集成。

3.3 區域限制越來越少

眾所周知，4G 的發展仍有一些不完善之處。5G 將更系統地解決4G 運行過程中出現的問題，包括應用區域。4G 已經實現了區域化的基本覆蓋，但一些偏遠地區還沒有完成通信技術的覆蓋。長期以來，海上和高空的通信問題一直是困擾技術人員的難題。在5G 的發展過程中，技術人員也開始關注這些問題，希望通過自己的不斷探索和發展來解決當前的問題。因此，5G 時代的通信技術持續受到區域影響將成為大趨勢。

3.4 網絡切片

通過網絡切片技術，5G 網絡可以承載大量的連接和應用，同時保持高速、低時延的特點，針對不同的應用場景提供差異化的服務。不同場景對網絡的要求也不同。網絡切片解決了移動、安全、低延遲等不同應用場景的網絡需求。如何把握5G 發展前景，對關鍵節點進行控制和監管，實現中國5G 產業的騰飛，是所有移動通信工作者的目標。如圖2 所示是中國移動通信第五代通信（5G）圖。

圖2 中國移動通信第五代通信（5G）圖Fig.2 China Mobile communication fifth generation communication (5G)

4 移動通信互聯網數據中心設計與實現分析

4.1 新能源供電模式納入未來建設數據

數據中心目前使用的電源主要是火力發電,而火力發電環境保護和大氣污染嚴重。新能源進入數據中心已經成為電力設計的重要內容，我們必須深入研究新能源的特點。論證其與城市供電在安全性、可靠性和細節方面的區別。例如，三聯供電數據中心的發電采用內燃單元，它的啟動性能與柴油發電機組不同，加載時間為30min。需要解決啟動過程中供電的可靠性問題；需要使用柴油發電機來保證中央空調冷卻水系統的持續供電；內燃機組出現故障時，需要使用電制冷主機作為備用設備。這些都需要與城市供電系統綜合考慮。

4.2 設計階段負荷計算一般采用需求系數法

即設備功率乘以需求系數KX 和聯立系數KT，直接計算出的負荷，特別適用于數據中心的負荷計算。在進行負荷計算時，應將設備按其性質分為不同的設備：（1）其負荷；（2）空調及相應耗電設備的額定功率是指銘牌上的數據,應在均載率下以有功功率統一替換。

4.3 對數據中心無功補償的認識和措施

某大型金融機構數據中心于2013 年按國家標準a 級機房標準建成并運行。雙路10kV 供電及空調系統采用水冷。機房空調機房及空調配電系統平面布置圖。在機房層的模塊機房一側設置有空調室。采用N+1 精密空調運行模式。空調機房右側設置空調ATS 開關柜和輸出配電柜。由相關數據調查可以看出，原設計空調室內采用雙電源集中開關方式，開關后單路徑向供電給終端精密空調。根據GB50174 新老規范要求，A 類機房和B 類機房空調系統配電均需進行端子開關。該案例反映的核心問題是對終端切換需求有不同的解釋。從項目規劃設計階段開始，執行GB50174-2008 的要求。新規范和舊規范對A 類數據中心都有容錯要求。新修訂的GB50174-2017 強調在事故發生后或單個系統設備維護或大修期間，可以保證電子信息系統的正常運行，更加具體，更具可操作性。根據精密數據中心設計方法，當ATS 發生重大故障時，服務于模塊室的N+1 臺精密空調全部斷電，導致機房內設備停機。由于ATS 只有1臺，因此在發生重大故障后，不存在短時間內可以備份更換的冗余設備。此時ATS 在分布結構中成為明顯的單點。這一問題反映出設計師對系統冗余和空調系統冗余的思考思路是不同維度的，各學科之間對彼此的設計思路理解不到位，導致數據中心設計不能成為一個有機整體。這并不是一個孤立的案例，其他數據中心也有類似的做法。移動通信專業技術極大地促進了廣大用戶的日常工作生活和課程學習。在新的發展階段下，許多行業也迅速迎來了“互聯網+”的新時代。事實上，移動通信專業技術在起步階段首先由中國提出，并在中國現場應用和發展的整個過程中一直處于領先地位，這一新的專業技術在信息傳輸中實施速度非常快，具有非常可觀的發展前景。數據影響的范圍也非常大。許多優勢有力地推動了移動通信專業技術逐步應用于智能手機等通信設備。總的來說，這一移動通信專業技術具有非常關鍵的作用，對移動通信數據中心的設計等提供相關的數據支持。

4.4 通信互聯網數據中心短路電流計算

數據中心事故頻發導致停機的一個重要原因是系統短路。原因如下：（1）電力系統母線及各部件短路；（2）當短路發生時，開關柜的保護元件不起作用。究其原因是短路電流容量沒有被作為電源設計的重要組成部分，處于設計的空白狀態。因此，正確的短路電流計算是保證數據中心設計的關鍵。

5 結語

目前，中國已全面進入互聯網時代，許多信息技術在實踐中得到了廣泛應用。在設備的設計和應用中，也可以與互聯網時代的技術手段相結合。這不僅可以從根本上提升互聯網數據中心在規劃和建設過程中的有效性，還可以建立和實施數據庫。在數據共享的基礎上，提高數據的利用率。數據中心是許多機電系統和建筑系統的復雜集成，它就像一個復雜而巨大的機器。如何從規劃設計階段考慮，如何使其更好的運行，協調各系統發揮最大的作用，降低后期運維風險，是數據中心規劃設計人員需要認真考慮的問題。

引用

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