1 數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與分級(jí)概述

目前國(guó)內(nèi)外與數(shù)據(jù)中心有關(guān)的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要有《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174-2008)、《電信專用房屋設(shè)計(jì)規(guī)范》(YD/T5003)、《美國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)發(fā)布的《ANSI/TIA-942,Telecommunications Infrastructure Standard for DataCenters(數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn))》,它們是數(shù)據(jù)中心建設(shè)定位、功能指標(biāo)、設(shè)計(jì)技術(shù)、施工工藝、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等的具體技術(shù)要求與體現(xiàn)。其中TIA-942是國(guó)際上第一部較為全面地以數(shù)據(jù)中心為對(duì)象的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),它為現(xiàn)代的機(jī)房工程建設(shè)提出了新的設(shè)計(jì)理念、系統(tǒng)構(gòu)架與技術(shù)指標(biāo),并給出了許多技術(shù)與系統(tǒng)的工程建議與指導(dǎo)。

在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008中,主要從機(jī)房選址、建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)房環(huán)境、安全管理及對(duì)供電電源質(zhì)量要求等方面對(duì)機(jī)房進(jìn)行分級(jí),分為A(容錯(cuò)型)、B(冗余型)、C(基本型)三個(gè)級(jí)別。

TIA-942中主要是根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的“可用性(Availability)”、“穩(wěn)定性(Stability)”和“安全性(Security)”分為四個(gè)等級(jí):Tier I、Tier II、Tier III、Tier IV。其中這四個(gè)等級(jí)可用性的劃分是源于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)The Uptime Institute的《采用分類等級(jí)的方式定義場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》,在該標(biāo)準(zhǔn)中,依據(jù)工程需求與實(shí)踐,提出了場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施的分類等級(jí)的體系框架,針對(duì)數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵設(shè)備期望達(dá)到“五個(gè)九”即99.999%的系統(tǒng)應(yīng)用可用性的需求,提出了要與之相匹配的機(jī)房場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施(電源配電、暖通空調(diào)以及其他的相關(guān)系統(tǒng))的可用性等級(jí)指標(biāo)。

2 數(shù)據(jù)中心各等級(jí)的技術(shù)特征

(1)GB50174的機(jī)房分級(jí)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008規(guī)定,國(guó)家電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)劃分為A、B、C三級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)房的使用性質(zhì)、管理要求及其在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中的重要性確定所屬級(jí)別。

①A級(jí)符合下列情況之一的電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)為A級(jí):

*電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失;

*電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成公共場(chǎng)所秩序嚴(yán)重混亂。

②B級(jí)符合下列情況之一的電子信息系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)為B級(jí):

*電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失;

*電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成公共場(chǎng)所秩序混亂。

③C級(jí)不屬于A級(jí)或B級(jí)的電子信息系統(tǒng)機(jī)房為C級(jí)。

GB50174標(biāo)準(zhǔn)中與后備電源相關(guān)的技術(shù)要求如表1所示。

(2)TIA或The Uptime Institute標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心分級(jí)

根據(jù)TIA或The Uptime Institute,數(shù)據(jù)中心機(jī)房可分為四級(jí):由“等級(jí)Tier I”(沒有冗余部件組成的系統(tǒng))到“等級(jí)Tier IV”(有冗錯(cuò)部件和可實(shí)現(xiàn)不間斷維修的系統(tǒng))。下面就每個(gè)等級(jí)的特性描述,及其在數(shù)據(jù)中心中的設(shè)備類型、配置要求和技術(shù)特性等內(nèi)容進(jìn)行逐一介紹。

①等級(jí)Tier I——基礎(chǔ)設(shè)施基本配置

“等級(jí)Tier I”的數(shù)據(jù)中心對(duì)有計(jì)劃或無計(jì)劃的運(yùn)營(yíng)中斷反應(yīng)敏感,該類數(shù)據(jù)中心通常配有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電力分配系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng),可能還包含有活動(dòng)地板等設(shè)施,同時(shí)配置有一組UPS或者一臺(tái)發(fā)電機(jī)組。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心中的關(guān)鍵負(fù)荷可以達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%容量,如果已配置有UPS或者發(fā)電機(jī)組,它們均是由單個(gè)模塊組成的系統(tǒng),并且存在著可能的單故障點(diǎn)。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要,通過停止設(shè)備運(yùn)行來進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和檢修工作,而在緊急狀態(tài)下則可能需要停止設(shè)備運(yùn)行來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修。數(shù)據(jù)中心內(nèi)任何設(shè)備故障、操作錯(cuò)誤以及異常情況都將引起數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)中斷。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心是由單路電力和冷卻輸配鏈路組成的系統(tǒng),沒有系統(tǒng)冗余部件和備份能力。

②等級(jí)Tier II——基礎(chǔ)設(shè)施部件冗余

“等級(jí)Tier II”數(shù)據(jù)中心采用了設(shè)備冗余部件,要比“等級(jí)Tier I”數(shù)據(jù)中心的備份能力強(qiáng)。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)裝有高架活動(dòng)地板、UPS或發(fā)電機(jī)組,動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)為N+1模式,采用單一的分配鏈路環(huán)節(jié)。關(guān)鍵負(fù)荷可以達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%容量。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要,通過備份設(shè)備順序獨(dú)立運(yùn)行,完成預(yù)防性維護(hù)和檢修工作,而在緊急狀態(tài)下則可能需要停止設(shè)備運(yùn)行來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心是由單路電力和冷卻輸配鏈路組成的系統(tǒng),并在該鏈路中配置有冗余的系統(tǒng)部件和功能。

③等級(jí)Tier III——基礎(chǔ)設(shè)施鏈路冗余

“等級(jí)Tier III”數(shù)據(jù)中心內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施具有鏈路冗余能力,當(dāng)某一鏈路環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備份鏈路,保證數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的連續(xù)性。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心的電力和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)鏈路,其中至少有一個(gè)鏈路配置了N+1冗余部件,任何一個(gè)鏈路上的設(shè)計(jì)負(fù)荷量不超過總負(fù)荷量的90%。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)需要,選擇某一鏈路投入運(yùn)行,同時(shí)對(duì)另一鏈路進(jìn)行維護(hù)或維修,而不會(huì)影響數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心具有冗余能力的鏈路通常具有故障容錯(cuò)能力,如該鏈路出現(xiàn)故障,系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一鏈路繼續(xù)運(yùn)行。

④等級(jí)Tier IV——基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)容錯(cuò)

“等級(jí)Tier IV”數(shù)據(jù)中心內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施具有容錯(cuò)能力,當(dāng)某一部分環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備份環(huán)節(jié),保證數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的連續(xù)性。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心的電力和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有多個(gè)鏈路,每個(gè)鏈路配置了N+1冗余部件,在一個(gè)鏈路上的設(shè)計(jì)負(fù)荷量不超過總負(fù)荷量的90%。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心中的全部計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備需要具有故障容錯(cuò)的雙電源輸入功能,確保系統(tǒng)雙鏈路配置功能。

該等級(jí)數(shù)據(jù)中心通常由多條電力和冷卻分配鏈路組成,每條鏈路中配置有冗余的組成部件,并且具有故障容錯(cuò)能力。

國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ANSI&TIA-942關(guān)于數(shù)據(jù)中心分級(jí)的一些主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

3 TIA或Uptime分級(jí)與GB50174-2008分級(jí)的關(guān)系

單從UPS后備電源的配置看,GB50174-2008與TIA-942或Uptime標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

4 數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的分級(jí)配置

(1)TierⅠ或C級(jí)數(shù)據(jù)中心的配置

TierⅠ或C級(jí)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)配置如圖1所示,具有單一的供電路徑。盡管可能有N臺(tái)UPS或者N臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,但是在這些系統(tǒng)上的關(guān)鍵負(fù)荷的容量能達(dá)到單機(jī)容量N倍的100%。

從系統(tǒng)架構(gòu)看,系統(tǒng)有多個(gè)單一的故障點(diǎn)。無計(jì)劃的供電線路故障與和有計(jì)劃設(shè)備維護(hù)都可能導(dǎo)致系統(tǒng)供電的中斷,如年度預(yù)防性檢修和修理、緊急狀態(tài)下的頻繁地關(guān)閉設(shè)施或基礎(chǔ)設(shè)施組成器件的故障、操作錯(cuò)誤,都將引起數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的中斷。

(2)TierⅡ或B級(jí)數(shù)據(jù)中心的配置

TierⅡ或B級(jí)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)配置如圖2所示,與TierⅠ或C級(jí)一樣,仍然具有單一的供電路徑。但是在UPS和發(fā)電機(jī)設(shè)備的配置上,實(shí)現(xiàn)了N+1的冗余配置。

從系統(tǒng)架構(gòu)看,系統(tǒng)仍然有多個(gè)單一的故障點(diǎn)。但無計(jì)劃的UPS設(shè)備故障或有計(jì)劃的UPS設(shè)備維護(hù),基本不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)供電的中斷。相比TierI或C級(jí),增加了系統(tǒng)的可用性。

(3)TierⅢ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心的配置

Tier Ⅲ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)配置如圖3所示,與TierⅠ、TierⅡ或C、B級(jí)不同的是,具有兩條互為備份的供電路徑,平時(shí)一條工作一條備份。

對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)中的所有開關(guān)、線路或柜體,所有計(jì)劃性的部件與路徑的相關(guān)操作與維護(hù)活動(dòng)不會(huì)影響數(shù)據(jù)中心負(fù)載的正常運(yùn)行。所以,TierⅢ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)的是可同時(shí)維護(hù)的數(shù)據(jù)中心。

Tier Ⅲ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心的無UPS供電路徑盡管允許市電直接供電,但要求必須配置柴油發(fā)電機(jī)作為后備。

相比于TierⅡ或B級(jí)、TierⅠ或C級(jí),從系統(tǒng)架構(gòu)看,已經(jīng)沒有單一的故障點(diǎn),但是對(duì)于無計(jì)劃的活動(dòng),例如設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施的零部件,在運(yùn)行中或者自然的情況下發(fā)生故障,或者在維護(hù)時(shí)出現(xiàn)市電突發(fā)中斷等情況,還是會(huì)引起數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行中斷。

(4)Tier Ⅳ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心的配置

Tier Ⅳ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)備配置如圖4所示,TierⅣ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心負(fù)載具有兩條互為熱備的供電路徑,平時(shí)每條路徑各承擔(dān)50%的負(fù)載;在一條路徑故障或計(jì)劃維護(hù)時(shí),全部負(fù)載切換到另一路,所以所有路徑中的設(shè)備容量都具備全額支持?jǐn)?shù)據(jù)中心負(fù)載的能力。

在TierⅢ或A級(jí)的基礎(chǔ)上,TierⅣ或A級(jí)的數(shù)據(jù)中心不僅具有能夠進(jìn)行任何有計(jì)劃的維護(hù)活動(dòng)不會(huì)對(duì)關(guān)鍵的負(fù)荷造成中斷的能力,而且一次無計(jì)劃的故障、運(yùn)行錯(cuò)誤或者誤操作事件也將不影響關(guān)鍵的負(fù)荷。TierⅣ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心也要求全部計(jì)算機(jī)硬件具有雙電源輸入。所以相比TierⅢ或A級(jí),TierⅣ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從可并行維護(hù)到冗余容錯(cuò)的保障等級(jí)飛躍。

TierⅣ或A級(jí)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力鏈路中的UPS容量可以配置成2N,也可配置成2(N+1)在一個(gè)系統(tǒng)上涉及的關(guān)鍵的負(fù)荷不應(yīng)超過總負(fù)荷量的90%。

5 結(jié)束語

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)GB50174-2008和TIA-942對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的配置提出了相應(yīng)的分組要求。在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)機(jī)房的使用性質(zhì)、管理要求及其在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)中的重要性來確定其所屬等級(jí),并按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施(本文僅涉及供電系統(tǒng))進(jìn)行配置。

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