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1.2 数据中心基础设施构成 |
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数据中心基础设施是信息技术和通信网络赖以生存的基础，主要包括供电系统、制冷系统、监控系统、机柜系统和照明等部分。数据中心基础设施的建设在技术上既要满足IT设备的相关需求，也要兼顾未来的技术发展趋势。
数据中心供电系统是一个综合性、全面性的供配电系统。此系统不但要解决信息通信设备的供电、用电问题，同时还要解决其他设备的供电、用电问题。数据中心电源系统方框图如图1-1所示。
图1-1 数据中心电源系统
常见的大型数据中心的供电系统有两路市电输入，其中一路市电和后备电源（柴油发电机组）配送到低压配电系统的自动切换装置；另一路市电从其他变电站输出，被配送到该自动切换装置。这里的低压配电系统负责对这两路电源的自动切换装置的输出进行电源分配，包括向各类380V或220V交流电负载提供电源，同时系统配置并联型的抗瞬态浪涌抑制器或对特殊负载采用串联型抗瞬态浪涌抑制器进行保护；数据中心输入配电是整个低压配电系统的二级配电系统，不但负责对数据中心内的空调等制冷系统和照明系统等供电，还需要给系统中最重要的不间断电源系统提供输入电源，包括交流不间断电源和直流不间断电源等。
制冷系统是数据中心的关键子系统之一，它不仅关系到数据中心稳定运行，同时也是实现数据中心节能降耗，建设绿色数据中心的重要环节，数据中心制冷系统架构如图1-2所示。
图1-2 数据中心制冷系统架构
由于制冷系统的能耗约占数据中心整体能耗的30%～40%，降低能耗的潜力很大，因此很多组织致力于制冷系统节能的研究。制冷技术对于建筑行业来说是一个相对成熟的技术，但为数据中心IT设备制冷与为建筑物内的人员制冷相比，还是存在较大的差异。因此，在制冷系统的设计理念上以及实现技术上都存在较大的不同。制冷系统也是数据中心建设中技术发展较快的一个系统，新的理念和技术不断涌现。
数据中心对于空气的温度和湿度要求较高，对机房内部空气进行合理的调节是非常重要的。传统的机房空调包括空调机组及冷量输配环节。蒸气压缩式制冷系统为目前发展最成熟、冷量最稳定的制冷方式，这使其成为传统的机房空调机组的主流应用方式，也在数据中心中得到了最广泛的应用。其优点是室内环境控制较好，能满足机房内温度、湿度及洁净度的需求，而且初投资较低，技术成熟，安装、控制、维护方便。但即使在冬季寒冷地区，发热量大的机房也需要运行空调系统排出IT设备散热量。由此造成数据中心空调能耗高、寿命短，且不能充分利用室外自然冷量，节能效果欠佳。
对于我国北方地区来说，冬季及春秋过渡季节大部分时间内的气温低于20℃，当室外环境温度低于室内温度5℃～10℃时，若用室外冷空气直接或者间接冷却室内空气，停用传统的压缩式制冷机组，则会在节约能源的同时延长空调机组的使用寿命。
在数据中心内部，室内空调机作为冷源非常重要，而冷量的输配环节也是同样重要的。出于安全考虑，目前数据中心空调大多采用全空气系统，气流组织形式对于空调系统的能耗及机房内部环境保障至关重要。目前数据中心空调系统气流组织主要包括上送下回、下送上回及精确送风等。其中精确送风系统将从空调出来的冷空气直接送到机柜内需要冷却的位置，可以利用较大的温差带走设备热源的热量，提高制冷效率。
数据中心监控管理系统是近两年数据中心领域的热点话题之一，是通过一整套硬件设施、传感器和特定软件的管理平台，覆盖数据中心IT关键设备（服务器、存储、网络、虚拟机）和其他基础设施（配电、制冷、布线、机柜）等所有关联系统的对象（安全、管理、环境），具有进行容量规划、集中监控、准确处置、智能管理、预测模型、成本控制等管理功能综合集成系统。一个有效的数据中心监控管理系统将为数据中心提供相互依存的系统进行资产的实时监控和统一的管理平台，并详细监测和测量数据中心各类性能、利用率和能耗，支持其向更高能效和绿色环保的方向发展。
目前，数据中心管理是基于数据中心动力与环境监控的管理系统、楼宇监控系统、暖通监控系统和IT设备系统与网络的管理系统等，上述系统的管理架构和管理流程是独立分离的。例如数据中心动力和环境监控系统，其跟踪基础设施及设备的运营状况，实现检测、监控、报警、记录等管理功能。又如数据中心IT设备系统与网络的管理系统，主要负责IT设备系统的配置管理和网络路由、安全管理等功能。但上述两个系统完全独立，管理上存在困难无法依据IT设备业务变化动态调整动力和环境设备的状态一直以来是业内人士的痛点。
因此，随着业务的不断发展，需要以全面的视角，提供数据中心基础设施更复杂的综合监测和管理工具，使其全面的实时监控，并具有建模和管理功能，以便进行长期的容量规划，动态优化获得关键系统的性能和效率以及提高资产利用率。近年来业界提出相互依存的系统与资产实时监控和管理的统一平台，提供收集实时数据、资产可视化、建立虚拟模型、实行变更控制、进行全程管理、呈现运营报告、动态预测分析等一系列的保障业务和运营效益的措施，从而保障可用性及降低风险、提高资产和基础设施的利用率、综合降低能源消耗和运维成本、流程化管理满足规定的服务水平、实时自动提供管理决策信息、提高数据中心效率和效益。
从实际应用角度，按照专业领域划分的监控系统与一体化监控系统各有其优缺点。按照专业划分的监控系统在管理上可以有不同的划分，但是缺乏统一的管理平台。按照一体化思路建设的监控平台，管理还需落实到具体的专业，从而更加清晰管理和责任范畴。
机柜系统是指用于承载服务器，存储和网络等IT设备，或用于引入线路进行线缆端接的封闭式装置。系统包括机柜、开放式机架、一般常用附件、柜间走线部分、末端配电部分、气流再分配单元、机架机柜标示单元组成。
数据中心应用的机柜可分为三种：服务器机柜、网络机柜和布线机柜。服务器机柜特指一类主要用于堆放深度深，热密度大，放置大型主设备的机柜，最常见的典型设备如天蝎整机柜服务器。网络机柜特指一类主要用于堆放自重大，数据线缆出线在前侧的设备的机柜。堆放的最常见的典型设备如中型或大型网络交换机、路由器等。布线机柜特指一类主要用于堆放自重小，热密度低，数据线缆出线在前侧的设备，并有大量跳线的机柜，堆放的最常见的典型设备如小型网络交换机，配线架和水平理线器等。