绿色智能机房的需求与发展研究

赖丽萍

（贺州学院 广西 贺州 542800）

随着信息技术的高速发展，机房计算机及通信设备的依赖性日益提高，其数量与日俱增，配套的环境设备也日益增多。机房的动力及环境设备为计算机系统提供正常的运行环境。当监控系统检测到机房内设备出现故障，若不及时报警和处理，对计算机数据传输、数据存储及系统运行构成可靠性威胁，就有可能造成严重后果。对于银行、证券、电信、海关等机房管理，一旦系统故障，造成的经济损失不可估量。企业和政府部门都建立机房监控系统，用于机房内动力、环境、安防等各方面监控，保证机房内设备的安全、稳定、可靠运行，减少能耗，提高机房的安全管理水平等。

1 绿色智能机房的需求分析

传统的机房正面临一系列挑战，根据最近对机房的调查结果显示，传统机房有基础资源过度供应，能源消耗严重；对资源与工作负载的静态管理；不能在整个机房实时、动态地调度资源与共享资源；孤岛式体系结构；维护成本巨大；机房设计不合理弊端[1-2]。

根据 《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）的设计标准，为满足智能高效、节能环保的机房建设需求。该需求包含绿色、智能两个方面，绿色普遍认为积极响应国家节能减排号召，有利于保护生态环境，最低限度地降低和减少机房的碳排放量，提高能源的使用效率；普遍认为智能的本质就是对信息的感知，并且给予恰当的回应，采用新技术实时地采集机房的各项指标，对机房进行智能的监控和管理，为用户提供安全可靠的环境，并且易于扩充及适应未来机房的建设需要，从而有效提高企业生产力。绿色智能一体化发展即为以“可持续”为核心，通过智能化手段与绿色的理念的融合来实现人、环境和资源的三者的最优化发展。

1.1 绿色节能需求分析

绿色是环保理念，它的目标是使得数据机房中的IT系统、机械、照明和电气设备的能源效率最大化，同时对环境的影响最小化，绿色机房是机房发展的必然[3]。

绿色节能机房，具体体现在对环保材料的选择、节能设备的合理运用、IT运维系统的

优化以及数据中心机房的超前规划。如UPS效率的提高能有效降低对电力的需求，达到节能的目的。为了降低整个数据中心的成本，必须还要考虑整个监控系统的可靠性、安全性、可扩展性等方面差异。对每个系统的之间均衡性、系统结构体系的标准化以及现代智能机房的管理也得考虑。

1.1.1 绿色机房评价指标

针对数据中心机房设备的绿色化标准，可以参考如下指标：

1）数据中心能源效率指标PUE和DCiE 机房的能耗指标主要有：电能使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）和数据中心机房基础架构效率 （Data Center Infrastructure Efficiency，DCiE）。衡量数据中心机房运营、管理水平的关键指标，也是绿色、节能、环保考查重要指标。该指标是行业内流行采用的绿色数据中心标准，指通过重点关注服务器的用电成本，测量服务器环境的用电效率[4]。在2006年，美国绿色网格联盟的成员建立了PUE的公式，即

2）IT设备的能效比 IT设备能效比为IT设备每秒的数据处理流量或每秒数据吞吐量与IT设备的功耗比值，即

公式（2）表明，IT设备的能效比越高，IT设备每消耗1 W的电能，所能处理、存储和交换的数据量越大。较高的IT设备能效比好处是，可以大幅度地降低与机房配套的UPS和空调系统的容量及功耗，从而达到节能、节省投资和节省机房安装面积的目的。

3）机房基础设施的利用率指标 供电和冷却系统是造成数据中心机房基础设施总成本的重要因素。同时要考虑物理空间、火灾防护要求和系统的安全性等。

4）IT设备的工作温湿度范围 机房设备对温湿度很敏感，为了保证设备的正常工作，必须大力去建立和维护耗能很大的空调保障系统。同时在选择设备时，考虑较宽工作温度和湿度范围的IT设备。

1.1.2 绿色节能技术

1）空调节能技术 空调是机房环境控制最重要的设备，它不但控制着机房的温度，同时还要保持机房的湿度。机房空调绿色节能技术主要包括变频技术、自适应控制技术、水冷系统节能技术、水处理节能技术、节能型制冷剂与节能添加剂等

2）新风节能技术 利用空气质量交换和能量交换原理，依靠大量通风将机房内的热量迅速向外迁移，实现室内散热。在有条件的地方（如季节性温差大或者昼夜温差大的地区），可利用机房室外的自然环境为冷源，对室内环境进行冷却。当室外温度较低时，关闭空调，通过新风节能系统将室外冷空气经过滤后引人机房内对设备散热；当室外温度高于要求值时，系统控制启动空调运行，从而减少空调使用时间，节约电能。由于机房结构和设备布局的影响，机房内温度场分布不均匀，有时会出现局部过热或过冷等问题。解决办法就是通过改变送风方式，尽量采用冷热通道进行送风，改变机房内部温度场分布，达到合理布置。

3）机房电源节能技术 机房电源设备主要是开关电源和UPS（不间断电源），它们的主要功用都是将市电转化为机房设备适用电压，滤掉高频污染和干扰电波，同时起到稳定电压的作用，此外UPS还具有断电保护的功能。包括谐波治理技术、模块化电源管理技术、智能电池管理技术、智能配电管理技术等

4）机房照明节能技术 机房照明节能是指在保证机房照度标准和照明质量的前提下，尽量减少照明系统中的能量损失，有效利用电能。采取分区分组控制灯具、选用半导体照明灯具、合理利用反射光等方法达到节能效果。

5）虚拟化技术 虚拟化技术是在系统中抽象出一个虚拟化层，并通过该层将下层资源抽象成另外一种形式的资源提供给上层使用。通过虚拟化，一份资源可以抽象成多份，相反，多份资源也可以抽象成一份。虚拟化技术是新一代数据中心机房使用最为广泛的技术。将物理基础资源集中在一起形成一个共享虚拟资源池，从而达到更加灵活和低成本地充分利用资源的目的。虚拟化已被企业看成是通过减少服务器数量来降低成本的有效途径[5-6]。

1.2 智能高效

利用先进的计算机技术、控制技术和通信技术，建立智能机房集成管理平台，将整个机房的所有动力、环境设备都集成到一个统一的监控和管理平台上，通过一个统一的可视化用户界面，维护人员可以在控制中心内监控机房的任何一台设备，获得所需的实时数据和历史数据，提高对机房设备的管理水平，减轻了维护人员的工作强度，突发事件的快速反应能力进一步提升，减少了事故带来的危害和损失[7]。

1.2.1 智能管理

1）安全监控 智能化的机房监控系统能够对机房各点和机柜各部位温度、功率等情况进行实时监测，提供7×24H视频监控。

2）流程化管理 将监控与运维管理有机结合，实现智能开单，整合IT服务管理，涵盖了常规动力环境监控系统的各种优点，将机房的报警系统和派单管理系统结合，做到人和设备的全面闭环管理。

3）报警处理功能 采集数据超过阈值时，系统向用户可选择通过声光、短信、电话、语音、邮件等方式及时报警。系统报警、事件、信号量、历史数据及管理员操作日志等自动记录到数据库中。

1.2.2 高效灵活

随着机房的发展，机房已经衍变成企业或者机构管理IT基础设施及应用；提供IT基础设施及应用服务的部门；也是为企业或机构内部和他们之间实现信息的高度集中管理和共享，提供信息服务与决策支持的平台。因此，管理人员在此平台利用一系列的技术，提高服务的效率。

1）机房的模块化设计 模块化的基础设施架构可以让IT系统能更好适应业务环境，提供更好的访问体验，并能实现资源的共享研究同步数据与应用；模块化可用使企业摆脱对传统系统的依赖，从而在采购和构建系统平台时具有更广泛的选择性。

2）云理论的深入应用 云计算技术是在当代并行计算技术、分布式计算技术和网格计算技术的基础上发展起来的。云计算最为突出的优点为不仅继承了SaaS的软件共享、订制方便、服务快捷等优点，更是实现了所有软、硬件的共享，这样就能有效的避免数据中心的重复建设[8]。它的资源是共享的、跨多用户任务，并能随需求的增加而增加。在云服务模式，软硬件资源都部署在云端，可以深入开展云计算、云存储等服务，为用户提供高效、可用的数据服务。

3）机房的可扩展性 为了方便计算设备的更新、扩展和升级，适当考虑为各系统设备发展留有一定的冗余，便于系统的扩展。

2 绿色智能机房的发展趋势

绿色机房，就是通过自动化、资源整合与管理、虚拟化、安全以及能源管理等新技术的采用，解决目前机房普遍存在的成本增加、资源管理日益复杂、信息安全等方面严重挑战，以及能源危机等尖锐的问题，从而打造与行业或企业业务动态发展相适应的新一代企业基础设施[9]。通过对机房的相关研究，认为未来现代机房的发展将会出现以下几个趋势。

2.1 机房智能化趋势

智能机房概念的引入让机房建设上了一个新台阶。未来机房建设中引入了智能机房集成管理系统后，利用先进的计算机技术、控制技术和通信技术，未来机房的操作无需像现在需要专人24小时监控，将整个机房的各种动力、环境设备子系统都集成到统一的监控和管理平台上，通过简单易用的图形用户界面，维护人员可以随时随地监控机房的任何一台机柜里面的网络设备，获取所需的实时和历史信息，进行高效的全局事件管理。智能管理系统为机房维护人员提供了先进的管理手段、实时的管理信息和丰富的历史记录，可以提高对机房系统人员、设备和综合管理的水平，实现科学管理，从而完成对计算机数据中心机房运行环境、电力状况、安全保障、消防灭火报警等自动监视控制处理的功能。智能机房的提出不但解决了机房智能监控的问题，还能够节省人力成本，避免人为疏忽导致机房故障。因此机房智能化将是未来机房的必然趋势。

2.2 “无人机房”管理趋势

KVM 是键盘（Keyboard）、显示器（Video）、鼠标（Mouse）缩写，通过恰当的键盘、鼠标和显示器的配置，实现系统和网络的高可管理性，提高管理人员的工作效率，提高机房安全级别，节约机房面积，降低网络服务器系统的总体拥有成本[10-11]。

操作人员与被管理设备物理隔离，一切管理操作在机房外完成，实现人机分离；管理手段与数据链路分离，管理链路与数据传输链路平行但不相交，真正杜绝因为管理而带给数据系统的安全隐患；不同管理权限逻辑隔离，用户登录管理系统后，只能操作自己管理权限范围内的设备。

2.3 绿色、环保、节能和低碳趋势

随着全球能源日趋紧张、能源成本不断上涨，数据中心机房正面临着降低能耗、提高资源利用率、节约成本的严峻挑战，构建节能型的绿色数据中心机房受到越来越多的数据中心管理人员和IT厂商的关注。

机房内有许多计算机设备及环境保障设备 （如冷却系统、UPS电源等），其用电成本将超过IT总预算的1/3。随着各系统技术的不断发展，越来越多的机房建设使用了节能设备和新的节能技术，如采用高效能的UPS电源系统、低能耗的机房专用空调系统和机房智能照明系统，降低了机房的能耗。另外，洁净、消防、灭火系统也使机房在使用中减少了对环境的危害。

数据中心的能耗，一方面是能源的利用效率低，另一方面是设备增长非常快。在低碳的潮流下，数据中心也采用新能源，如风能、太阳能等，来降低数据中心的碳消耗；还有的数据中心采用了风冷和水冷相结合飞冷却方案可大大降低冷却成本。

2.4 机房模块化趋势

为了方便计算设备的更新、扩展和升级，在机房建设时需适当考虑各系统为设备发展留有一定的冗余和预留，减少因机房改造而带来的系统停机时间。

数据中心的建设对建设成本、建设周期、低运行费用的要求越来越高，而模块化数据中心的概念正迎合了这种需求。模块化数据中心采用将大型数据中心分割成多个标准设计的模块。由于采用大量可以复制的标准设计模块，意味着可以按需逐步建设，并可以降低成本，在需求的时候又可以快速投入使用。通过模块数据中心的精心设计，并和需求进行定制化的匹配，可以得到更高效的方案。

模块化数据中心一个非常有竞争力的方向是集装箱数据中心[12]。

2.5 机房虚拟化趋势

近年来虚拟化技术在数据中心机房已经得到了广泛的应用，虚拟化提高了设备的利用率，降低了用户的投资成本和能耗。虚拟化技术已经从服务器扩展到了网络设备和存储设备。虚拟化技术发展的重点集中在如何提供必需的智能和弹性，从而提高虚拟数据中心的效率和灵活性。

2.6 云计算机房

云的智能性、高灵活性以及容量定制功能纳入机房监控模式。云计算的发展也对数据中心机房的建设提出了新的要求，更高效、更大、更低成本、更灵活等新型数据中心将不断出现。

3 结 论

提高数据中心机房的生产率、降低成本，同时满足企业的业务目标，建设绿色智能机房势在必行。通过对基础设施管理、安全管理、节能管理和智能监控与管理，寻求高效、节能和安全的机房。通过分析国内外机房管理，对机房发展趋势进行了分析，对指导我们机房的建设具有积极的意义。

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