服务器机房电磁特性分析及防护

毕爱红 董奎义

【 摘 要 】 随着电子设备数字化、集成化程度的提高，服务器机房的电磁安全性问题日益凸显。论文从电磁辐射的危害和服务器机房电磁辐射的特点入手，分析了服务器机房在建设阶段和应用阶段的主要防护措施，为服务器机房在电磁安全性方面的建设和安全应用提供理论支持。

【 关键词 】 服务器机房；电磁辐射；电磁防护

【 中图分类号 】 O441.4

【 文献标识码 】 A

【 Abstract 】 The server room electromagnetic security is becoming more and more importance with the improvement of digitization and integration degree in electron equipment. In this paper， The shielding properties in construct stages and appliance stages are analyzed start with electromagnetic radiation hazards and electromagnetic propertiesof server room， and provide theoretical support for the sever room in safety construction and safety application.

【 Keywords 】 server room；electromagnetic radiation；electromagnetic shielding

1 引言

服务器机房内部运行着大量的服务器、交换机、接收机、存储设备、网络设备以及打印设备等电子产品，是网络系统和信息传输的核心，是信息汇聚的中心。电子设备构造特殊，工作方式特殊，只要处于工作状态，就不可避免地向外辐射频谱成分丰富的电磁波，这些频谱丰富的电磁波不但对人、机、环境，而且对信息安全带来了大量的负面效应[1，2]。例如电磁干扰带来的设备工作紊乱、电磁泄漏带来的信息安全威胁以及电磁污染对人体健康的危害等。

随着服务器机房的扩建、电子产品的大量涌入，防止和降低电磁辐射带来的负面效应，已经成为当前迫切需要解决的问题。

2 电磁辐射的危害

根据电磁理论，电子设备在工作过程中模拟和数字信号处理时电流频率的变化将产生电磁辐射[3-5]，电磁辐射超过一定的值就会对设备的运行安全、人员的人身安全以及信息安全构成重大威胁。

2.1 电磁干扰

电磁干扰影响的是敏感设备的物理安全，可引起系统或设备物理性能的下降”。电磁辐射对敏感设备的影响是相对，当辐射量衰减到一定程度后就不再影响敏感设备[5]。当电磁辐射能量超过一定值后，其对计算机等敏感设备的危害主要有[6，7] 主器件的损坏、数据存储设备损坏及数据丢失、误操作或运算错误、程序紊乱、显示画面不稳定、主机死机等。

更严重的是，当敏感设备遭遇强电磁辐射时，严重情况下可以将整台设备烧毁，并严重威胁机房内的其它设备的安全。目前，越是数字化、信息化程度高的基础设备越容易受到攻击[8]。

2.2 电磁泄漏

电磁泄漏是电子设备在工作过程中，电磁能量被有意截收而造成的信息失泄密现象[5，6，9]。电磁泄漏关注电磁辐射中的信息相关部分，导致的结果是源设备信息的外泄和窃收设备信息的获取[5]。

文献报道[9]：“电子设备只要处于工作状态，都存在一定程度的辐射泄漏（主要是通过机房的孔洞、缝隙等直接辐射出去）和传导泄漏（主要是通过各种线路、金属管道等传导出去），同时，由于两种泄漏方式间存在“能量交换”现象，从而减慢了电磁能量的衰减速度，也就增加了其在空间的传播距离”。窃收者运用窃收装备可以截获电磁信号，再利用信息还原技术还原信息，随着窃收技术的发展，越来越微弱的电磁信号可被接收处理，如果电磁能量携带密级信息，就对信息安全构成了极大威胁。

2.3 电磁污染

当电磁辐射超过一定强度后，会通过生物组织的反射、吸收和穿透作用，对生物体产生诸多负面效应，并诱发一些慢性疾病，这种现象就称为电磁污染[6，10]。电磁辐射对生物体的影响主要两种：热效应和非热效应[11]。热效应首先引起的是生物体内水分子的不停转向，继而导致生物体升温，最终导致体内器官的非正常工作；非热效应干扰的是生物体固有的微弱电磁场，最后导致生物体神经系统紊乱，甚至是遗传基因突变。鉴于电磁污染的诸多危害，早在1969年，联合国就把电磁辐射列为“主要污染物”之一[4]。

3 服务器机房的电磁辐射特性

服务器机房部署了大量的服务器、交换机、强电设备、电力电缆、网线及各种机柜等。

交换机本身不具备辐射特性；服务器是集稳定性高、运算速度快、容量大为一体的大型计算机，所以也具备普通计算机的电磁辐射特性。强电设备、电力电缆也具有较强的电磁辐射。

根据麦克斯韦电磁场理论“所有交变电磁场都会向空间辐射电磁波，所有载有交变电磁信号的导体都可作为发射天线”。计算机是基于高速脉冲数字电路工作原理工作的，工作状态下必定会向空间辐射大量电磁波[2，9，12]。

窄带信号辐射是计算机电磁辐射的主要特点，其中辐射最强的频带范围集中在20-500Hz，并且单个频点通常只包含一定量的视频信息，所以辐射较为严重的是计算机的视频信息。

随着科技的进步，显示器的分辨率不断提升，导致其辐射也不断增强，所以视频信息被接收还原的概率也越来越大[2，13]。

计算机电磁辐射可多种分类方式。

按照信息种类[13]，包括视频、键盘输入、光盘读写等信息。

按照辐射方式[13]，包括一次辐射和二次辐射，且二次辐射的强度可能超过一次辐射的强度。

按照辐射部件[13，14]，包括处理器、显示器、通信线路、转换和输出部件等的辐射。

按照信号传输方式[7，9]，包括串行和并行数据，且串行数据的威胁最大，机房内常见的显示器、键盘、通信线、电源线、打（复）印机、电话机和传真机等都是能产生串行信号的部件，越是常见的部件越容易被忽视，失泄密的可能性就越大。

4 服务器机房的电磁防护

综上所述，服务器机房内存在的电磁辐射无时无刻不在影响着设备的安全、信息的安全以及人身的安全。因此，做好服务器机房的安全防护是确保人、机、环境和各类信息安全稳定的前提。

4.1 建设阶段的电磁防护

在建设阶段最应该考虑的就是机房的屏蔽、接地和滤波。

（1） 屏蔽

电磁屏蔽是消弱电磁能量传播的手段之一。好的电磁屏蔽不但可以防止内部电磁能量的外流，还可以避免外部电磁辐射的侵入[2，15]。在建设阶段，主要是选择屏蔽材料和设计屏蔽结构。高导电率金属材料如铜、铅、铝、铁等是屏蔽材料的首要选择，密级高的场所通常选择玻莫合金、磁钢等高端材料。

屏蔽结构的设计通常是基于“法拉弟笼”原理[2，15，16]，把服务器机房的六个面（铝合金吊顶天花、防静电地板和机房四壁）在空间上形成一个封闭层，这一屏蔽层可以消弱电磁波在空中的传播。

（2） 接地

接地是避免外界电磁干扰和设备间相互干扰、提高敏感设备工作可靠性的必要措施[17]。

机房建设阶段的接地主要包括两部分。

一是屏蔽层接地[15，16]，主要做法为墙面四壁屏蔽网以焊接方式连接，确保等电位；在屏蔽网上间隔一定距离通过焊接引接接地线，确保成功接地；同时，吊顶骨架和地板支撑架也要连续接地。

二是电子设备接地。主要是做好电子设备的金属底座、机架等与大地的连接[17]。此外，为确保设备的正常运行并防止雷电入侵，屏蔽层接地、防雷接地以及电子设备接地应相互独立[18]。

（3）滤波

滤波是抑制电子设备传导干扰的基本措施之一。为了使服务器机房发挥最好的效能，所有进入机房的电源线应加装电源滤波器，进出机房的网线应采用光缆（无金属加强芯）或屏蔽网线[17，18]。

4.2 应用阶段的电磁防护

应用阶段的电磁防护主要是针对于建设阶段电磁防护的补充。构成电磁干扰和电磁污染的三要素为辐射源、传输路径和敏感设备，对于电磁泄漏而言，由于窃收设备的不可控性，构成电磁泄漏的要素主要是辐射源和传输路径。所以在应用阶段的防护主要从抑制源的能量、切断消弱传输路径和提高设备抗电磁干扰的能力三个方面进行阐述。

（1） 抑制源的能量

首先，在电子设备结构设计时进行有效的、主动的电磁屏蔽，即使用低辐射电子设备[17]。其次，为了降低一些高辐射设备的辐射量，使其更符合标准要求，可以考虑对辐射源进行整体屏蔽[5，19]。

控制电磁泄漏源的方法主要有四种[2，5，19]：一是进行信息加密；二是选择适当的信号编码方式；三是抑制自然天线的发射；四是采用干扰技术，混淆计算机辐射出来的电磁波，防止窃收设备的接收还原。

（2） 切断消弱传输路径

由于辐射源和敏感设备的客观存在，控制电磁辐射传输路径也是一种有效方法[20]。

产生电磁辐射主要有两种途径：传导和辐射耦合[19，21]。

针对传导耦合，为减小传输阻抗和线缆间的交叉耦合，可以对连接设备的线缆加装滤波器；针对辐射耦合，为减弱电磁能量，可以在辐射源和敏感设备间设置屏蔽体，以切断或消弱其传输路径。

（3）提高抗电磁干扰能力

在前期所述的抑制源的能量和切断消弱耦合路径等手段的综合应用下，还可以通过对敏感设备进行单独的电磁屏蔽，以提高其抗电磁干扰能力。首先，结构设计之初对敏感设备进行电磁屏蔽；其次，在应用时使用屏蔽体对敏感设备进行被动屏蔽[2]；最后，进出敏感设备的各种线缆应采用屏蔽线缆或装入金属线槽[22]。

5 结束语

目前，精密电子设备对电磁安全性的要求越来越高，在进行服务器机房建设和使用时应综合考虑多方面因素，如低辐射电子设备的引进、新型屏蔽材料的选用、屏蔽结构优化设计、线路的滤波处理、网线的选择、光纤的使用、屏蔽技术的研究开发等，以期通过多种途径的综合运用，有效消弱各种可能存在的电磁辐射，防止和降低电磁辐射带来的负面效应，提高人员工作的舒适性、设备的安全性和信息的安全性。

参考文献

[1] 刘霁宇.浅析通信机房的电磁屏蔽[J].黑龙江科技信息，2009（26）：63.

[2] 单国栋，戴英侠，王航.计算机电磁信息泄露与防护研究[J].电子技术应用，2002（4）：6-8.

[3] 李雅轩，袁秀英，刘南平.电磁辐射对人体的伤害及预防[J].工业安全与环保，2003（9）：22-24.

[4] 赵小亮.建筑用电磁波吸收材料优化设计与制备[D].海南大学，2010.

[5] 王利涛，郁滨.信息技术设备电磁泄漏建模与防护[J].计算机工程与设计，2013（1）：49-53.

[6] 徐顺法.屏蔽，机房建设的重要一环[J].华南金融电脑，2002（8）：43-44.

[7] 刘利，徐嘉锋.军用计算机机房的电磁防护技术[J].安全与电磁兼容，2007（5）：69-70.

[8] 张坤.军用电磁屏蔽方舱电磁屏蔽效能测试研究[D].西安电子科技大学，2011.

[9] 秦焱.计算机电磁信息泄漏与防护分析[J].无线互联科技，2011（2）：34-36.

[10] 洪露露.电磁屏蔽涂布纸的研制[D].东北林业大学，2010.

[11] 张志华.变形与热处理对AZ系镁合金电磁屏蔽性能的影响[D].重庆大学，2013.

[12] 张秀芝.高性能水泥基电磁波吸收材料制备、机理及功能研究[D].东南大学，2010.

[13] 张云龙，卢春兰，曹宜森.军用计算机电磁信息安全与防护[J].装备环境工程，2008（1）：69-72.

[14] 汪桃生.纳米石墨基导电复合涂料的制备及其电磁屏蔽性能的研究[D].华侨大学，2006.

[15] 姚军光.数字化校园网络中心机房的规划与建设[J].青岛远洋船员职业学院学报，2012（2）：68-71.

[16] 戴建华.网络中心机房建设的若干关键问题研究[J].中小企业管理与科技，2011（16）：245-246.

[17] 段玉康.方舱电磁屏蔽技术研究[D].电子科技大学，2009.

[18] 王晓杭.发射电台网络机房建设探讨[J].信息通信，2013（7）：276-277.

[19] 王为群.计算机网络的安全防范策略[J].安徽科技，2004（11）：45-46.

[20] 聂宝林.电子设备电磁屏蔽特性分析与设计方法研究[D].电子科技大学，2013.

[21] 秦宗伟.基于Maxwell方程形式不变性原理的电磁因素屏蔽结构设计研究[J].浙江大学，2014.

[22] 王百朋，李彩莲，张朝临.计算机机房的电磁屏蔽[J].陕西气象，2008（1）：54-55.

作者简介：

毕爱红（1980-），女，汉族，山东潍坊人，毕业于海军工程大学，博士研究生，工程师；主要研究方向和关注领域：信息安全。

董奎义（1980-），男，汉族，山东海阳人，毕业于海军航空工程学院，博士研究生，助理研究员；主要研究方向和关注领域：信息作战研究。