基于模块化的数据中心基础设施建设分析

摘 要：通过对传统数据中心基础设施建设模式和模块化数据中心建设模式的分析对比，指出了模块化建设方式在应对弹性数据中心需求的优势所在，同时说明了数据中心基础设施子模块的构成和特点。

关键词：模块化；弹性数据中心；基础设施建设；方式分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.120

1 前言

数据中心机房的IT基础设施主要指机柜、不间断电源（UPS）、空调系统、强弱电配电系统以及动环监控系统和安保门禁系统等等部分组成。机柜用于安装和保护IT设备，为IT设备提供承载空间；UPS系统用于为IT设备提供稳定的电源保障，并在市电故障时为IT系统提供后备电源；空调系统为机房环境提供温湿度监控措施，为IT设备提供一个恒温恒湿的稳定运行环境；强弱电配电系统用于业务机柜的电源供应和网络连接，为机柜内服务器提供基础网络和供电线路；动力与环境监控系统为整个机房基础设施提供在线实时监控和远程告警功能，是管理员可以第一时间掌控机房运行情况的利器；安保门禁系统是数据中心机房科学管理的基础，同时也可以提供消防功能。

以传统的方法规划数据中心建设时，建设架构比较固定，需要充分考虑业务增长带来的IT设备增长，预留出足够的机柜空间，UPS和空调制冷容量，一次性的相关投入非常大。而且随着当今信息化高速发展，IT业务设备升级频率和扩容需求也爆发性增长，并且设备密度越来越高，发热加剧，传统的数据中心的这种建设模式体现出建设周期长、架构没有弹性和能源消耗比较粗放的弊端[1]。很容易导致前期投入的基础设施建设中预留部分由于不能完全适应新设备需要，造成金钱和时间的巨大浪费。因此，如何引入一个可扩展的弹性数据中心基础设计建设方案，使数据中心机房在高效部署的同时，还具有比较强的扩展性，成为数据中心机房设计的关键问题之一。

2 模块化数据中心介绍

从上述对传统数据中心建设的描述，我们可以看出，对应于当今IT基础建设迅速发展的需求，传统数据中心建设方式有以下缺点[1]：

（1）机房容量浪费；（2）机房高能耗；（3）建设交付周期长；（4）初始投资大；（5）生命周期成本高。

近年来，为了解决以上缺点，业内各个IT基础设施厂家均推出了模块化数据中心系统的建设方案[2][3]。模块化数据中心系统，是以机柜为载体和基础单元，包含供配电模块、制冷模块、网络、布线、消防等硬件单元和智能管理单元，具有标准化管路、电路、管理接口的智能化、预制化、一体化产品。在数据中心建设时，可以分期采购和按需快速扩容，满足使用方大规模快速部署IT设备的需要，并且大大提高机房负载率，降低单位能耗。

3 模块化设计内容

模块化数据中心的设计内容主要包括封闭通道机柜设计、模块化UPS和供配电模块设计、环境温湿度模块设计、动力环境监控模块设计和消防模块设计[4]。

（1）封闭通道机柜模块。封闭通道式设计分为封闭冷通道和封闭热通道，常用的是分别封闭冷通道设计。其中包括一体式机柜、通道门、可翻转天窗、走线槽等等系统基础部件。随着IT设备的性能和容量大幅度提升，单位密度的制冷需求也大幅度增加，机房内热源分布越发不均匀，热传导梯度也大幅度增加，以往将IT设备和机房所有空间一起进行制冷和温湿度控制的环境控制方法效率大大下降。封闭通道的机柜设计可以将制冷区域限制在机柜内部，减少数据机房系统的无谓制冷需求，提高整体制冷效率。

（2）UPS和供配电模块。模块化的UPS和供配电模块用以代替传统的塔式UPS和分离式配电柜。模块化的UPS和供配电模块安装于封闭式通道内部，并具有在线热插拔、扩充和更换功能。在线插拔式的UPS功率模块可以让UPS系统按照实际IT设备和业务的增长按需扩展，并非常容易做到N+1甚至N+n模式的冗余配备，这样的设计使系统具有非常好的扩展性和可维护性。同时供配电系统也预先集成到机柜内部，并且大部分集成工作可以在出厂前完成，提高机房空间使用率的同时，大大降低了现场施工难度，从而从整体上大大提高了IT业务的部署速度和效率。

（3）环境温湿度控制模块。环境温湿度控制模块主要是由指精密空调系统，模块式精密空调系统可以使用柜间行级精密空调或者下送风精密空调，由于行级精密空调具有送风量大，不受限于风道及开孔地板，紧靠热源制冷，满足高密度部署等特点，因此在模块化机房建设和扩展中较为受欢迎。

（4）动力环境监控和消防模块设计。模块化的动力环境监控系统一般与消防系统统一在出厂前就集成到封闭通道机柜中，所有供配电监控、温湿度监控、门禁监控、视频监控和消防监控功能部件均以整体定制的方式安装完毕。当有烟火报警时，监控系统自动打开封闭通道天窗，配合外部的七氟丙烷无管网气体消防柜，完成快速消防反应。

4 方案优势

模块化数据中心克服了许多传统数据中心的缺点，根据华为公司2016年针对模块化数据中心建设方案的介绍和分析，模块化方案有以下优势：（1）整体系统采用标准化接口方式组成：由于利用了工厂预制标准化的接口，工程界面清晰，建设简单，实现快速部署，极简交付；（2）系统的各个功能部分采用模块化设计：利用模块化标准化组件，设计统一，按需增减，即插即用，在线更换，易维护；（3）整个数据中心系统架构框架化：机柜、供配电、环境控制、监控等系统都集成于模块内；部件工厂预制，现场安装简单，整个数据中心机房建设可以分期部署、按需扩容，提高机房负载率，降低整体能耗。

5 总结

模块化数据中心是新兴的数据中心建设理念，具有建设快速、易复制、部署高效等特点[4]，配合当今高融合数据中心的基础架构和云计算数据中心架构，可以实现数据中心机房基础设施和IT设备的高效模块化部署和扩充，将大大有利于IT业务的快速发展，成为未来超融合数据中心基础建设的首选方案。

参考文献：

[1]陈剑.浅谈传统数据中心与模块化数据中心[J].智能建筑与城市信息，2015（11）.

[2]华为IDS2000模块化数据中心Datasheet http：//e.huawei.com/cn/marketing-material/onLineView？MaterialID={DCD8A1E7-6011-48EB-95AA-9376579D0A78}[DB/OL].

[3]浪潮模块化数据中心介绍http：//www.inspur.com/lcjtww/443012/444624/754600/754603/766715/index.html[DB/OL].

[4]郭亮.模块化数据中心发展浅析[J]，现代电信科技，2014（11）.

[5]胡燕.关于模块化数据中心发展的思考[J].电信科学，2014（05）.

作者介绍：夏凌云（1980-），男，四川泸州人，硕士研究生，工程师，主要研究互联网技术、计算机软硬件技术和物联网技术。