摘要：依據數據中心業務系統在功能類型、建設規模、服務對象、服務質量及重要性等級方面的綜合考量,數據中心的規模、配置也有很大的不同。為了最大限度地構建與業務系統相匹配的數據中心,國際與國內的相關標準都對數據中心基礎設施的配置提出了相應的分級要求。

依據數據中心業務系統在功能類型、建設規模、服務對象、服務質量及重要性等級方面的綜合考量,數據中心的規模、配置也有很大的不同。為了最大限度地構建與業務系統相匹配的數據中心,國際與國內的相關標準都對數據中心基礎設施的配置提出了相應的分級要求。

1 數據中心基礎設施的相關標準與分級概述

目前國內外與數據中心有關的工程建設標準主要有《電子信息系統機房設計規范》(GB50174-2008)、《電信專用房屋設計規范》(YD/T5003)、《美國通信工業協會(TIA)發布的《ANSI/TIA-942,Telecommunications Infrastructure Standard for DataCenters(數據中心的通信基礎設施標準)》,它們是數據中心建設定位、功能指標、設計技術、施工工藝、驗收標準等的具體技術要求與體現。其中TIA-942是國際上第一部較為全面地以數據中心為對象的技術規范標準,它為現代的機房工程建設提出了新的設計理念、系統構架與技術指標,并給出了許多技術與系統的工程建議與指導。

在國內標準GB50174-2008中,主要從機房選址、建筑結構、機房環境、安全管理及對供電電源質量要求等方面對機房進行分級,分為A(容錯型)、B(冗余型)、C(基本型)三個級別。

TIA-942中主要是根據數據中心基礎設施的“可用性(Availability)”、“穩定性(Stability)”和“安全性(Security)”分為四個等級:Tier I、Tier II、Tier III、Tier IV。其中這四個等級可用性的劃分是源于美國標準The Uptime Institute的《采用分類等級的方式定義場地基礎設施性能的工業標準》,在該標準中,依據工程需求與實踐,提出了場地基礎設施的分類等級的體系框架,針對數據中心的關鍵設備期望達到“五個九”即99.999%的系統應用可用性的需求,提出了要與之相匹配的機房場地基礎設施(電源配電、暖通空調以及其他的相關系統)的可用性等級指標。

2 數據中心各等級的技術特征

(1)GB50174的機房分級

國家標準GB50174-2008規定,國家電子信息系統機房應劃分為A、B、C三級。設計時應根據機房的使用性質、管理要求及其在經濟和社會中的重要性確定所屬級別。

①A級符合下列情況之一的電子信息系統機房應為A級:

*電子信息系統運行中斷將造成重大的經濟損失;

*電子信息系統運行中斷將造成公共場所秩序嚴重混亂。

②B級符合下列情況之一的電子信息系統機房應為B級:

*電子信息系統運行中斷將造成較大的經濟損失;

*電子信息系統運行中斷將造成公共場所秩序混亂。

③C級不屬于A級或B級的電子信息系統機房為C級。

GB50174標準中與后備電源相關的技術要求如表1所示。

　　(2)TIA或The Uptime Institute標準的數據中心分級

根據TIA或The Uptime Institute,數據中心機房可分為四級:由“等級Tier I”(沒有冗余部件組成的系統)到“等級Tier IV”(有冗錯部件和可實現不間斷維修的系統)。下面就每個等級的特性描述,及其在數據中心中的設備類型、配置要求和技術特性等內容進行逐一介紹。

①等級Tier I——基礎設施基本配置

“等級Tier I”的數據中心對有計劃或無計劃的運營中斷反應敏感,該類數據中心通常配有計算機系統、電力分配系統和冷卻系統,可能還包含有活動地板等設施,同時配置有一組UPS或者一臺發電機組。

該等級數據中心中的關鍵負荷可以達到設計值的100%容量,如果已配置有UPS或者發電機組,它們均是由單個模塊組成的系統,并且存在著可能的單故障點。

該等級數據中心可以根據需要,通過停止設備運行來進行預防性維護和檢修工作,而在緊急狀態下則可能需要停止設備運行來進行現場檢修。數據中心內任何設備故障、操作錯誤以及異常情況都將引起數據中心的運營中斷。

該等級數據中心是由單路電力和冷卻輸配鏈路組成的系統,沒有系統冗余部件和備份能力。

②等級Tier II——基礎設施部件冗余

“等級Tier II”數據中心采用了設備冗余部件,要比“等級Tier I”數據中心的備份能力強。

該等級數據中心內裝有高架活動地板、UPS或發電機組,動力系統設計為N+1模式,采用單一的分配鏈路環節。關鍵負荷可以達到設計值的100%容量。

該等級數據中心可以根據需要,通過備份設備順序獨立運行,完成預防性維護和檢修工作,而在緊急狀態下則可能需要停止設備運行來進行現場檢修。

該等級數據中心是由單路電力和冷卻輸配鏈路組成的系統,并在該鏈路中配置有冗余的系統部件和功能。

③等級Tier III——基礎設施鏈路冗余

“等級Tier III”數據中心內的基礎設施具有鏈路冗余能力,當某一鏈路環節出現故障時,系統會自動切換到備份鏈路,保證數據中心運行的連續性。

該等級數據中心的電力和空調系統設置有多個鏈路,其中至少有一個鏈路配置了N+1冗余部件,任何一個鏈路上的設計負荷量不超過總負荷量的90%。

該等級數據中心可以根據需要,選擇某一鏈路投入運行,同時對另一鏈路進行維護或維修,而不會影響數據中心的正常運行。

該等級數據中心具有冗余能力的鏈路通常具有故障容錯能力,如該鏈路出現故障,系統自動切換到另一鏈路繼續運行。

④等級Tier IV——基礎設施系統容錯

“等級Tier IV”數據中心內的基礎設施具有容錯能力,當某一部分環節出現故障時,系統會自動切換到備份環節,保證數據中心運行的連續性。

該等級數據中心的電力和空調系統設置有多個鏈路,每個鏈路配置了N+1冗余部件,在一個鏈路上的設計負荷量不超過總負荷量的90%。

該等級數據中心中的全部計算機硬件設備需要具有故障容錯的雙電源輸入功能,確保系統雙鏈路配置功能。

該等級數據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,并且具有故障容錯能力。

國際行業標準ANSI&TIA-942關于數據中心分級的一些主要技術指標如表2所示。

　　3 TIA或Uptime分級與GB50174-2008分級的關系

單從UPS后備電源的配置看,GB50174-2008與TIA-942或Uptime標準的分級對應關系如表3所示。

　　4 數據中心供電系統的分級配置

(1)TierⅠ或C級數據中心的配置

TierⅠ或C級數據中心的供電系統配置如圖1所示,具有單一的供電路徑。盡管可能有N臺UPS或者N臺發電機并聯運行,但是在這些系統上的關鍵負荷的容量能達到單機容量N倍的100%。

從系統架構看,系統有多個單一的故障點。無計劃的供電線路故障與和有計劃設備維護都可能導致系統供電的中斷,如年度預防性檢修和修理、緊急狀態下的頻繁地關閉設施或基礎設施組成器件的故障、操作錯誤,都將引起數據中心運營的中斷。

(2)TierⅡ或B級數據中心的配置

TierⅡ或B級數據中心的供電系統配置如圖2所示,與TierⅠ或C級一樣,仍然具有單一的供電路徑。但是在UPS和發電機設備的配置上,實現了N+1的冗余配置。

從系統架構看,系統仍然有多個單一的故障點。但無計劃的UPS設備故障或有計劃的UPS設備維護,基本不會導致系統供電的中斷。相比TierI或C級,增加了系統的可用性。

(3)TierⅢ或A級數據中心的配置

Tier Ⅲ或A級數據中心的供電系統配置如圖3所示,與TierⅠ、TierⅡ或C、B級不同的是,具有兩條互為備份的供電路徑,平時一條工作一條備份。

對于動力系統中的所有開關、線路或柜體,所有計劃性的部件與路徑的相關操作與維護活動不會影響數據中心負載的正常運行。所以,TierⅢ或A級數據中心實現的是可同時維護的數據中心。

Tier Ⅲ或A級數據中心的無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電機作為后備。

相比于TierⅡ或B級、TierⅠ或C級,從系統架構看,已經沒有單一的故障點,但是對于無計劃的活動,例如設備基礎設施的零部件,在運行中或者自然的情況下發生故障,或者在維護時出現市電突發中斷等情況,還是會引起數據中心的運行中斷。

(4)Tier Ⅳ或A級數據中心的配置

Tier Ⅳ或A級數據中心的供電系統架構及設備配置如圖4所示,TierⅣ或A級數據中心負載具有兩條互為熱備的供電路徑,平時每條路徑各承擔50%的負載;在一條路徑故障或計劃維護時,全部負載切換到另一路,所以所有路徑中的設備容量都具備全額支持數據中心負載的能力。

在TierⅢ或A級的基礎上,TierⅣ或A級的數據中心不僅具有能夠進行任何有計劃的維護活動不會對關鍵的負荷造成中斷的能力,而且一次無計劃的故障、運行錯誤或者誤操作事件也將不影響關鍵的負荷。TierⅣ或A級數據中心也要求全部計算機硬件具有雙電源輸入。所以相比TierⅢ或A級,TierⅣ或A級數據中心的供電系統實現了從可并行維護到冗余容錯的保障等級飛躍。

TierⅣ或A級數據中心動力鏈路中的UPS容量可以配置成2N,也可配置成2(N+1)在一個系統上涉及的關鍵的負荷不應超過總負荷量的90%。

5 結束語

國內外標準GB50174-2008和TIA-942對數據中心基礎設施的配置提出了相應的分組要求。在數據中心設計時,應根據機房的使用性質、管理要求及其在社會和經濟中的重要性來確定其所屬等級,并按標準要求對基礎設施(本文僅涉及供電系統)進行配置。