【文章內(nèi)容簡介】 l 發(fā)電 如果市電斷電持續(xù)時間很長，僅使用 UPS 標(biāo)準(zhǔn)配置電池是不夠的。所以，大部分數(shù)據(jù)中心都采用了現(xiàn)場后備發(fā)電的方法。這些發(fā)電系統(tǒng)以柴油、天然氣或其它碳氫化合物燃料為動力，可以為現(xiàn)場提供長時間的高質(zhì)量電源。如遇超長時間市電斷電，發(fā)電機燃料的及時供應(yīng)或大型存儲容器要有足夠的容量可以維持關(guān)鍵系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。同樣，當(dāng)系統(tǒng)的可用性要求很高時，也必須是發(fā)電機冗余備份。 加熱和冷卻子系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供基本的環(huán)境條件 。由于在大部分情況下計算機設(shè)備產(chǎn)生的熱量非常大，所以必須認真考慮散熱問題。尤其是大量采用占地面積小的高密度服務(wù)器，使數(shù)據(jù)中心的電源功率密度快速增加，有可能形成很多熱量難以散發(fā)的“熱點”，散熱方式、氣流方向及路徑，在規(guī)劃未來電源功率密度水平和數(shù)據(jù)中心發(fā)展時必須要考慮周全。當(dāng)然，冷卻過程會伴隨這時度升高，故需增加除濕手段。 在寒冷的冬季，機房需要升溫，升溫時往往伴隨著干燥，因此，需要增加加濕措施。不論是加濕還是除濕，必須掌握好尺度，否則就會導(dǎo)致機器故障。 很多數(shù)據(jù)中心的溫度在冷卻功能失效后，會立即超過設(shè) 備的工作溫度限制。因此，經(jīng)常需要用系統(tǒng)冗余來避免宕機。一般精密空調(diào) (HVAC)系統(tǒng)通常連接到發(fā)電機備份電源上，以最大限度地減少由于電源故障導(dǎo)致的宕機時間。 對于任何安裝了關(guān)鍵系統(tǒng)的機房而言，必須解決安全問題。對現(xiàn)場的訪問僅限于擁有通行證，和經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)、能夠正確使用相關(guān)設(shè)備的人員。否則就可能導(dǎo)致意想不到的故障。現(xiàn)場安全性經(jīng)常同時包括武裝警衛(wèi)、入侵預(yù)防、視頻監(jiān)控和先進的身份識別技術(shù)。 目前大部分機房都在使用高架地板。高架地板是一種特殊地板，有 防靜電和普通型之分，它將設(shè)備支撐在樓板以上 1248 英寸的位置。這樣就可以很方便地在設(shè)備下面布置數(shù)據(jù)和電源電纜。高架地板還經(jīng)常用于風(fēng)冷通道，為數(shù)據(jù)中心的特定點提供冷氣。高架地板的類型、質(zhì)量和開孔位置及大小也需細心考慮。 現(xiàn)場監(jiān)控類似于汽車上的儀表板。對其中主要參數(shù)的及時了解有助于進行預(yù)測性維護，這種監(jiān)視必須持是續(xù)檢的。監(jiān)控既可以在本地進行、也可以遠程進行。這樣一來，從任何地點都能夠?qū)?shù)據(jù)中心進行監(jiān)視，了如指掌。 緊急斷電系統(tǒng)也是數(shù)據(jù)中心的一個子系統(tǒng)，但是每個人都 希望永遠不要將其派上用場。但在緊急情況出現(xiàn)時，為了擴大大事故范圍，就使系統(tǒng)全面停止工作，并禁用數(shù)據(jù)中心的所有其它電源系統(tǒng)。比如在發(fā)生火災(zāi)或自然災(zāi)害時，該系統(tǒng)允許救援人員進入房間而不必擔(dān)心電氣安全。 在進行基建時，必須了解有關(guān)消防的規(guī)定，并遵照執(zhí)行。由于進出數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)和電源電纜非常多，因此防火是一個很重要的問題，但就是這一問題卻經(jīng)常被忽視。除防火系統(tǒng)外，數(shù)據(jù)中心還配備了滅火系統(tǒng)。滅火系統(tǒng)不僅需要與數(shù)據(jù)中心相集成，而且傳感器也必須非常精確。這樣才能夠避免消防系統(tǒng)的意外啟動。 理界面的設(shè)計 機房和機器的物理界面包括通風(fēng)口、換氣口、電纜穿過口等等，往往由于人們對這些接口考慮不周，而導(dǎo)致因老鼠鉆入高架地板下而咬壞電纜，因爬蟲或飛蟲侵入機內(nèi)而導(dǎo)致短路的時間屢見不鮮。 在要求高可靠的計算機機房雙路市電供電，如何更有效的利用市電和二次交流電源 (UPS)一直存在著兩種觀點：一種觀點認為兩路市電同時接在 UPS 上 (一路接整流器，一路接旁路 )。另一種觀點認為兩路市電應(yīng)在輸入配電柜中轉(zhuǎn)換成一路市電提供給 UPS。這兩種觀點設(shè)計方案都在使用，但其可用性就有很大的不同 ，在設(shè)計機房時也需認真比較其優(yōu)缺點，做出正確的決定。 三、可用性的應(yīng)用 (1) 可用性基本理論根據(jù) 可用性的基本理論主要來自可靠性的串聯(lián)與并聯(lián)理論，在以后的討論與設(shè)計中也是以此為根據(jù)進行的。 j 狀態(tài)平衡法 為了便于分析起見，在這里采用了一種狀態(tài)平衡法，這種方法是選取一個系統(tǒng)，將它拆分為幾個組件集合，然后為每個組件集合指定不同的狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)，這些狀態(tài)可能影響或不影響系統(tǒng)的可用性。在圖 7 中，假定系統(tǒng)有某些類型的性能狀態(tài)，它可能是電力，冷空氣或者信息，所有這些都是可變的。 圖 7 狀態(tài)平衡圖 對圖 7 做一個這樣的規(guī)定：任何使標(biāo)準(zhǔn)位置碼移位的子系統(tǒng)狀態(tài)都視為故障狀態(tài)。在這里的子系統(tǒng)使可維修的，維修好了的子系統(tǒng)又可使標(biāo)準(zhǔn)位置碼復(fù)位。在圖中狀態(tài)平衡條件下，左邊子系統(tǒng)的狀態(tài)稱為正常運行狀態(tài)，右邊標(biāo)準(zhǔn)位置碼的狀態(tài)稱平衡狀態(tài)。上圖實際上可以代表任何系統(tǒng)。它可以描述一 個組件，例如電阻器或電容器，也可以描述整個的系統(tǒng)，例如一輛小汽車或者飛機。在該圖中，a?1 是故障率 (即故障強度、失效率 )，它確定系統(tǒng)從可用狀態(tài)變?yōu)椴豢捎脿顟B(tài)的比率。如果系統(tǒng)可維修，則有一個返回路徑 (m1)。該路徑?jīng)Q定系統(tǒng)的修復(fù)速度，并使系統(tǒng)返回平衡狀態(tài)。 維修時的狀態(tài)還可以用文氏圖圖 8 來表示。在文氏圖中，用長方形代表全系統(tǒng)，用圓代表特定的子系統(tǒng)?？疾炜捎眯詴r，全集可以代表整個時間區(qū)間。具體的事件可能導(dǎo)致該時間區(qū)間內(nèi)的某些時間段內(nèi)不可用。這些事件之外的時間段就是可用時間段。圖 8 說明了上述系統(tǒng)的文氏圖。圖 中 A 代表系統(tǒng)可用，ā代表系統(tǒng)不可用 圖 8 可用性文氏圖 系統(tǒng)就是整個時間區(qū)間。該系統(tǒng)的可用性 A 可以根據(jù)式 (29) 如果 a(故障率 )是 ， m(修復(fù)率 )是 ，由上式求得可用性近似值是 或 95%。由于通常 m 遠遠大于 a，在更復(fù)雜的推導(dǎo)中 a 的范圍可以給出絕對或近似結(jié)果 。直觀地說，這一結(jié)果是基于這樣一個事實，即系統(tǒng)應(yīng)很少發(fā)生故障，而且出現(xiàn)故障后應(yīng)能相對迅速地得到修復(fù)。例如家庭的電視機可能一年只出現(xiàn)一次故障，即 a=1/365，而修理電視機可能只需要一天即可 (按照這個說法可以認為一年可修 365 臺這樣的電視機 )，因此 m 在數(shù)值上是 a 的 365 倍。 k 串聯(lián)系統(tǒng)的可用性 子系統(tǒng)串聯(lián)的系統(tǒng)如圖 9 所示，此例給了一個串聯(lián)連接 2 個子系統(tǒng)的模型。由前面 圖 9 兩個子系統(tǒng)串聯(lián)情況的方框圖 的討論可知，在一個串聯(lián)系統(tǒng)中的任何環(huán)節(jié)除故障都會使輸入端的信息無法傳遞到輸出端。換言之，都會使電路失去平衡。圖 10 就示出了 2(子 1，子 2)串聯(lián)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)圖。由圖中可以看出，用兩條線代表兩個子系統(tǒng)，共同支持一個重物，其重心在二者之間的 a 點，與“標(biāo)碼”形成平衡系統(tǒng)。如圖 10 (a)所示。在任何一個子系統(tǒng)故障 (斷開 ) 圖 10 兩個子系統(tǒng)串聯(lián)情況的方框圖 時，都會造成串聯(lián)系統(tǒng)重心 a 的偏移，如圖 10(b)、 (c)所示。圖中 a m1和 a m2 分別為子系統(tǒng) 1 和子系統(tǒng) 2 的失效率 (故障強度 )和維修率。由上面的討論可以看出，使用串聯(lián)方法連接子系統(tǒng)時，任何一個故障都會導(dǎo)致輸出中斷。但是，由于存在第一個子系統(tǒng)發(fā)生故障的時間段內(nèi)第二個子系統(tǒng)也存在產(chǎn)生故障的概率，所以宕機量不會正好翻一番。任何一個子系統(tǒng)故障，整個系統(tǒng) 已經(jīng)不可用，因此宕機時間的凈增加將小于每個子系統(tǒng)導(dǎo)致的宕機時間總和。兩個相互隔離的獨立子系統(tǒng)故障雖然很少有重疊，但也不是沒有。 根據(jù)在可靠性一節(jié)中的表達式就可得出上述兩個子系統(tǒng)構(gòu)成大系統(tǒng)的可用性： 仍使用前面的數(shù)字， ?a= ， ?= ，并且 a1=a2=a， m1=m2=m，就可以計算出可用性為 。因此，和上面單系統(tǒng)的可用性相比，另外增加一個串聯(lián)系統(tǒng)就會使整個大系統(tǒng)不可用時間增加一倍。 由上述的例子可以看出，串聯(lián)系統(tǒng)不能給出很高的可用性。 l 并聯(lián)系統(tǒng)的可用性 圖 11 示出了兩個子系統(tǒng)并聯(lián)冗余情況的方框圖。由這個圖中可以看出，在兩個并聯(lián)的子系統(tǒng)中，其中任何一個故障時，另外一個子系統(tǒng)仍能夠?qū)⑤斎氲男畔⑼ㄟ^它本身傳遞到輸出端。 圖 12 兩個子系統(tǒng)串聯(lián)冗余情況的狀態(tài)平衡圖 狀態(tài) 1：兩個子系統(tǒng)都工作，系統(tǒng)平衡，可用 。 狀態(tài) 2：子系統(tǒng) 1 發(fā)生故障 (斷開 )，子系統(tǒng) 2 正常，系統(tǒng)可用 。 狀態(tài) 3：子系統(tǒng) 2 發(fā)生故障 (斷開 )，子系統(tǒng) 1 正常，系統(tǒng)可用 。 狀態(tài) 4：兩個子系統(tǒng)都發(fā)生故障 (同時斷開 )，系統(tǒng)不可用。 也可以用所謂的文氏圖來進行分析，如圖 13 所示。并行系統(tǒng)的文氏圖會發(fā)生很大變化。從文氏圖中可以看出，增加冗余對可用性的影響非常大。只有當(dāng)子系統(tǒng) C 和 B 都發(fā)生故障時，系統(tǒng)才會宕機。這意味著， C 和 B 之間交叉的很小空間才是宕機時間。 圖 13 二子系統(tǒng)并行冗余系統(tǒng)文氏圖 因