校园网数据中心机房升级改造建设实践

【摘要】随着教育信息化的深化应用和服务器等网络设备的快速增加，传统数据中心机房在能源消耗、机房制冷、安全管理等各方面已经不能满足发展需要。分析了当前校园网数据中心机房存在的问题，就如何建设适应未来信息化发展的数据中心机房进行了研究，并据此进行了机房升级改造的实践，取得了较好的建设及应用效果。

【关键词】数据中心；机房建设；校园网

随着教育信息化的深化应用，大部分高校已经基本完成了依托于校园网的数字化校园建设，并部署了一定规模的各类教学及应用系统，取得了良好的应用效果。然而，随着院校中各种应用需求和校园网设备的不断增加，传统的校园网数据中心正面临着日益严峻的挑战，甚至已经无法满足现代数据中心高效、节能、敏捷、易维护的需求。

1.传统数据中心机房的局限性

传统数据中心机房往往存在着较大的局限性，具体表现在以下几个方面[1]：

（1）机房能耗高。随着用电设备的增加，设备运转的电力消耗和制冷运维等成本投入越来越高。据统计，我国数据中心机房电源的使用效率（PUE）的平均值在2.5以上，这意味着IT设备每消耗1kwh电，就有多达1.5kWh的电能被机房设施消耗掉[2]，数据中心已经成为新的电老虎。

（2）信息安全性较差。传统中心机房通常采用了数据集中存放方式，并且备份容灾措施也不够万寿，导致了较高的信息安全风险，严重威胁着数字化校园中各种数据的安全性和可靠性。

（3）中心机房条件简陋。传统机房由于设计过时，普遍存在局部过热的现象，容易导致服务器和其他网络设备出现故障，影响网络运行的稳定性。

（4）维护管理水平较低。数据中心存在着大量的服务器、网络设备和各种应用系统，并且仍在不断增加，层次化和分期建设等原因更是增加了维护工作的复杂性。

（5）机房设计缺乏灵活性。由于机房建设缺乏规范性和系统性，导致基础架构僵化隔离，有时甚至是一点微小的局部调整都会牵扯到复杂的调整，缺乏可扩展性和灵活性。

基于上述原因，建设一个具有高可信性、高可用性和易维护性的新一代绿色节能数据中心，已成为院校在信息化建设和发展中亟待解决的首要问题。

2.某校数据中心机房概况

某院校校园网建成已有十余年时间，随着网络规模的不断扩展，各种网络应用和设备有较大幅度的增加，然而由于受地理位置、建设成本等多种客观条件限制，数据中心机房不能满足业务发展需求的矛盾越来越突出。

（1）基础设施重复建设。由于校园网建设初期缺乏系统规划，该校存在校园网、图书馆、后勤财务中心等多个中心机房，基础设施重复建设，需要单独配置、管理和维护多个机房的电源、空调、安防系统等基础设施，造成较大的资源浪费，也带来了较大的维护难度。

（2）供配电系统受限。受配电系统线路和设备限制，供电系统后期扩容升级幅度受限，难以满足信息机房不断增长的电力需求。

（3）制冷系统可靠性低。多个中心机房缺乏专业空调制冷设备，均采用较为落后的柜机空调制冷，并且缺乏备份制冷设备。当空调设备发生故障时，机房由于温度过高必须暂停运行，严重影响了网络运行的稳定性、可靠性和安全性。

（4）运维管理难度大。由于机房建成使用时间长，监控技术手段相对落后，难以实现机房的智能化管理和监控。此外，由于电源线路、网络综合布线等基础设施设计不合理，导致后期建设和维护较为困难。

（5）高能耗低效率问题。由于多个机房分散在不同楼宇，每个机房都需要有各自的配电、空调和安防系统，重复投资建设，电力消耗过大，不符合“高效节能、低碳环保”的要求。

3.机房改造实践

为了提高数字化校园运行的安全性、稳定性和可靠性，降低运维成本，实现机房智能化管理，建设高度自动化的无人值守型智能机房，并考虑到校园网未来10年的发展需求，对校园网数据中心机房进行了改造升级建设。建设目标是建设一个计算机网络系统稳定可靠运行的环境，以满足网络设备和工作人员对温度、湿度、洁净度、电磁场强度、屏蔽、防漏、电源质量、接地和安保等方面的要求。改造后的数据信息中心含装修工程、空调系统、强电系统、弱电系统和消防系统等部分[3]。

3.1 装修工程

根据实际需求将机房划分为三个区域：主机房区、配电区和监控区。其中主机房区主要用于存放机柜以及服务器、存储设备、空调设备；配电区安装强电配电柜、UPS稳压电源及电池柜等供电设施；监控区主要用于机房监控、办公和值班。

主机房区、配电区和监控区吊顶距地面防静电地板3000mm，为方便形成气流组织，采用格栅吊顶。吊顶先内预先刷防尘漆，并对天花用橡塑棉做好保温，地面铺设优质防静电活动地板，照明采用节能型嵌入式LED节能灯管格栅灯。墙面全部安装彩钢板，其中主机房墙面先铺设保温棉，再铺彩钢板，能达到一定的电磁屏蔽和防静电效果。

3.2 电气工程

机房供配电系统采用三相五线制供电系统，主要由两部分组成：设备供电系统及机房辅助供电系统，配备独立的配电柜分别对机房网络设备、动力、照明配电。网络设备用电由UPS配电柜控制，辅助设备用电由市电配电柜控制。UPS电池按断电三小时考虑，即电池容量能够保证停电三小时设备正常供电。整个电气工程系统框图如图1所示。

3.3 弱电工程

数据中心机房布线采用集中式配线，分为主配线区、网络交换机区、服务器区、存储区。所有机柜中的通信线缆均汇集到集中配线区，通过主配线区的配线设备进行配线管理。其优点是结构简单，端口利用率高，交换设备数量少，单点故障少，总体建设成本低。布线采用机柜上方桥架走线，从广域网进线机柜到主配线机柜，再从主配线架到每一个机柜。每个机柜中均安装一个24口光纤配线架，两个24口RJ45六类配线架。机房内放置16个标准机柜，其规格为600×1100×2000mm，前后网孔门，钢板厚度大于两毫米。

3.4 安防监控系统

安防监控系统包括UPS监控、配电监控、温湿度监测、漏水检测、门禁、视频监控、精密空调监控、排风机等监控子系统，通过集中监控系统有机地集成在一起，能够对机房各点和机柜各部位的供电、运行及物理环境进行7×24小时实时监控监测，如图2所示。当有异常情况发生时，可通过声光、短信、电话、语音、邮件等方式及时报警，并将报警、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。

3.5 消防工程

主机房区采用无管网七氟丙烷全淹没式灭火装置，安装智能烟雾和温度感应报警器，整个灭火系统可采用自动、手动及机械应急操作三种控制方式。当防护区内烟雾及温度感应器同时报警时，火灾自动报警控制器发出信号，启动声光报警器，并关闭空调，切断非消防电源，按设定时间延时后启动钢瓶阀，释放灭火气体完成灭火任务。管理人员也可通过紧急启停按钮在防护区外完成对灭火系统的紧急启停。

3.6 空调系统

主机房内拆除原有柜式空调，增加两台机房专用恒温恒湿精密空调机，其中一台作为备用机。精密空调系统采用活动地板下送风、上回风方式，有利于机房内发热量大的设备散热。新风系统采用热交换式新风换气机，新风经室内排风热交换后送入室内，排风量为新风量的70%。采用活动地板下送风时，出口风速不大于3m/s，送风气流不直对工作人员。

3.7 KVM系统

为了方便快捷地对网络设备进行管理，通过显示屏和键鼠设备组成控制台，并结合KVM交换机设备，可本地或远程登陆所有的设备，对多品牌、多种设备进行统一管理，节省了空间和人力资源，降低了运维成本[4]。

4.结束语

随着信息化技术和网络应用的不断推进，越来越多的中心机房将会面临升级改造的问题。机房建设不是一劳永逸的项目，而是一个逐渐演进的系统工程。在机房建设过程中，除了常规的强电、弱电、消防、空调等多个子系统建设外，还应注重机房的环保节能，需要全面理解和整体认识可靠、绿色、智能三者的关系，寻找它们之间的平衡点。只有这样才能提高数据中心机房的整体建设水平，为用户提供高效可靠的服务。

参考文献

[1]张志钢，王泽生.高校数据中心的绿色节能研究[J].天津城市建设学院学报，2010（2）：136-140.

[2]金国刚，党倩，祝唯微.可信绿色智能数据中心机房建设的研究与思考[J].电力信息化，2011（3）：85-88.

[3]何鑫.某数据信息中心绿色机房改造方案[J].智能建筑电气技术，2011（5）：64-68.

[4]余海芸.高校面向服务的新一代的数据中心建设研究[J].信息与电脑，2012（7）：96-97.

作者简介：孙志（1973―），男，硕士，工程师，研究方向：计算机网络、无线自组网、信息安全。