數(shù)據(jù)中心PDU使用現(xiàn)狀和技術(shù)創(chuàng)新研究

肖 鑫

(成方金融信息技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100032)

0 引言

電源分配單元(Power Distribution Unit，PDU)是數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的最末端一級(jí)設(shè)備和最基本供電單元。近年來，隨著數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的迭代發(fā)展，PDU也從最初的普通型逐漸升級(jí)為智能型，給機(jī)柜微環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)中心精細(xì)化管理提供了新的技術(shù)支撐。但是PDU選型和使用過程中也存在一些問題，給數(shù)據(jù)中心供電安全帶來了新的挑戰(zhàn)，本文對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)中心PDU使用情況、存在的問題進(jìn)行了剖析，并對(duì)PDU技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容進(jìn)行了研究。

1 數(shù)據(jù)中心PDU使用現(xiàn)狀

1.1 智能PDU應(yīng)用快速增加

許多數(shù)據(jù)中心同時(shí)運(yùn)行著普通PDU和智能PDU，但存量中普通PDU在逐漸被智能PDU替換，近幾年新建設(shè)的機(jī)房則普遍選擇配置智能PDU。雖然智能PDU較普通PDU成本要高，但是智能PDU具備端口級(jí)電量監(jiān)控的顯著優(yōu)勢(shì)，有助于規(guī)模化部署設(shè)備的運(yùn)行功率監(jiān)視分析及電量精細(xì)化管理，銀行、通信、互聯(lián)網(wǎng)等向全社會(huì)提供高并發(fā)實(shí)時(shí)服務(wù)的行業(yè)快速接受了智能PDU產(chǎn)品。

1.2 定制PDU成為常態(tài)化需求

定制符合機(jī)房特質(zhì)的PDU并規(guī)模化部署在新落成的數(shù)據(jù)中心屢見不鮮，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的常態(tài)化需求。客戶往往根據(jù)數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜功率設(shè)計(jì)值、機(jī)柜型號(hào)和外形尺寸、電纜走線方式、擬上架IT設(shè)備的電源線插頭數(shù)量與規(guī)格、供電安全性級(jí)別等因素提出定制化PDU的具體技術(shù)指標(biāo)要求。

1.3 PDU主流品牌優(yōu)勢(shì)明顯

近年來新建數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模迅猛擴(kuò)展，老機(jī)房電源更新改造情況也較為普遍，PDU市場(chǎng)需求旺盛，眾多PDU品牌激烈競(jìng)爭(zhēng)。在產(chǎn)品質(zhì)量方面，市場(chǎng)占有率高的頭部企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量口碑較好，品牌優(yōu)勢(shì)明顯，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量水平持續(xù)不斷提升。

2 數(shù)據(jù)中心PDU選型和使用的一些問題

2.1 PDU的開關(guān)選擇

PDU本體開關(guān)的配置一般由采購(gòu)方的使用習(xí)慣和使用場(chǎng)景決定，開關(guān)的選擇本質(zhì)上是一個(gè)管理問題：對(duì)于業(yè)主自用的機(jī)房而言，不選配PDU開關(guān)既可以節(jié)約成本又可以解決誤操作問題；但對(duì)于IDC機(jī)房而言，同一臺(tái)列頭柜后端的機(jī)柜可能承租給不同用戶，這種情況下配置PDU本體開關(guān)便于用戶自主控制機(jī)柜的電源，減少對(duì)列頭柜開關(guān)操作的頻率，避免客戶間的相互影響。

2.2 PDU系統(tǒng)的色彩管理

數(shù)據(jù)中心規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展趨勢(shì)下，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)過程中色彩管理的原則和方法運(yùn)用具有區(qū)分空間、強(qiáng)化辨識(shí)度和提升管理效率的作用，而智能PDU系統(tǒng)的色彩管理往往被忽視。通過兩路智能PDU本體及其相關(guān)網(wǎng)線采用不同的明亮度和顏色，不僅使機(jī)房?jī)?nèi)部整體感觀規(guī)范有序，還有助于運(yùn)維人員快速確認(rèn)電氣故障信息，在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和設(shè)備選型過程中應(yīng)優(yōu)先在智能PDU系統(tǒng)應(yīng)用色彩管理。

2.3 PDU的兼容性

同一個(gè)機(jī)房區(qū)域內(nèi)可能存在多個(gè)品牌的普通PDU，但很難同時(shí)存在多個(gè)品牌的智能PDU，因?yàn)橹悄躊DU的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)涉及到通信數(shù)據(jù)包的一致性問題，各品牌都有自己的監(jiān)控管理系統(tǒng)，不同品牌的設(shè)備很難在一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)下完美融合。另外，同一品牌不同型號(hào)的智能PDU混用時(shí)，也有可能存在軟、硬件版本變化導(dǎo)致的通信故障。未來兼容性問題可能隨著產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展、通信數(shù)據(jù)格式的逐漸統(tǒng)一而減少，但使用方不應(yīng)忽視這一情況。

2.4 智能PDU與動(dòng)環(huán)監(jiān)控平臺(tái)的對(duì)接

對(duì)于直接將智能PDU接入動(dòng)環(huán)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，如需管理2個(gè)以上品牌的智能PDU，則需在前期確定好數(shù)據(jù)接口開放事宜，避免在施工階段出現(xiàn)無法對(duì)接的情況。大型數(shù)據(jù)中心在設(shè)計(jì)階段必須考慮智能PDU監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)規(guī)模的問題，確保動(dòng)環(huán)監(jiān)控主機(jī)性能滿足要求。

2.5 PDU附屬功能模塊的選擇

常見的PDU附屬功能模塊包括溫濕度、煙霧感應(yīng)、水浸感應(yīng)、門禁管理、資產(chǎn)管理等模塊，可根據(jù)機(jī)房管理的具體需求進(jìn)行選配。以溫濕度模塊為例，機(jī)柜級(jí)的溫濕度探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)房整體而言作用有限，因?yàn)榛旧蠙C(jī)房投產(chǎn)前都會(huì)對(duì)氣流組織進(jìn)行專業(yè)的CFD模擬分析，機(jī)房?jī)?nèi)各處的溫濕度應(yīng)處在合理水平，但是在出現(xiàn)局部熱點(diǎn)或者個(gè)別位置濕度偏高的特殊情況下，利用PDU附屬功能模塊可實(shí)現(xiàn)近距離及時(shí)探測(cè)，所以總體沒有為全部PDU統(tǒng)一配置溫濕度模塊的必要性。其他附屬模塊同樣也應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用需求和場(chǎng)地具體情況綜合評(píng)估選配種類和數(shù)量。

2.6 PDU的組網(wǎng)與級(jí)聯(lián)

智能PDU需通過網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)管理，若采用每條PDU單獨(dú)引網(wǎng)線直接連接至交換機(jī)的方式，不僅對(duì)交換機(jī)的需求量非常大，對(duì)網(wǎng)線的數(shù)量需求和敷設(shè)工作量也會(huì)成倍增加，所以一般采取“手拉手”級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行組網(wǎng)：使用1臺(tái)智能PDU作為主機(jī)，3臺(tái)智能PDU作為從機(jī)，通過網(wǎng)線將4臺(tái)智能PDU串聯(lián)起來即可將2臺(tái)機(jī)柜的配電信息最終通過1條網(wǎng)線傳輸至交換機(jī)。通過級(jí)聯(lián)方式可以串聯(lián)多個(gè)機(jī)柜，但串聯(lián)的機(jī)柜數(shù)量增加會(huì)使得監(jiān)控信息更新時(shí)間變慢，且一旦串聯(lián)路徑上某個(gè)PDU出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致后端PDU的信息無法上傳，因此在智能PDU組網(wǎng)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇組網(wǎng)方式和級(jí)聯(lián)數(shù)量。

2.7 PDU的插口數(shù)量不足問題

由于智能PDU每個(gè)插口都增加了電氣參數(shù)采集模塊，而且智能PDU集成的網(wǎng)口、USB口等硬件也占用了一定位置，所以智能PDU的電源插口數(shù)量比同長(zhǎng)度的普通PDU要少，導(dǎo)致在當(dāng)前IT設(shè)備普遍配置4路電源的情況下，機(jī)柜內(nèi)智能PDU電源插口數(shù)量越來越緊張，甚至不得不配置“一拖二”電源線和插口轉(zhuǎn)換電源線以滿足插口數(shù)量不足的需求。

3 數(shù)據(jù)中心PDU技術(shù)創(chuàng)新

3.1 實(shí)現(xiàn)故障錄波功能

當(dāng)IT設(shè)備電源故障引發(fā)列頭柜分閘開關(guān)跳閘使整條PDU停電時(shí)，若不能及時(shí)判定機(jī)柜內(nèi)具體電源故障位置，只能先維持單路電源供電，存在一定的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。智能PDU具備故障錄波功能，可以將開關(guān)跳閘前每個(gè)電源插口的電壓和電流波形進(jìn)行記錄，有助于及時(shí)精準(zhǔn)判定故障點(diǎn)位，大幅縮短故障處置時(shí)間。在智能PDU已有信號(hào)采集硬件基礎(chǔ)上，故障錄波功能依靠軟件改進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)。

3.2 采用信息安全防護(hù)技術(shù)

相較于普通PDU彼此獨(dú)立沒有互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，智能PDU通過網(wǎng)線連接進(jìn)行組網(wǎng)集中管理后就形成了一個(gè)局域網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)配電信息精細(xì)化管理，但這也帶來了信息安全的挑戰(zhàn)。大型數(shù)據(jù)中心數(shù)萬(wàn)條智能PDU組成的局域網(wǎng)應(yīng)強(qiáng)化防病毒、防攻擊、防控制的信息安全防護(hù)能力，通過增加防火墻、配置網(wǎng)絡(luò)訪問策略等措施提升信息安全防護(hù)水平。

3.3 整合智能PDU與列頭柜功能

考慮到當(dāng)前智能PDU通過網(wǎng)線進(jìn)行組網(wǎng)方式的施工難度和施工成本，可以從供電側(cè)進(jìn)行技術(shù)革新：首先，保留智能PDU網(wǎng)口，僅作為設(shè)備調(diào)試使用；其次，智能PDU連接線在火線、零線和地線基礎(chǔ)上增加1條信號(hào)線，監(jiān)控信息通過信號(hào)線直接傳輸給列頭柜，列頭柜初步處理后上傳給動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)；最后，對(duì)配電柜的中央處理器進(jìn)行升級(jí)，確保其可以滿足十幾條智能PDU監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的快速處置。按照這一思路將列頭柜和智能PDU設(shè)備進(jìn)行配套改造，省去交換機(jī)和網(wǎng)線配置，避免接入動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的二次開發(fā)，可大幅降低施工成本，減輕運(yùn)維壓力，提升數(shù)據(jù)中心末端供電管理的可靠性和安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)