數(shù)據(jù)中心分級(jí)_TIA

1、數(shù)據(jù)中心分級(jí)隨著國(guó)內(nèi)金融業(yè)全面對(duì)外開(kāi)放和國(guó)內(nèi)大型企業(yè)數(shù)據(jù)大集中的工作，我們已看到數(shù)據(jù)中心作為一種物理載體在企業(yè)發(fā)展和運(yùn)營(yíng)中的作用越來(lái)越突出，也看到國(guó)內(nèi)很多大型 IT 公司、金融、電信、政府等行業(yè)的數(shù)據(jù)中心在不斷地投入建設(shè)。筆者有幸參加了一些大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作，根據(jù)一些項(xiàng)目的體會(huì)以及結(jié)合手中所掌握的國(guó)際國(guó)內(nèi)有關(guān)此方面的資料，對(duì)數(shù)據(jù)中心各等級(jí)的特性要求作一分析與匯總，供同行參考。 一關(guān)于數(shù)據(jù)中心的定義 數(shù)據(jù)中心（ Data Center ）通常是指在一個(gè)物理空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲(chǔ)、傳輸、交換、管理，一般含有計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通訊設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)中

2、心的基礎(chǔ)設(shè)施 (Data Center Infrastructure) 是指為確保數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵設(shè)備和裝置能安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行而設(shè)計(jì)配置的基礎(chǔ)工程，也稱(chēng)機(jī)房工程 (Facility Site Engineering) ，數(shù)據(jù)中心機(jī)房工程的建設(shè)不僅要為數(shù)據(jù)中心中的系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理和數(shù)據(jù)信息安全提供保障環(huán)境，還要為工作人員創(chuàng)造健康適宜的工作環(huán)境。 二數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn) 目前國(guó)內(nèi)外與數(shù)據(jù)中心有關(guān)的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)主要有電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范（ GB50174-92 ）、電信專(zhuān)用房屋設(shè)計(jì)規(guī)范（ YD/T5003-2005 ）、美國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì) (TIA) 發(fā)布的 ANSI/TIA-942 2005

3、 ， Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers （數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)），它們是數(shù)據(jù)中心建設(shè)定位、功能指標(biāo)、設(shè)計(jì)技術(shù)、施工工藝、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等的具體技術(shù)要求與體現(xiàn)。其中美國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì) (TIA) 發(fā)布的 ANSI/TIA-942 2005 ， Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers （數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)）是國(guó)際上第一部較為全面地以數(shù)據(jù)中心為對(duì)象的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，它為現(xiàn)代的機(jī)房工程建設(shè)提出了新的設(shè)計(jì)理念、系統(tǒng)構(gòu)架與技術(shù)指標(biāo)，并給出

4、了許多的技術(shù)與系統(tǒng)的工程建議與指導(dǎo)。 TIA-942 數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)（ TIA ） TR-42.2 委員分會(huì)制定，并由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ ANSI ）和美國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)（ TIA ）于 2005 年 4 月 12 日共同發(fā)布，這是該標(biāo)準(zhǔn)的第一版本。該標(biāo)準(zhǔn)所說(shuō)的數(shù)據(jù)中心可以是政府或企業(yè)自有產(chǎn)權(quán)的自有數(shù)據(jù)中心，也可以是運(yùn)營(yíng)商用于租賃服務(wù)的公用數(shù)據(jù)中心。該標(biāo)準(zhǔn)描述了各類(lèi)數(shù)據(jù)中心或計(jì)算機(jī)房中，對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施的起碼的、最低的要求。 三數(shù)據(jù)中心機(jī)房的等級(jí)及其分級(jí)的依據(jù) 在國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范（ GB50174-92 ）中主要從機(jī)房選址、建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)房環(huán)境、安全管理

5、及對(duì)供電電源質(zhì)量要求等方面對(duì)機(jī)房分級(jí)，可分為 A （ 容錯(cuò)型 ）、 B （ 冗余型 ）、 C （ 基本型 ）三個(gè)級(jí)別。 在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) TIA-942 數(shù)據(jù)中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)中主要是根據(jù)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的“可用性（ Availability ）”、“穩(wěn)定性（ Stability ）”和“安全性（ Security ）”分為四個(gè)等級(jí)： Tier I ， Tier II, Tier III, Tier IV 。其中這四個(gè)等級(jí)可用性的劃分是源于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) The Uptime Institute, Inc. 的 Industry Standard Tier Classi?cations De?ne S

6、ite Infrastructure Performance （采用分類(lèi)等級(jí)的方式定義場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施性能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），在該標(biāo)準(zhǔn)中，美國(guó) The Uptime Institute 依據(jù)工程需求與實(shí)踐，提出了場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施的分類(lèi)等級(jí)的體系框架，針對(duì)數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵設(shè)備期望達(dá)到“五個(gè)九”即 99.999% 的系統(tǒng)應(yīng)用可用性的需求，提出了要與之相匹配的機(jī)房場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施 ( 電源配電、暖通空調(diào)、以及其他的相關(guān)系統(tǒng) ) 的可用性等級(jí)指標(biāo)。 四在 TIA-942 標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)中心各等級(jí)的特性及要求 根據(jù) TIA-942 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心機(jī)房可分為四級(jí)：由“等級(jí) Tier I ”沒(méi)有冗余部件組成的系統(tǒng)（可提供 99.6

7、71% 的可用性）到“等級(jí) Tier IV ”有冗余部件（能夠故障容錯(cuò)）和實(shí)現(xiàn)不間斷維修的系統(tǒng)（可提供 99.995% 的可用性）。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地的可用性分類(lèi)等級(jí)框架分成四個(gè)層次等級(jí)，下面將介紹該標(biāo)準(zhǔn)中每個(gè)等級(jí)的特性及其數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施等級(jí)的類(lèi)型、要求和相關(guān)特性： ( 一 ) 等級(jí) Tier I 基本數(shù)據(jù)中心 “等級(jí) I ”的數(shù)據(jù)中心對(duì)來(lái)自有計(jì)劃和無(wú)計(jì)劃的運(yùn)營(yíng)中斷反映敏感（影響較大）。數(shù)據(jù)中心配有計(jì)算機(jī)電力分配和冷卻，但是它可以或不一定有架高的活動(dòng)地板，一臺(tái) UPS 或者一臺(tái)發(fā)電機(jī)。在這些系統(tǒng)上的關(guān)鍵的負(fù)荷能達(dá)到 N 的 100% 。 如果它確實(shí)有 UPS 或者發(fā)電機(jī)，他們是單個(gè)模塊的系統(tǒng)并且

8、有很多單個(gè)的故障點(diǎn)。一個(gè)年度內(nèi)場(chǎng)地內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施被完全關(guān)閉停運(yùn)，是基于進(jìn)行預(yù)防性檢修和修理的需要。緊急狀態(tài)下可能需要頻繁地關(guān)閉設(shè)施。場(chǎng)地內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施組成器件故障、操作錯(cuò)誤，以及自然產(chǎn)生地失敗將引起數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的中斷。等級(jí) I 由電力和冷卻分配的一條單通路組成，沒(méi)有多余的組成部分，提供 99.671% 的可用性。( 二 ) 等級(jí) Tier II 基礎(chǔ)設(shè)施部件冗余 “等級(jí) II ”的數(shù)據(jù)中心采用設(shè)備部件冗余要比“基本數(shù)據(jù)中心”有計(jì)劃和無(wú)計(jì)劃的運(yùn)營(yíng)中斷反映稍微要少（影響較小）。場(chǎng)地內(nèi)有架高的活動(dòng)地板，一臺(tái) UPS 和發(fā)電機(jī)，動(dòng)力的能力設(shè)計(jì)是 N+1 ，全部有條單一的分配線(xiàn)路。關(guān)鍵的負(fù)荷能達(dá)到 N 的 10

9、0% 。關(guān)鍵線(xiàn)路的維修和場(chǎng)地內(nèi)其他基礎(chǔ)設(shè)施的維修維護(hù)將需要一次處理性關(guān)閉中斷。等級(jí) II 由電力和冷卻分配的一條單通路組成，帶有多余的組成部分，提供 99.749% 的可用性。( 三 ) 等級(jí) Tier III 基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)可維修 “等級(jí) III ”的數(shù)據(jù)中心具有能夠進(jìn)行任何有計(jì)劃的場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施活動(dòng)，而又不應(yīng)使計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)運(yùn)行中斷的能力。有計(jì)劃的活動(dòng)包括預(yù)防性和程序性的維修，修理和替換零部件，添加或調(diào)整部件的容量，部件和系統(tǒng)的測(cè)試。對(duì)使用冷凍水系統(tǒng)的大型場(chǎng)地來(lái)說(shuō)，這表示兩套獨(dú)立的管路。要有足夠的能力和分配，一定可提供在進(jìn)行維修或者在其它管路上測(cè)試時(shí)，在一條管路上同時(shí)帶負(fù)荷。無(wú)計(jì)劃的活動(dòng)，例如

10、設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施的零部件，在運(yùn)行中或者自然的情況下發(fā)生故障，引起數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行中斷。在一個(gè)系統(tǒng)上的關(guān)鍵的負(fù)荷不超過(guò) N 的 90% 。當(dāng)客戶(hù)的業(yè)務(wù)需要得到正當(dāng)合理的額外保護(hù)時(shí)，“等級(jí) III ”的場(chǎng)地將被有計(jì)劃地設(shè)計(jì)成可升級(jí)成“等級(jí) IV ”的場(chǎng)地。等級(jí) III 由多條有效的電力和冷卻分配道路組成，但是只一條道路活躍，有多余的組成部分，并且同時(shí)是可維修的，提供的 99.982% 的可用性。( 四 ) 等級(jí) Tier IV 基礎(chǔ)設(shè)施故障容錯(cuò) “等級(jí) IV ”的數(shù)據(jù)中心具有能夠進(jìn)行任何有計(jì)劃的的活動(dòng)且不會(huì)對(duì)關(guān)鍵的負(fù)荷造成中斷的能力，且有提供場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)施容量及其能力?；A(chǔ)設(shè)施故障容錯(cuò)的功能性為場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)

11、施的能力提供至少維持一種最壞的情況，無(wú)計(jì)劃的故障或者事件將不影響關(guān)鍵的負(fù)荷。這需要同時(shí)活躍的分配道路，通常在 S+S 的雙電源系統(tǒng)配置里。電力系統(tǒng)供應(yīng)表示為每個(gè)有 N+1 冗余的兩個(gè)單獨(dú)的 UPS 系統(tǒng)。在一個(gè)系統(tǒng)上的涉及的關(guān)鍵的負(fù)荷不超過(guò) N 的 90% 。 “ 等級(jí) IV ”需要全部計(jì)算機(jī)硬件有故障容錯(cuò)的雙電源輸入。嚴(yán)格的故障容錯(cuò)測(cè)驗(yàn)使數(shù)據(jù)中心具有維持無(wú)計(jì)劃故障或者運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，不發(fā)生計(jì)算機(jī)機(jī)房過(guò)程中斷的能力。等級(jí) IV 由多條有效的電力和冷卻分配道路組成，有多余的組成部分，并且是故障容錯(cuò)，提供的 99.995 的可用性。 綜上所述，我們可以用以下幾個(gè)對(duì)照表來(lái)總結(jié)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)依據(jù)及其各等級(jí)

12、的特性和要求：1. 數(shù)據(jù)中心建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)別 級(jí)別 具體內(nèi)容 國(guó)家規(guī)范 電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范（ GB50174-92 ）、電信專(zhuān)用房屋設(shè)計(jì)規(guī)范（ YD/T5003-2005 ） A （ 容錯(cuò)型 ）、 B （ 冗余型 ）、 C （ 基本型 ） 從機(jī)房選址、建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)房環(huán)境、安全管理 及對(duì)供電電源質(zhì)量要求 等方面對(duì)機(jī)房分級(jí)，分為 A 、 B 、 C 三個(gè)級(jí)別 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) ANSI&TIA-942 數(shù)據(jù)中心通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) ANSI&TIA-942 數(shù)據(jù)中心通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn) Tier I 單電源和冷卻分布，沒(méi)有冗余的構(gòu)件，仍受計(jì)劃性和非計(jì)劃性活動(dòng)所帶來(lái)的中斷影響，

13、只可提供 99.671 的可用性（基本數(shù)據(jù)中心） Tier II 單電源和冷卻分布，有冗余的構(gòu)件，可輕微減少計(jì)劃性和非計(jì)劃性活動(dòng)所帶來(lái)的中斷影響，只可提供 99.749 可用性（冗余設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心） Tier III 多路可用的電源和冷卻分布通道，但平時(shí)只有一路在使用，由冗余的構(gòu)件，可并行維護(hù)，所有計(jì)劃性的基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)活動(dòng)不會(huì)影響計(jì)算機(jī)硬件的正常運(yùn)行，只可提供 99.982 的可用性（可并行維護(hù)數(shù)據(jù)中心） Tier IV 多路可用的電源和冷卻分布通道，有冗余的構(gòu)件，并支持容錯(cuò)能力，只可提供 99.995 的可用性（容錯(cuò)數(shù)據(jù)中心） 2. 國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ANSI&TIA-942 關(guān)于數(shù)據(jù)中心

14、分級(jí)的一些主要技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng)目 第一級(jí) 基本 第二級(jí) 具冗余單元 第三級(jí) 可并行維護(hù) 第四級(jí) 容錯(cuò) 數(shù)據(jù)中心可用性 99.671 99.749 99.982 99.995 每年由于基礎(chǔ)設(shè)施引起的 IT 服務(wù)中斷時(shí)間 28.8 小時(shí) 22.0 小時(shí) 1.6 小時(shí) （ 96 分鐘） 0.4 小時(shí) （ 24 分鐘） 建筑物類(lèi)型 租用 租用，且其它租戶(hù)沒(méi)有危險(xiǎn) 獨(dú)立運(yùn)行，且必須都是數(shù)據(jù)中心或電信運(yùn)營(yíng)商（或自有） 獨(dú)立運(yùn)行，且必須都是數(shù)據(jù)中心或電信運(yùn)營(yíng)商（或自有） 供電通路數(shù)量 僅有一路 僅有一路 一路主用，一路備用 兩路互為熱備 供電冗余措施 N N+1 N+1 S+S 或 2(N+1) UPS 電源冗

15、余 N N+1 N+1 S+S 或 2(N+1) 發(fā)電機(jī)容量 僅供計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)設(shè)施的用電及其動(dòng)力 僅供計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)設(shè)施的用電及其動(dòng)力 僅供計(jì)算機(jī)及通信系統(tǒng)設(shè)施的用電及其動(dòng)力，冗余一臺(tái) 供大樓內(nèi)所有負(fù)載，冗余一臺(tái) 根據(jù)所安裝 UPS 的容量正確選擇發(fā)電機(jī) 是 是 是 是 發(fā)電機(jī)燃料供應(yīng)時(shí)間（滿(mǎn)負(fù)載運(yùn)行） 8 小時(shí)（如果 UPS 有 8min 的備份時(shí)間可以不設(shè)置） 24 小時(shí) 72 小時(shí) 96 小時(shí) UPS 電池最少滿(mǎn)負(fù)載備份時(shí)間（有發(fā)電機(jī)應(yīng)急電源系統(tǒng)） 5min 10min 15min 15min 重要負(fù)載的自動(dòng)切換 設(shè)置帶維護(hù)旁路的 ATS ，一旦發(fā)生斷電， ATS 自動(dòng)切換到發(fā)電機(jī)

16、供電回路 設(shè)置帶維護(hù)旁路的 ATS ，一旦發(fā)生斷電， ATS 自動(dòng)切換到發(fā)電機(jī)供電回路 設(shè)置帶維護(hù)旁路的 ATS ，一旦發(fā)生斷電， ATS 自動(dòng)切換到發(fā)電機(jī)供電回路 設(shè)置帶維護(hù)旁路的 ATS ，一旦發(fā)生斷電， ATS 自動(dòng)切換到發(fā)電機(jī)供電回路 負(fù)載同步控制器 LBS 無(wú) 無(wú) 有 有 動(dòng)力設(shè)備和環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng) 無(wú) 無(wú) 有 有 分類(lèi) / 分區(qū)供電 不是 不是 不是 是 關(guān)鍵的負(fù)荷可用度 100 N N 的 100 100 N N 的 100 90 N N 的 90 90 N N 的 90 初始的用電總量（瓦 / 每平方英尺）（典型值） 20-30 40-50 40-60 50-80 最終的用電總

17、量（瓦 / 每平方英尺）（典型值） 20-30 40-50 100-150 150+ 150 以上 連續(xù)冷卻 沒(méi)有 沒(méi)有 或許 是的 場(chǎng)地空間架空中活動(dòng)地板的比率 20% 30% 80%-90% 100% 架空活動(dòng)地板的高度（典型值） 12 ” 30CM 18 ” 45CM 30 ” -36 ” 75 -90CM 30 ” -36 ” 75 -90CM 地板荷載磅 / 每平方英尺（典型值） 85 100 150 150 并行維護(hù)能力 沒(méi)有 沒(méi)有 有 有 容錯(cuò)能力 沒(méi)有 沒(méi)有 沒(méi)有 有 單點(diǎn)故障 很多 + 人為錯(cuò)誤 很多 + 人為錯(cuò)誤 有一些 + 人為錯(cuò)誤 一個(gè)沒(méi)有 + 人為錯(cuò)誤 人員配備 沒(méi)有

18、 1 班 超過(guò) 1 班 7*24 小時(shí) 值班 沒(méi)有值班 1 名值班 1 名值班 + 輪班 永遠(yuǎn) 24 小時(shí)值班 場(chǎng)地的可用性 99.671% 99.749% 99.862% 99.995% （注： 1 平方米 10.8 平方英尺 ， 1 千克 2.20 磅 ）3. 國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ANSI&TIA-942 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)中心選址的技術(shù)指標(biāo)要求 內(nèi)容 Tier I Tier II Tier III Tier IV 臨近水災(zāi)區(qū)域 沒(méi)有要求 不能在水災(zāi)區(qū)域 不在百年一遇的水災(zāi)或至少離開(kāi) 50 年一遇的水災(zāi)區(qū)域 91 米 至少離開(kāi)百年一遇的水災(zāi)區(qū)域 91 米 臨近海岸或內(nèi)陸河流 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求

19、不小于 91 米 不小于 800 米 臨近主要的交通要道 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 不小于 91 米 不小于 800 米 臨近機(jī)場(chǎng) 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 不小于 1.6 公里 ，最好大于 48 公里 不小于 8 公里 ，最好大于 48 公里 臨近主要城市區(qū)域 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 不大于 48 公里 不大于 16 公里 源自： ANSI&TIA-942Telecommunication Infrastructure Standard for Data Centers 4. 國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ANSI&TIA-942 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求 內(nèi)容 Tier I Tier II Tier

20、III Tier IV 在建筑物內(nèi)有多個(gè)租戶(hù) 沒(méi)有限制 沒(méi)有危險(xiǎn)的其他租戶(hù) 必須是數(shù)據(jù)中心或電信運(yùn)營(yíng)商 必須是數(shù)據(jù)中心或電信運(yùn)營(yíng)商 來(lái)訪人員停車(chē)場(chǎng)與機(jī)房外墻的距離 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 至少離開(kāi) 9.1 米 至少離開(kāi) 18.3 米 ，并通過(guò)物理障礙防止車(chē)輛靠近 來(lái)訪人員和內(nèi)部人員的停車(chē)場(chǎng)分離 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 通過(guò)欄柵或墻物理分離 通過(guò)欄柵或墻物理分離 機(jī)房周邊沒(méi)有對(duì)外的窗戶(hù) 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 是 是 公共廁所和休息室與計(jì)算機(jī)房的分離 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 如果是直接相鄰，需要配備水災(zāi)保護(hù)擋板 不能直接相鄰，并配備有水災(zāi)保護(hù)擋板 防暴設(shè)計(jì)的墻、窗戶(hù)和門(mén) 沒(méi)有要求 沒(méi)有要求 最小為 Level3 最小為 Level3 5. 國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ANSI&TIA-942 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標(biāo)要求 內(nèi)容 Tier I Tier I