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数据中心布线设计基础


来源:机房360

  从2016年第二季度开始,涵盖了数据中心设备和基础设施设计标准的新的欧洲标准系列(EN 50600-x)将成为参与欧洲市场上新的数据中心设计、建造和运营各方所必须遵循的一套全新的参考标准。该标准是由CENELEC所负责开发的,CENELEC是一家独立的、非营利性的欧洲标准组织,其是商业中立、国际通用的ISO/IEC参照标准。

  作为该标准系列的一部分,于20151月正式发布的EN 50600-2-4标准包括了通信布线基础设施。其主要集中在不同数据中心可用等级分类的设计要求,并特别强调了数据中心内应用程序的迁移和增长领域。

  在本文中,我们将以EN 50600-x标准系列为背景,为广大读者诸君详细介绍EN 50600-2-4。此外,本文还特别强调了根据数据中心可用性等级分类对固定布线基础设施、交叉连接机柜、设备行机柜、电缆管理和路径系统的要求。

  关于欧洲标准系列EN 50600-x的介绍与结构

  这一系列的欧洲标准详细规定了相关的要求和建议,以支持参与数据中心内的设备和基础设施的设计,规划,采购,集成,安装,操作运营和维护中所涉及到的各方。其中包括:

  数据中心业主、设备经理、ICT经理、项目经理、主要承包商

  咨询顾问、架构师、建筑设计师和建设商、系统设计师和安装人员

  设备供应商

  安装、维护人员

  该标准现在已经发展到解决欧洲数据中心业界对于数据中心的设计的要求:

  欧洲数据中心设计标准要求符合欧洲适用的要求

  对普遍适用的数据中心设计标准系列的需求,其采用了涵盖数据中心设施和基础设施设计的所有方面的整体方法,包括管理和运营信息

  支持欧盟委员会关于数据中心能效的准则

  现有的设计方案是由设计弹性概念所推动的,而不是通过设计与成本的角度提供面向业务的评估方法

  EN 50600-x系列涵盖了数据中心的整套设施和基础设施在不同标准中的所有设计要求。下图显示了所有EN 50600-x标准的结构和关系。

1EN 50600-x结构

  主要优点

  EN 50600-x标准系列是由CENELEC(欧洲电气技术标准化委员会)所开发的,这是一家独立的非营利的标准化组织。

  EN 50600-x是欧洲标准系列:

  为所有的设备和基础设施的数据中心设计和操作提供了独立和全面的定义和要求。

  在没有内在评估系统的情况下是商业中立的

  对国际数据中心业主/经理/运营商在国际上是通行的

  - 用国际相似标准代替欧洲规范性参考标准

  - 通过本地相似标准代替欧洲安全标准

  此外,EN 50600-x还能够:

  提供作为唯一的数据中心设计标准提高能效的方法,为现有或目前正在开发的所有能效KPI概念提供基础

  为所需的整体数据中心设计参数提供选择过程的指导

  为数据中心设计师和数据中心所有者提供设计原则

  定义非营利为导向的认证标准

  为了在操作期间维护和控制所选择的设计以及能效标准,对于EN 50600-3-1的支持规定了数据中心管理和操作的过程。

  此外,EN 50600标准系列的模块化推动了未来的关于管理和操作运营的额外标准或相应的数据中心KPI的集成整合。

  与其他标准/设计概念的比较

  如下表所示,我们将EN 50600-x与数据中心环境中的其他标准(例如Uptime Institute、数据中心联盟或TÜVIT)进行了比较:

2EN 50600-x与其他设计标准/设计概念的比较

  每个目标群体的主要优点

  与覆盖数据中心的其他标准或设计概念相比,EN 50600-x标准系列的可用性较晚。尽管如此,EN 50600-x为参与设计、建造和运营数据中心的各方提供了很多优势。每个利益群体的关键优势是:

  数据中心所有者/经理/运营商可以使用EN 50600-x系列通过对基础架构可用性与成本方面的风险评估来转换业务需求,以便:

  确定并选择适当的设计要求以提供所需的可用性

  应用基于标准的、面向业务的、和产品/技术无关的概念

  对于数据中心咨询公司而言,EN 50600-x系列是评估适当的数据中心设计的规范性参考,包括对所有数据中心设备和基础设施设计流程和设计原则的定义。

  架构师和工程师们有一套集成整合的数据中心设备和基础设施设计标准,包括对设计流程和设计原则的定义。

  EN 50600-1:一般通用概念和可用性等级

  EN 50600-1描述了标准系列的一般通用概念,并具有以下范围:

  EN 50600-1:

  详细说明在业务风险和运营成本分析中需要解决的问题,以便能够对数据中心的应用程序进行适当的分类

  定义数据中心的共同方面,包括术语、参数和参考模型(功能元素及其适应性),同时满足其预期目的的规模大小和复杂性

  描述在数据中心内支持通信的有效运行所需的设备和基础设施的一般方面根据数据中心在预期使用寿命范围内的可用性安全性能效的关键标准,指定一个分类系统,以提供有效的设备和基础设施

  基于EN 50600系列的要求,描述数据中心的一般设计原则,包括符号、标签、图纸中的编码、质量保证。

  此外,其还能够作为所有其他标准系列的基础,因为它们的基础设施必须根据所选择的总体数据中心可用性等级(源自EN 50600-1)进行设计。

  下表显示了根据所选择的可用性等级类别,基础设施配电、环境控制和通信布线的主要设计标准。

3:根据EN 50600-1的可用性等级

  通信布线基础设施的不同可用性类的架构和设计要求是本文接下来的讨论主题。

  EN 50600-2-4:通信布线基础设施

  内容和结构

  数据中心内的通信布线用于支持以下:

  数据中心信息技术和网络通信

  监控和控制其他数据中心基础设施

  楼宇管理和自动化

  因此,根据EN 50600-1中的可用性标准和分类,EN 50600-2-4涉及数据中心内广泛的通信布线基础设施。

  EN 50600-2-4规定了以下要求和建议:

  信息技术和网络通信布线(例如SANLAN)

  一般信息技术布线,以支持数据中心的运行

  通信布线,适当监测和控制数据中心的配电、环境控制和物理安全

  其他楼宇自动化布线

  通信布线基础设施的路径、空间和机柜

  下图突出显示了EN 50600-2-4所涵盖的主题:

4EN 50600-2-4的内容和结构

  除了架构和可用性等级的要求之外,开发EN 50600-2-4的主要重点是数据中心应用程序的迁移和增长。IT容量的增长和应用程序朝着更高速度的方向迁移在数据中心中是非常动态的。数据中心的布线基础设施必须能够通过实现数据中心的快速和容易的扩展(例如调试附加设备)以及通过为在数据中心中所使用的网络和存储应用程序提供迁移路径来支持这些动态。

  EN 50600-2-4通过定义布线架构,交叉连接和路径系统的适当要求来支持迁移和增长。这些要求将在以下内容中详细解释。

  布线类型

  虽然EN 50600-2-4涵盖了布线的几种类型(见上图4),但其并没有定义对结构化线缆本身的任何要求。其没有被创建来取代现有的欧洲线缆标准,但却指向了那些布线定义。EN 50600-2-4基本定义了2种布线类型:

  点对点: 使用专用电缆,而不是通用布线系统直接连接两台IT设备。点对点的连接方法使用离散的线(通常是工厂生产的),直接连接有源设备。

  固定布线:结构化布线包括封闭连接之间的EN 50173系列的通用布线解决方案,其有一个对等或分层结构,并且能够在那些封闭处安装交叉连接或互连。

  点对点布线

  尽管点对点布线似乎是提供连接的最简单和最具成本效益的方法,但是出于若干原因,这种布线类型应当仅用于相同或两个相邻的机柜、框架或机架内的连接。鉴于数据中心的发展,设备类型和位置的改变,并且可能具有有限的使用寿命预期,点对点布线通常不可重复使用。对所需互连的连续更改增加了每个更改所需的规划和操作资源(见下图5和图6),并增加了干扰其他基础设施(包括用于环境控制的基础设施)的风险。因此,可以说点对点布线并不支持迁移和生长。

  下图显示了数据中心增长时使用点对点布线所带来的负面影响。

5:在非结构化的点对点布线基础设施中增长的影响(来源:EN 50600-2-4)

6:点到点布线的非结构化增长示例(来源:EN 50600-2-4)

  固定布线

  对于数据中心中的通信布线基础设施,更好的方法是使用固定布线。

  如图7中所示,结构化布线系统方法展示出了在远程中央修补位置(CPL)处呈现的设备端口。服务器到存储的连接是在CPL中使用的短而易于管理的线缆。使用具有固定线缆的CPL连接到分布式区域带补丁的位置(ZPL)为管理更改提供了额外的灵活性。图7显示了固定布线如何将更改活动隔离到定义区域。新设备连接到一个CPLZPL,而不影响活跃系统,因此不需要为停机中断进行规划。然后,通过简单地在CPLZPL处重新配置线缆,可以在计划内的停机期间将设备连接到活跃系统。如果更改引发了相关问题,则只需将电源线重新连接到其更改前的配置即可。 固定布线能够更准确地预测实现系统更改(和恢复)所需的时间,从而实现了更简单,更快速的更改,并进一步降低了风险,实现了更优化的整体系统运行。

7:结构化布线基础设施的设置和增长(来源:EN 50600-2-4)

  可用性等级和由此产生的布线架构

  虽然EN 50600-2-4根据布线的使用定义了几种布线类型,但本文仅涵盖了计算机机房空间的通信布线,数据中心的所有功能元素都承载于数据中心的IT功能的区域。

8:不同数据中心空间和可用性等级的布线要求(来源:EN 50600-2-4)

  基本上,数据中心的计算机房中的通信电缆可以具有两种不同类型:

  机柜内或直接相邻的2个机柜之间的布线

  机柜之间的布线

  这两种计算机房布线类型定义了整个数据中心的所有四种可用性等级分类。虽然内部和相邻机柜总是可以根据等级分类1设计(独立于数据中心的可用性等级),但计算机机房中的机柜间布线必须根据上图8中定义的数据中心可用性等级遵循不同的布线架构。

  布线等级分类1

  可用性等级分类1的通信布线基础设施使用用于传输信道(参见下图9)的点对点连接(即设备线)或根据EN 50173-5的单路径配置中的固定布线基础设施,以及单一通信提供商场景,如下图10所示。

9:通信布线等级1类使用直接连接线(来源:EN 50600-2-4)

10:通信布线等级1类使用直接连接线(来源:EN 50600-2-4)

  布线等级分类2

  可用性等级2类的通信布线基础设施应使用固定布线基础设施(例如,根据EN 50173-5或特定应用程序的需求)在布线系统定义中借助拥有冗余的EN 50173-5,如下图11所示的单路径结构。此外,还应满足图14的所有要求。

11:固定通信布线第2(来源:EN 50600-2-4)

  布线等级分类3

  可用性等级3类的通信布线基础设施应使用EN 50173-5定义的布线子系统中的固定布线基础设施(例如,根据EN 50173-5或特定应用程序的需求),使用如图12所示的多种物理路径的多路径冗余配置。此外,还应该满足图14的所有要求。

12:固定通信布线第3(来源:EN 50600-2-4)

  布线等级分类4

  可用性等级4类的通信布线基础设施应在EN 50173-5中定义的布线子系统中使用固定布线基础设施(例如,根据EN 50173-5或特定应用程序的需求),使用多种物理路径和冗余的多路径冗余配置分布区域,如图13所示。此外,还应满足图14的所有要求。

13:固定通信布线4(来源:EN 50600-2-4)

  布线等级分类的规格和要求

  下图总结了计算机房布线等级分类的所有要求。必须实施这些要求才能满足所选的可用性等级分类。

14:布线等级分类要求

  为了实现快速的迁移、添加和更改,MDIDZD中的中央和本地修补/交叉连接位置如图15所示:

15:使用交叉连接进行迁移、增加和更改

  例如,在数据中心的主要分配中使用交叉连接(如图16所示)会导致由多于一个布线子系统组成的传输信道,这需要使用高性能布线解决方案,以便能够支持任何应用程序。此外,必须考虑连接的数量和通道的总长度。

16:使用交叉连接的计算机房布线

  对于等级类别34使用预端接布线系统是优选的,原因如下:

  现场终端布线是不切实际的(例如,不能使用可终止的连接器)

  操作限制决定了安装布线所需的时间应最小化。(例如,布线需要尽快使用)

  安全问题决定了数据中心中存在的第三方劳动力应最小化。

  机柜、机架和框架的要求

  除了布线,交叉连接机柜和路径系统的要求,EN 50600-2-4还定义了对计算机机房中其他机柜,机架或框架的要求。

  一般要求

  所选择的机柜和机架必须能够提供:

  未来技术和数据中心容量需求的增长路径;

  充分的电缆管理和弯曲半径功能;

  为其所容纳的设备提供充足的通风和冷却(参见EN 50600-2-3)

  机柜,机架和框架必须配备电缆和电缆管理配件。

  规模大小要求

  用于CPLZPL的机柜/机架的最小宽度应为0.8米,优先选择较大的宽度。

  用于设备的机柜/机架的最小宽度必须满足当前和未来的电缆管理要求。建议宽度为0.8米。

  用于设备的机柜/机架的最小深度必须能够适应当前和未来的设备尺寸。建议深度为1.2米。

  除了用于冷却和灭火系统的管道系统之外,机柜和机柜不得位于管道系统下(基于冷凝物断裂或聚集的原因)

  线缆管理建议

  必须考虑以下线缆管理方法:

  对于低密度系统,每台机架单元的终端点应有一个水平线管理的机架单元

  对于高密度应用程序,需要将机架单元的水平电缆管理系统应更换为线缆管理,而不使用机架单元

  机柜内的垂直线缆管理应为机柜/机架满载时要安装的线缆横截面积的两倍

  机柜可能需要额外的深度或宽度,以提供足够的垂直线管理

  空白面板应安装在未使用的机柜位置,以避免热空气和冷空气混合

  架空布线建议

  使用架空通信布线已被证明可以提高冷却效率,并且在数据中心天花板高度允许的情况下是被推荐的,因为该方法可以显著的减少由于地下布线和布线路径引起的空气阻碍和湍流引起的空气流损失。

  总结

  EN 50600-2-4是全新的欧洲标准系列的一部分,其应该成为数据中心设备和基础设施设计的新的标准。其主要集中在支持从EN 50600-1选择的总体数据中心可用性等级分类和适当的布线架构定义方面。

  由于其特别关注应用程序的迁移和增长,EN 50600-2-4固定布线成为数据中心的最佳选择。在MDIDZD(布线等级类别34)中强制使用交叉连接,而这些交叉连接的详细规范是基于最近15年的数据中心布线设计的最佳实践方案所总结得出的。

  通过机柜/机架/框架,线缆管理和路径系统的要求和建议,形成了一整套最先进的数据中心布线设计规范。