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您现在的位置 首页 -- Uptime Tier标准的几点解读
发布时间:2014-5-26
来自: 现代数据中心

Uptime Tier标准的几点解读

    Uptime Tier标准用中国话来描述就是“以终为始”的标准,结果导向贯穿于标准始终。正是因为Tier标准的关注点是结果,是数据中心故障防范的能力,所以整个标准的描述非常简洁,并没有过多的纠结于设计细节。虽然描述简洁,但实现起来并不简单,需要通盘考虑各个环节,也正是由于这种简洁和对结果的关注,设计者有了更大的发挥空间,满足Tier标准也有了更高的挑战。

  在与Tier标准接触的过程中,我们发现将这种理念融入到设计思路中,远远比看懂标准的字面意思困难得多,即便是对标准的理解也会出现很多偏颇之处。本文希望通过自己对标准的几点解读,与大家分享标准的一些内在含义,如果能给大家的设计实践一点提醒,也就达到了写这篇文章的目的。

  一、 市政资源不是Tier标准的硬性要求

  很多设计者认为TierⅢ、TierⅣ在供电系统中要求有冗余的线路,那么市电就一定要双路供电才满足Tier标准,其实这是对Tier标准适用范围的一种误解。Tier标准是考虑全球地域、各种极端环境的适用性来制定的,在大多数国家市电是非常稳定的供电方式,但在偏远的、开发程度较低的地区,未必有稳定的市电,如果将市电作为主要供电方式,很有可能满足不了数据中心供电系统的不间断性。除了地域的差异外,极端环境也是很重要的考虑因素,比如发生了自然灾害,市电很可能中断,同样无法支持数据中心的供电系统,这种情况在“两地三中心”的同城灾备中心最可能出现。综合以上因素,Tier标准对市电不作规定,但发电机系统必须满足相应的等级要求,因为发电机作为数据中心基础设施的一部分,可以看做是不受外部因素影响的设备,这也符合Tier标准倡导的数据中心独立性。从市电扩展到自来水、天然气等其他市政资源,就形成了Tier标准的真正含义:发电机系统、补水系统必须满足相应的Tier等级要求,它们才是数据中心运行可靠性的主要保障,市政资源对于Tier标准来说不是必需的,而且任何市政资源的缺失(比如市电突然掉电)都不认为是数据中心的故障。

  既然Tier标准将发电机系统和补水系统作为数据中心稳定运行的保障,而市政资源不是必需的,那么我们在设计过程中是否就要舍弃掉市政资源,只做发电机和补水系统的配置呢?当然不是。好的设计既要满足故障防范的标准,保障数据中心运行的可靠性,也要符合当地的实际情况,充分利用现有资源,节约运行成本,提高数据中心的经济性。中国大多数地区都能提供稳定的市电,与发电机的运行费用相比,市电的经济优势非常明显,所以以市电作为数据中心常规的供电方式无可厚非,只是我们在使用市电的同时,还需要配置满足相应Tier标准要求的发电机系统,防范掉电的情况发生,保证在市电缺失的状态下,发电机系统能够在设计负载的条件下不受时间限制的运行(TierⅢ、TierⅣ的要求)。

  二、 有效的物理隔离才是TierⅣ真正需要的

  对于TierⅢ、TierⅣ的标准,很多人觉得并没有太大差别,如何来区分他们呢?确实,一个满足TierⅢ标准的拓扑结构,粗略看起来仿佛也满足TierⅣ的标准,其实它们之间有三个关键的区别:TierⅣ要求对功率元件和线路做物理隔离;TierⅣ要求IT设备和UPS系统有持续的制冷;TierⅣ要求所有功率元件和线路上的元器件对故障要能自动反应切换。这三点都是TierⅢ所没有要求的。本文中我们只对物理隔离阐述一些自己的理解,其他两点就不在此讨论了。

  物理隔离的作用是将设备分割在不同的区域内,当一个区域发生故障(比如火灾、漏水)导致该区域内所有设备失效时,其他区域的设备仍能支持设计负载(N)的运行需求,这是TierⅣ标准的延伸。那么如何物理隔离才能达到这样的目的呢?我们以图1为例来说明。

 
图1 不同方式的物理隔离

  这是冷水机组和一级冷冻水泵、二级冷冻水泵的两种物理隔离方式。从该图的注释我们可以看出,冷水机组和一级泵的设计容量是4台(N=4),冗余量是2台(R=2),整体是N+2的配置;二级泵的设计容量是3台(N=3),冗余量是1台(R=1),N+1的配置。

  左边这种物理隔离方式采用了均分法,将冷水机组和水泵平均分配在两个区域内,这通常是提到物理隔离时的第一反应。试想一下,如果其中一个区域发生整体故障,导致这个区域的所有设备都无法使用,那么另外一个区域只有3台冷水机组、3台一级泵和2台二级泵可以运行,根本无法满足4台冷水机组、4台一级泵和3台二级泵的容量需求,也就是说此时的冷水机组系统满足不了供冷要求,必然导致IT设备端温升过高,数据中心的正常运行受到威胁。所以这种物理隔离方式无效,不能达到某一区域整体故障时,其他区域的设备仍能支持设计负载的目标。

  再看右边这种物理隔离方式,将冷水机组和一级泵平均分配在3个区域内,二级泵分成4个区域,无论哪个冷水机组区域发生故障,另外2个区域的4台冷水机组和4台一级泵都能满足设计容量需求,同样无论哪个二级泵的区域发生故障,其余3个区域的二级泵也能满足3台二级泵的设计容量,这就是有效的物理隔离方式,能够达到规避单一区域故障的目的。

  由此可以看出,TierⅣ要求的物理隔离不是简单地分隔,而是要考虑在分隔之后,确实能达到容错的目的,这样的物理隔离才是有效的,才是TierⅣ标准真正需要的。

  这里还可以告诉大家一个小窍门,在进行物理隔离方式的选择时,不要把大于冗余数量的设备放置在一个区域内,否则这个区域发生故障,剩余的设备数量一定少于设计需求,也就无法满足N的设计负载了。

  三、 Tier等级的高低不完全取决于功率元件的冗余程度

  Tier标准的制定是一个递进的过程,TierⅠ的基础设施只能满足基本设计容量的需求,功率元件和输送线路都没有冗余;TierⅡ标准包含TierⅠ标准的内容,在此基础上增加了冗余的功率元件;TierⅢ标准包含TierⅡ标准的内容,在此基础上增加了冗余的线路,实现在线可维护任何一个功率元件或线路上元器件的目标;TierⅣ标准包含TierⅢ标准的内容,并要求物理隔离、持续的制冷和对故障的自动反应切换,最终实现容错的目标。正因为这种递进的关系,很多人认为Tier等级越高,设备的冗余数量也应该越多,如果一个系统用N+1的配置达到了TierⅡ的标准,那么想上升到TierⅢ标准至少要做到N+R(R>1),上升到TierⅣ标准恐怕就得做到2N了。其实这种想法是错误的,Tier标准所表达的递进关系是针对结果(也就是故障防范的能力)而言的,实现这种结果的设计细节并不一定要体现在功率元件冗余程度的递进上。通俗地说,一个N+R(R>1)或者2N的配置可能只达到了TierⅡ的标准,而一个N+1的配置可以通过巧妙的线路设计和阀门或开关等元器件的配合达到TierⅣ的标准,下面我们就通过两个图例来对此作进一步的分析。

  
图2 TierⅡ标准的机房空调配置

  图2是冷冻水型机房空调的配置图,整体制冷量的需求是400kW,采用了8台70kW的空调,是一个N+2的配置。因为这一组空调是单回路提供冷冻水,所以只是达到了功率元件的冗余,是TierⅡ标准的机房空调配置。即便将空调增加到12台,变成一个2N的配置,如果仍采用单回路供冷,也只能达到TierⅡ冗余功率元件标准的机房空调配置。

 
图3 TierⅣ标准的机房空调配置

  同样是400kW的制冷量需求,在图3中采用了7台70kW的机房空调,是一个N+1的配置。由于该组机房空调是双回路提供冷冻水,每条回路的两端都配置了自动总阀门,每个空调的两端在双回路上也配置了自动阀门,不论哪个空调发生故障,都可以自动关闭其两端的阀门进行检修,不影响总体400kW的制冷量需求;同样地可以在回路或者阀门发生故障时,通过自动关闭一条回路上的总阀门对该回路或者回路上任何一个阀门进行在线维护,这样就达到了容错的目标,是一个TierⅣ标准的机房空调配置(假设物理隔离和持续制冷也都满足要求)。

  从上面两个例子我们发现,冗余程度高的配置(N+2或者2N)只是达到了TierⅡ的标准,而冗余程度相对低的配置(N+1)却能够达到TierⅣ的标准,这就是线路和阀门应用的巧妙之处,充分证明了Tier等级的高低不完全取决于功率元件的冗余程度。

  以上三点解读是个人的一点心得,供读者们参考,如果有偏颇之处,还望大家指正。对于线路和阀门的设计应用,我们还将在后续的文章中做单独的讨论。

 
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