浅析数据中心布线系统的绿色环保与节能

文｜罗森伯格亚太电子有限公司 周 锋

1 前言

随着信息化的飞速发展，数据中心作为网络的核心节点，强有力的支撑着网络的运行，数据中心建设的关注度也大幅提升。数据中心在建设过程中所遇到的电能消耗、绿色环保等问题渐渐被IT经理及方案提供商所关注。对网络需求的快速发展，使得许多投资方不惜重金搭建更为先进的数据中心。综合布线系统，作为网络基础物理平台，是数据中心建设的重点之一，直接关系到数据中心的稳定性。在TIA 942标准的指引下，全球数据中心布线系统以结构化、高密度、高带宽、易拓展、绿色化等为核心理念，发展为整个数据中心布线行业的方向。

综合布线系统仅仅是一个无源系统， 它给网络设备提供一个无源平台，是网络的底层和基础。综合布线相对网络应用具有透明性，即布线系统与不同网络的操作系统和上层的网络设备都提供同样的支持。各种网络设备是架设在布线系统上的一个有源平台，如果基础平台上的绿色环保没有保障，则在此以上的有源平台功耗会成倍的增加。绿色布线系统一次性投入后，一般会持续运营十五年以上，布线系统的寿命与稳定也直接关系到数据中心的运行维护情况。

“绿色”已成为当今数据中心建设的时代主题，依据罗森伯格HDCS在数据中心综合布线实施研发中十五年以上的经验，“绿色”主要包含“绿色环保”和“绿色节能”两大重要组成部分。随着全球能源及碳排放问题的关注度日益加大，绿色数据中心布线是数据中心发展到一定阶段的必然需求。

2 数据中心的绿色环保

探讨数据中心的绿色布线首先要考虑综合布线方案中所选择产品的材质是否环保。评判是否环保有很多可以参考的依据，国内外均有相关的政策支持与认证标准。2008年的北京奥运村、2010年的上海世博会都宣布了将全部使用环保型产品的相关政策规定，在将来通信行业绿色环保型产品也将有所偏重，数据中心作为网络的核心节点选材的绿色环保尤其重要。

RoHS 2002/95/EC标准规定在电子和电气产品中严禁使用六种有害物质，欧盟颁布RoHS指令时间要求：于2006年7月1日起，禁止在市场销售含有铅、汞、六价铬、多溴化联苯和多溴化二苯醚。RoHS作为重要的参考标准是限制使用有害物质的标准规范。数据中心建设中应优先选取符合RoHS标准的产品，否则这些材料的产品对环境产生危害，留下重污染废弃物，因此在数据中心布线产品选型中严禁使用包含有害物质超标的产品将大大降低对环境的危害。

当前很多企业，都严格按照RoHS标准来生产，致力于环境的保护和绿色环保产品的可持续性发展，随着符合RoHS标准产品的推出，在生产和使用过程中产生的废弃物也尽可能的循环再使用和重新利用。许多核心企业价值观中，社会责任感是很重要的一条，把环境和资源保护看作产品解决方案的附加值。

数据中心在高密度的同时，尽可能的选用预端接光缆产品，减少了75%的施工安装时间，如图1所示。预端接光缆产品相当于普通光缆+光纤熔接+光纤尾纤+光纤测试+返工+便捷安装+高性能+免维护。采用预端接光缆相对于传统现场熔纤，不仅仅提高了品质与性能，并且减少了产品现场安装所产生废弃的耗材，使整体实施过程更加环保高效。

图1

依据国内外的各类规范，数据中心在选取线缆时应考虑阻燃、低烟、无烟气毒性和无腐蚀性，在起火时兼顾人员和设备的损失。全球各地的防火标准各不相同，北美UL标准，按线缆阴燃在起火时优先强调如何减少火焰扩张，火势蔓延和烟雾产生。北美UL标准按阻燃等级从高到低分为：阻燃CMP、非助燃干线级CMR、非助燃商用级CM、非助燃通用级CMG和一般家居级CMX；而欧洲各国在布线领域则力推屏敝和低烟无卤，注重信息安全和人员安全。欧洲低烟无卤包含三个标准：IEC 60332-3或IEC 60332-1（火焰扩张和阴燃）、IEC 61034（烟雾发散）、IEC 754（腐蚀性和毒性）；低烟无卤特点是不仅具有优良的阻燃性能，而且构成低烟无卤电缆的材料不含卤素，燃烧时的腐蚀性和毒性较低，产生极少量的烟雾，从而减少对人体、仪器及设备的损害，有利于发生火灾时及时救援。因此在数据中心中低烟无卤线缆的选取也是绿色环保重点之一。

3 数据中心的绿色节能

在数据中心布线过程中，一旦综合布线安装完成，就应做好保护工作并且不再对其进行操作。之后的任何网络配置改变，都应通过移动MDA水平交叉连接上的光铜跳线来完成。这样，MDA区域就成了物理层管理所关注的对象，在设计MDA区域时，应注意其长期的管理性、可靠性、安全性和扩展性。

数据中心能源消耗巨大，并呈不断加大的势头，占全球碳排放的比例不断上升，提升数据中心能效刻不容缓。“绿色电网”是一个非盈利性IT人员组织，它推出了两个知名的衡量能效标准，分别是PUE和DCiE（PUE的倒数）。PUE是衡定数据中心节能的重要指标，可以从根本上让用户知道总体消耗的电力以及用于实际计算的电力。PUE是一个比值，其基准值为2，越接近1表明能效水平越高，在目前的技术水平和设备条件下，还无法在数据中心系统上让PUE达到1的水平。整个数据中心的能源消耗包括供应到冷却设备、冷却器、照明、存储节点以及服务器，工作站以及网关等设备的耗电，如图2所示。

图2

数据中心综合布线采用结构化、高密度、合理的线缆路由管理减少对冷热通道的阻碍，光铜产品的选取大幅提升网络带宽，这些措施能为节能降耗做出相应的贡献，从而提升数据中心的能效比。

根据在众多构建绿色数据中心的经验分析，综合布线的合理规划和布局会节省数据中心2%～3%的电力。这主要取决于如下几点：

（1）合理规划数据中心

合理有效的线缆布局决定了网络物理层的基础，对于节约电能、节能降耗起到重要作用。要据TIA 942标准，如图3所示，将数据中心划分成MDA、HDA、EDA、ZDA等几大区域。从MDA到HDA采用OM3预连接光缆，从而优化主配线区到列头柜之间的连接。解决从主交换路由到每一列机柜的列头柜二层交换机的连接。每列列头柜交换机及KVM设备通过铜缆或光缆跳线再连接到每一个服务器上去。它的优点是节省从主交换机到用户服务器线缆的数量，从而减少对机房冷热通道的阻隔。

图3

目前，大多数数据中心内整体设计所支持的数据传输速率为1Gbps。但是，根据网络和云计算的发展普遍共识是，传输速率会向10Gbps推进。可以肯定的是，在未来的3～5年的时间里，支持10Gbps传输的链路会成为数据中心的主流。基于此种情况，ISO以及TIA制定了关于光纤和铜缆支持10GB以太网传输的标准。数据中心的规划建设应充分考虑到适用性，立足现有需求，并兼顾未来的拓展。

（2）高密度、高带宽提升数据中心基础设施利用率

在相同的数据中心面积基础上，通过提高数据中心密度来达到有效的利用，在网络物理连接层面主要体现在高密度线缆管理方面。

角形配线架无需增加理线设备；高密度光纤配线架可大幅提升光纤配线密度；桥架式光铜混合配线架使用于机柜上方可支持288芯光纤，减少柜内空间占用；MPO连接器是一种多芯的光纤连接器，像IEC 61754-7、TIA/EIA 568C.3等标准中都有MPO连接器的规定。MPO最近几年也广泛应用于数据中心。数据中心采用MPO的好处在于密度特别高，至少是普通LC连接器的3倍以上。以上这些新产品技术的应用，可以有效的节约40%以上的机柜空间，提升数据中心密度。合理的数据中心布局，对于光铜缆路由的合理设计，可大量节省线缆投入。

（3）优质的产品选型，精准的制造工艺

布线系统的绿色节能还体现在散热性上，线缆的散热性越好，可以节约大量的机房空调所消耗的电量。直径更小的Cat.6A万兆屏蔽电缆和直径更小的光纤解决方案意味着对制冷系统效率的影响降到最低，屏蔽解决方案因为更低的信噪比需求可以有效地减少服务器设备驱动屏蔽铜缆网络所需的功率消耗，光纤布线系统相对高速铜缆系统需要消耗的功率更低。

绿色数据中心布线系统较之有源的网络设备，将持续工作15年，甚至更久。优质的产品，精准的制造工艺是延长综合布线系统寿命及稳定的重要保证。延长整体系统的使用寿命，也是减少重复投资，绿色节能的重要体现。

（4）高性能、高传输，精益求精，精细化管理与实施

根据摩尔定律所确定的计算机设备热负荷规律，数据中心的配置无法实现有效的管理。数据中心环境需要考虑所安装的解决方案及如何安装和部署这些解决方案。在最近10年中，各公司的数据中心和楼宇配线设施中都大量地增加了网络设备数目，这些设备在增加关键性功能的同时，却使得数据中心的管理变得复杂。在全球发展放缓经济环境中，投资方都在期望简化自己数据中心管理，以创建一个安全、易于管理且能够根据不可预知的工作负荷和业务需求的变化，灵活调整网络基础架构。采用良好的布线系统管理软件有利于系统的可维护性，保持布线系统最大的效率，而不会因为布线管理混乱而产生不必要的能源消耗。

4 结束语

随着全球气候日趋变暖和能源日趋紧张、能源成本不断上涨，数据中心正面临着降低能耗、提高资源利用率、节约成本的严峻挑战，而绿色也成为未来数据中心的必然发展趋势。在绿色数据中心建设过程中，绿色环保和绿色节能是重要的两个方面。数据中心内不断增加的新需求对绿色布线的要求呈动态的多样性，在规划选择综合布线系统时，需要在带宽、灵活性、可扩展性和成本等要素之间寻求平衡。综合布线作为基础系统在更小的空间内提供更高的带宽，作为绿色无源系统尽可能的降低能耗与增加环保意识，已成为当今许多数据中心绿色布线部署的新要求。