近些年来数据中心的建设飞速发展,数据中心的运营管理也向精细化、智能化方向迈进,作为数据中心基础设施的核心组成部分:供配电系统,其管理视角也开始聚焦对末端配电环节的监控和管理,提高末端配电管理进而可以提升整个数据中心的用电效率,同时对机柜内IT设备的可靠性也是有极大的帮助,从而达到延长业务系统运营时间、降低故障率的目的。而末端配电的关键设备——机架式PDU,过去其传统角色一直都是为机柜或机柜内的所有设备(包括各种型号的服务器、存储设备、网络设备等)提供稳定、可靠、充足的电力。
　　
　　如今,机架式PDU,尤其是智能PDU逐渐在数据中心管理者的视线中慢慢浮现,开始得到重视,因为末端配电管理的绝大多数智能化技术是通过智能PDU来实现的,因此智能PDU,这一诞生超过大约15年的产品技术,如今成为近些年来数据中心行业最热门的产品技术之一。
　　
　　1 概述和产品分类
　　
　　末端配电管理系统中核心的组成部分是智能PDU,因此在介绍末端配电管理之前,我们先来看看智能PDU的一些基本概念。
　　
　　智能PDU也是PDU大类的一部分,因此它通常也是安装在IT设备机柜里,除了智能化功能外,也为各种IT设备(例如:服务器、网络和存储设备)提供电力供给。目前在市场上,提供PDU和智能PDU产品的供应商非常多,国内就不下10多个,同时产品型号和种类更是千百种可供选择,不过按照这些产品的功能和特性,我们依然可以归纳总结为以下几类(见表1),下面将对表格中的各类PDU的基本特征做一个简单的藐视。在后面章节中,将主要论述智能PDU的产品技术。
　　
　　机架式PDU一般可以分为两个大类,即:普通(非智能型)PDU和智能型PDU。
　　
　　(1)普通(非智能型)PDU
　　
　　①基础型PDU:是一种使用在数据中心中的普通PDU,主要作用是将供电分配到各个电源插座上,为IT机柜中的设备提供电源;
　　
　　②监控型PDU:允许用户在本地端显示界面查看当前的电流情况,但这个信息无法被远程读取,因为这个类型的PDU不提供远端网络接入功能。
　　
　　(2)智能型PDU
　　
　　①整条计量型PDU:在PDU级计量用电数据,这些数据机可以在本地显示也能通过网络在远程读取,帮助用户确定机柜一级的电源的使用率、机柜的可用容量,并且有利于电力的分配。通过整条计量的功能,用户可以避免电路过载,并且更容易计算用电效率指标,如PUE;
　　
　　②插座级计量PDU:插座级计量PDU在电源插座一级实现用电计量,这些数据可以在本地显示也能通过网络在远程读取,像整条计量PDU一样。插座级计量PDU不但可以帮助用户确定机柜电源的使用率和机柜的可用容量,而且让用户了解单台设备或服务器级别的电力消耗,有利于电力的分配;同时可以将用电成本分配到具体的业务部门或客户;
　　
　　③整条计量、开关型PDU:除了具有整条计量级PDU的功能外,还提供了电源插座开/关控制的功能,方便用户配置特定的顺序远程开/关/重启设备,或按照端口编号顺序延迟加电来减少电浪涌的冲击;可防止未经授权的设备用电,还可以关闭不使用的设备来节省能源;
　　
　　④插座级计量、开关型PDU:具有插座级开关和插座级计量型PDU的功能。
　　
　　2 末端配电管理的系统构成
　　
　　末端配电管理的系统构成除了包含智能PDU外,同时还配有环境传感器并结合PDU的集中管理系统而搭成的。详细如下:(1)智能PDU智能PDU的基本物理参数、电气指标几乎是和普通PDU一样的,例如都有0U、1U等的机柜安装规格尺寸的产品,输入电压有220V单相的也有380V三相的,输出电压也是220V的,因此对这些基本特性就不再论述,下面将重点介绍智能部分的组件和特性。
　　
　　①智能PDU的接口:以太网,串口,传感器,USB及其他如今,只有最基本的机架式PDU仅有供电插座,没有额外接口。大多数PDU基于应用的需求,都配有各种其他管理接口。下面介绍PDU的接口和常规应用。
　　
　　第一种:一个用于本地计量的RS232串行接口;本地计量可以是通过LCD或LED显示,可以插在终端或控制台服务器来进行远程Telnet或SSH访问,可以通过菜单或终端仿真命令行界面来访问。本地按钮允许通过导航菜单来查看基本单元数据。除非通过特别研制开发的串行控制台服务器,否则没有支持报警用的SNMP协议。通常都无法进行电源开关控制。
　　
　　第二种:RS485接口;本地计量可以是通过LCD或LED显示,通过Modbus组网将本地计量的数据通过Modbus网络传输到服务器上,如果需要支持报警用的SNMP协议。需要配备Modbus转TCPIP的协议网关。
　　
　　第三种:以太网接口(RJ-45),用于PDU、断路器和电源插口的远程计量和PDU管理。多个USB接口用于支持PDU的级联、摄像头、WIFI无线网络甚至机柜智能门锁。支持SNMP管理可用于报警,Telnet和SSH访问,允许使用命令行访问。
　　
　　PDU也可提供传感器支持,如温度、湿度、气流、气压和其他类型的传感器,或通过添加一个外部设备来达到此支持功能。远程计量模块通常配有LCD或LED显示和导航按钮来查看基本单元和电源端口数据。
　　
　　对于第三种，特别提一下它目前业内最先进的智能PDU，以太网接口会配置双以太网接口，一个是千兆口一个是百兆口用于冗余、级联和内外网段管理，提升了网络管理的冗余度灵活度和组网的多样性选择，通常含有以太网接口的智能PDU也会涵盖RS-232的串行接口来作为对以太网管理的辅助及备份，在USB接口部分，通常会配置了2个以上的USB接口，用以支持更多的USB扩展应用。
　　
　　②PDU上的断路器计量
　　
　　对PDU内置的断路器进行监控和计量,对于PDU来说都是非常有用的,特别是在处理高容量的情形中,这一点显得尤为重要。因为如果断路器跳闸意味着好几台刀片服务器断电停机数据丢失的话,那这个后果可以说是灾难性的。通过断路器的计量功能,用户可以设置一个阀值。一旦越过这个阀值,会有告警,所以用户会提前知道,通过减少负载来降低断路器跳闸的风险。所以对断路器的监控是非常重要的,因为高能耗意味着断路器有更大的跳闸风险。
　　
　　线路计量对于于三相机架式PDU的平衡每条线路的功率非常有用。一条线路透支电力往往伴随另外一条线路浪费可用的电力;而且不平衡的线路会使星接型(Y)配置的PDU中对中性线的电力要求更高。
　　
　　③本地显示和用户界面
　　
　　几乎所有数据中心使用的智能PDU都有内置显示屏,通常是LED显示,显示整个PDU的电量参数。与远程界面提供的信息和控制功能来对比,本地显示的功能有局限性;但是当在机架本身工作时,本地显示还是非常方便和有用的。IT管理员可通过触摸屏或按钮,电流和电压等参数之间进行切换;对于那些监控多个电源插口的智能PDU来说,可以通过对各个电源插口的序号来确定每个设备的电流使用状况。一些有开关功能和智能计量的型号,在每个电源插口位置都有一个LED指示灯来显示状态:是开/关机,固件升级,或故障。
　　
　　除了PDU本身的本地显示,智能PDU还能通过笔记本电脑连接,提供本地终端连接的串行界面,来配置、诊断;建议通过连接集中串口服务器来连接控制管理多条智能PDU。
　　
　　④远程用户界面
　　
　　对于可远程访问的智能机架式PDU来说,远程用户通常有两种选择来通过IP网络连接到机架式PDU。最常见的一种是基于Web的图形用户界面连接到具有以太网功能的PDU。一些PDU支持SSL加密访问(使用HTTPS),而其它则只支持未加密的访问(使用HTTP)。所以在选择PDU时,务必查看您单位组织的安全要求。
　　
　　可以通过IP以太网访问的PDU,使用的是命令行界面(CLI)的SSH(加密)或Telnet(未加密)。无论是在启用还是禁用Telnet访问时,都必须牢记安全的重要性。还有一些PDU制造商,提供这样的串行控制台服务器,如能够通过串口(RS232)来本地连接到PDU,或者通过SNMP或CLI远程连接到设备。
　　
　　需要考虑到的另一个因素是与目录服务认证相集成(LDAP),目录服务主要是用于用户认证与访问控制。尤其是当机架式PDU有提供远程开启/关闭/循环各个电源插口或各组电源插口功能时,这一点显得尤为重要。最后,远程访问PDU并不会排斥通过LED/LCD或相关按钮来进行本地访问的功能。两者的应用场景是不同的。图1为机架式PDU管理系统的图形化界面。
　　
　　(2)环境监控管理
　　
　　随着IT产业对如何提高数据中心效率的关注日益升高,以及高密度机柜应用的增多,基于机柜单元的微环境管理也越来越多了,新国标数据中心设计规范GB50174-2017中也第一次出现了微环境监控的术语,因此,越来越多的机架式PDU生产商也提供环境传感器。种类包括:测量服务器机架进风口空气温度的温度传感器、湿度传感器、气流传感器、振动传感器、烟感传感器、水浸传感器和空气压力传感器。有些PDU已经预先安装了传感器,其他的则可以通过外接感器件来选择使用。
　　
　　还有一种常见的方法是部署一个独立的机架管理系统,可以更大范围地选择环境传感器。这样做需要占用机架管理系统额外的机架空间,同时也会产生额外的基础设施成本,如IP地址、以太网端口和布线。传感器的连接通常是通过RS485来实现的。图2所示为智能PDU所支持的环境传感器及其应用。
　　
　　①温度传感器
　　
　　温度传感器主要监测IT设备(如服务器)的进风口温度。由于IT设备在运行时会产生不少量的热量,因此制造商明确指定了在设备正常操作运行时,有一个可以接受的温度范围。有传感器功能的PDU应当能够设定一个阀值,当进风口温度接近服务器因为过热会导致关机或宕机的温度值时,会自动发出告警。另外,如果能设定一个允许温度的最小值,一旦当进风口温度低于正常需要的温度时,也能自动发出告警,这样的举措也是非常合理的。
　　
　　从数据中心设备的角度来看,空气冷却和空气流通的成本是基础设施中最大的花销,所以如果IT设备的进风口温度一直维持在正常需要的温度值之下,即过度冷却,那这就是纯粹的费钱费力了。机架上的温度传感器还能够对温度过高,热点或冷却点及时地发出警告,而且能确定暖通空调(HVAC)系统是否开始变得不平衡。为了确保IT设备能得到足够的冷却,美国供暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)建议,在设备机架进气口特定的位置,放置测量温度的温度传感器,国标GB50174-2017同样也有类似的建议:要求测量冷通道或机柜进凤区域的温度。
　　
　　编辑：Harris