云計算數據中心建設運營分析.doc

.云計算數據中心建設運營分析摘要：通過對現在云計算數據中心的建設成本、市場業(yè)務發(fā)展和綜合管理等方面的詳細分析，建立云計算數據中心的建設運營模型，結合現階段國內外云計算發(fā)展情況，給出企業(yè)、政府及電信運營商建設運營云計算數據中心的建議和意見。1 云計算數據中心的定義1.1 云計算與云計算數據中心云計算的發(fā)展與云計算數據中心的建設發(fā)展沒有必然的聯系，是一種松耦合的關系。這一點目前是業(yè)界人士對云計算和云計算數據中心的認識有混淆的地方。云計算技術和業(yè)務的發(fā)展可以基于傳統(tǒng)的數據中心和傳統(tǒng)的網絡架構上發(fā)展，只是在此種基礎和架構之上，云計算的發(fā)展較為緩慢，并且不能發(fā)揮云計算的最大優(yōu)勢。而云計算數據中心實際上是為達到數據中心的最大效能，設計出的符合云計算發(fā)展模式的數據中心，是一種后匹配方式。那么，在云計算時代我們怎樣看待云計算和云計算數據中心的關系呢？這里我們還是先回歸到云計算的本質的思考。云計算本質從2個角度來講，一是資源分配和分布格局的轉變的方式。資源包括計算資源、存儲資源和帶寬資源。二是向客戶提供服務的模式的轉變。從技術角度來講，云計算是資源分配與分布格局轉變的方式。傳統(tǒng)IT發(fā)展模式下，資源(包含計算、存儲等資源)分布是獨立小系統(tǒng)的。雖然有可能很多IT設備是在一個數據中心內部，但是他們之間各自用各自的CPU、內存和存儲，絕對不會跨域使用資源。而云計算使得大家能共享計算資源，共享的層級可以是對應用系統(tǒng)而言，也可以是對客戶而言，甚至在運營商整網而言都存在著共享。對大部分系統(tǒng)而言，共享提高效率是不爭的事實。從客戶提供服務的模式角度來看，云計算所提供的是自動化的，高度細化和個性化的服務。這與傳統(tǒng)的IT服務的差別也是較大的。傳統(tǒng)的IT服務是現成的套餐，除非付出較高的代價，否則無法獲得細化及個性化的服務。當然，對于云計算，很多用戶會有關于共享的安全性、數據的保密性等顧慮。這里面有一些觀念需要大家重新認識，打個簡單的比喻，大家都放心把現金存進銀行，為什么會不放心把數據存進運營商呢？一個企業(yè)要做云計算，如果這個企業(yè)本身就是信息服務提供者，那么她或許更看重的是在技術層面的云計算的先進性，而如果企業(yè)本事是客戶服務提供者，那么她更可能看重的是云計算服務本身帶給客戶的價值。后者就是云服務了。1.2 云服務與云計算數據中心云服務的實現比云計算的實現要難很多。事實上，一種新型的服務對服務提供者和被服務者都有一定的要求。也就是說，云服務接受對象必須具備一定的IT設施或者IT信息化程度基礎之上，才能較好接受云服務，其中信息化程度也包括客戶對IT信息化的接受程度、依賴程度和認知程度等相關軟性要素。云服務的實現程度決定了提供云服務的運營商建設云計算數據中心的積極性、能力要求和規(guī)模等。眾所周知，云計算數據中心具有雙重發(fā)展方向，一個是云服務，一個是企業(yè)內部私有云。前者主要面向客戶，產生新收入；后者主要面向企業(yè)本身，節(jié)省原成本。但是，殊途同歸，云計算數據中心的建設運營與其發(fā)展方向關系并不大。對于承載主要面向企業(yè)內部的私有云的云計算數據中心，是否需要有運營可能會被質疑。從宏觀層面考慮，或者說從整個企業(yè)角度來考慮，內部私有云實際也是在“創(chuàng)造價值”。因此，運營目標是一致的。從上面的分析我們可以看出，要想真正提供云服務，云計算數據中心是必不可少的基礎。1.3 云計算數據中心定義要素一個數據中心究竟具備什么條件才能真正稱之為云計算數據中心呢？我們可以這樣來定義一個云計算數據中心：當前科技水平下，云計算數據中心是一種基于云計算架構的，計算、存儲及網絡資源松耦合，完全虛擬化各種IT設備、模塊化程度較高、自動化程度較高、具備較高綠色節(jié)能程度的新型數據中心。從上面的定義當中，我們可以得出云計算數據中心的要素有以下幾點：虛擬化程度：包含服務器、網絡、存儲等虛擬化。計算、存儲及網絡資源的松耦合程度：用戶可以單獨使用其中任意一、二項資源而不拘泥于運營商的類似套餐打包服務等。模塊化程度：數據中心內的軟硬件分離程度，機房區(qū)域模塊化程度。自動化管理程度：機房內對物理服務器、虛擬服務器的管理，對相關業(yè)務的自動化流程管理、對客戶服務的收費等服務自動化管理等。綠色節(jié)能程度：真正的云計算數據中心在各方面符合綠色節(jié)能標準，一般PUE值不超過1.5。2 云計算數據中心的建設分析2.1 云計算數據中心與傳統(tǒng)數據中心的區(qū)別云計算數據中心與傳統(tǒng)數據中心的區(qū)別主要集中在上述的幾個要素當中。傳統(tǒng)數據中心基本沒有實現虛擬化，而云計算數據中心最基本的是其內所有服務器、存儲都是經過虛擬化的，此舉比同規(guī)格傳統(tǒng)數據中心機房內IT設備利用效率提高60%以上(滿負荷情況)。傳統(tǒng)數據中心計算、存儲及網絡資源是緊耦合的，也就是說其內的IT建設是煙囪式的，根據客戶需求一個項目建設一套系統(tǒng)，擴展起來要對系統(tǒng)進行重新設計。而云計算數據中心的所有計算、存儲及網絡資源都是松耦合的，可以根據數據中心內各種資源的消耗比例而適當增加或減少某種資源的配置。這樣能使得數據中心的管理具有較大的靈活性，使得資源配置優(yōu)化，按照客戶需求進行配置。云計算數據中心的模塊化擴展能力也解決了傳統(tǒng)數據中心擴容難的問題。傳統(tǒng)數據中心在擴展受到系統(tǒng)設計、機房設計及網絡設計的影響，對于機房擴容來說是一個系統(tǒng)性的工程，特別是在空間和電力能源有限的情況下，要實現擴容是無法完成的事情，然后，云計算數據中心可以在總體空間和電力提供不變的情況通過提高單機架的容納能力及降低PUE等方式實現“擴容”。此種能力具有很強的優(yōu)勢，特別是在土地緊張和電力緊張的城市。自動化管理是傳統(tǒng)數據中心沒有的功能。云計算數據中心的自動化管理使得在規(guī)模較大的情況下，實現較少工作人員對數據中心的高度智能管理。此特性一方面能降低數據中心的人工維護成本，另一方面能提高管理效率，提升客戶體驗。至于綠色節(jié)能，一般情況，傳統(tǒng)數據中心的PUE在1.8-2.5左右，而云計算數據中心一般低于1.6，目前世界上最先進的云計算數據中心可以低達1.1甚至以下。對于規(guī)模化的數據中心，能源成本是其持續(xù)運營要考慮的非常重要的因素。2.2 云計算數據中心的建設成本要素前面分析了云計算數據中心與傳統(tǒng)數據中心的區(qū)別要素，當然，事實上要建設一個云計算數據中心的成本其實與建設一個傳統(tǒng)的數據中心也是有一定區(qū)別的。傳統(tǒng)數據中心(以IDC為例，不考慮企業(yè)自用數據中心)的建設成本包括以下幾個方面：土地成本：購置土地相關成本，其中要考慮數據中心的位置、交通及周邊環(huán)境、未來發(fā)展等方面。土建成本：一般數據中心的機房建設標準都是較高等級的，特別是抗震、防火、防水、防風等方面的等級要求是很高的。電力電源設施：電力引入是數據中心需要考慮的重大因素，也是其位置選擇的一個重要參考指標。電力電源設施的購置、建設成本在整個數據中心建設當中只有相當大的比例?；A網絡、網絡安全設施建設：網絡引入是數據中心(特別是IDC)建設需考慮的非常重要的因素。很多數據中心建設地點一般都選在能最接近各電信運營商的骨干節(jié)點附近。這對運營性數據中心來說是其未來市場的一個重要保證。網絡安全設施也是機房安全的重要保證。空調及消防設施建設：空調及消防對于數據中心的持續(xù)運營有著重要作用，其效能也影響著數據中心的運營成本。機房內飾、網絡布線及機架建設：傳統(tǒng)數據中心這些可能會比較簡單，然后事實上一個高標準的數據中心對這一塊的要求會非常關注，因為機房內飾、網絡布線及機架建設都是會影響到機房整體能耗的重要因素?？蛻魧^(qū)、監(jiān)控專區(qū)及外圍設施建設：這些區(qū)域的建設其實與整個數據中心的安全有著密切關系，也是機房建設必不可少的要素。以上7大要素是我們建設一個數據中心必須具備的要素，無論是傳統(tǒng)數據中心或者是云計算數據中心。但是，如果建設云計算數據中心的話，除了上面7大要素還有以下幾個要素：IT設備采購及建設：云計算數據中心所有IT設備(含網絡設備)應該一體化，定制化，這與客戶托管數據中心不太一樣。當然，相對來說這一塊成本會較高。虛擬化軟件、云計算管理系統(tǒng)及相關系統(tǒng)的建設：此要素主要是系統(tǒng)層面的建設，建設周期與采用的軟件及集成商有非常的關系。因為是系統(tǒng)層面的關系，這中間有一段時間的調測期，也有一定的時間成本。當然，對于云計算中心，仍然有些其他要素需要關注，這里暫不一一列舉。不過，云計算數據中心建設成本不是在傳統(tǒng)數據中心建設成本的基礎上簡單加上最后兩項成本即可。事實上，我們建設同等規(guī)模(相同能力)的數據中心，云計算數據中心能力建設成本并不比傳統(tǒng)數據中心高。2.3 國內云計算數據中心建設成本模型為得出我們建設云計算數據中心的基本建設成本模型，我們可以先做如下假定：我們欲建設一個純機架總面積為2A云計算數據中心，機房為三層，一層為電力電源及空調相關設施，二、三層每層為A 機房(每層中間無隔斷，網絡機柜單獨在一個角落)，整個數據中心容積率為，機房設計PUE值為u(13m-4m左右最好，h，P的具體數值應采用計算機模擬計算結果)，取北上廣地區(qū)土地單價為C元/畝(北上廣土地價格與其他二線、三線城市土地價格存在差異，與城市的人均GDP等因素相關，不妨設各線人均城市GDP之比為1：g2：g3，我們可以命名其為城市因子，其城市土地價格之比則近似為1：g22：g32)，機房制冷率為250w/，北上廣空調及制冷相關設施建設成本為L元/kw(其他城市取城市因子(1/2)，取北上廣地區(qū)工業(yè)電力建設成本為D元/kw(二三線城市與北上廣電價差異與城市因子相關，不妨簡化處理為直接取城市因子(1/2)，北上廣地區(qū)平均網絡建設(含網絡安全設備購置)成本為W元/G (網絡建設成本與該數據中心區(qū)域與骨干節(jié)點的網絡跳數及地理距離相關，目前也可以近似取城市因子(1/2)，還有幾個因素我們也要考慮：國情因子(由地方政府對數據中心及云計算產業(yè)重視程度決定)取G1，電信運營商因子Y1(由電信運營商對數據中心及云計算產業(yè)重視程度決定)，該區(qū)域常年平均溫度T(按照電信機房溫濕度標準，取機房需常年保持溫度為25，代數差T=T-25，結合u，若T越大，u就越大，空調建設成本越高，我們近似取其線性相關系數為)，每平米消防設施建設費用為F元/(其他城市取城市因子)， IT設備(主要為服務器和存儲)采購成本分解成計算資源采購成本為J元/標準核，存儲采購成本為S元/T，虛擬化比例為X：1，虛擬化軟件成本為V1元/核，虛擬存儲軟件成本為V2元/T，虛擬化管理軟件為V元/臺物理服務器，北上廣單機架建設/裝修及綜合布線成本為Z元/架(其他城市取城市因子)，單機架的最高功耗為Gkw，單機架最高承受30臺服務器重量，機架密度d /架，北上廣機房建筑成本M元/(其他城市取城市因子)，隨機因子R(此因子表示國內、國際重大事件對成本的影響，一般情況下如無重大事情發(fā)生時，R=1)，銀行貸款月利息r，土地年升值率為，機房折舊周期50年，電力電源、IT及網絡設備折舊周期10年，軟件系統(tǒng)折舊周期5年(軟件升級周期)。另外，土地拿到后建設期為6個月。我們從上面9個因素分別計算相關成本：土地成本：B1 =(3A/)*C*(2)/667* G1*R土建成本：B2 =3A*M*R電力電源設施：B3 =2*(2A/d)*G*u*D*(1/2)* G1*R基礎網絡、網絡安全設施建設：B4 =(2A/d)*(10/11)*min(G/0.4)，30*X*0.002*W*(1/2)*R+(2A/d)*(1/11)* min(G/0.4)，30*0.1*W*(1/2)*R空調及消防設施建設：空調及相關制冷設施：B5 =(3A*0.25)*L*(1/2)*(1+*T)*R消防設施建設：B6 =3A*F*R機房內飾、網絡布線及機架建設：B7 =(2A/d)*Z*R客戶專區(qū)、監(jiān)控專區(qū)及外圍設施建設：B8 =(Bi)*0.1(取經驗值0.1)IT設備采購及建設：H1=(2A/d)*(J*200*10/11)+(2A/d)*(S*50*1/11)*R*1.1虛擬化軟件、云計算管理系統(tǒng)及相關系統(tǒng)的建設：H2=(2A/d)*min(G/0.4)，30*V+(2A/d)*(V1*200*10/11)+(2A/d)*(V2*50*1/11)*R綜合上述條件，我們可以得出云計算數據中心的綜合建設成本大致為：E=Bi+Hj (i8，j2)3 國內云計算數據中心的運營分析3.1 云計算數據中心的運營要素同上面對云計算數據中心的建設成本分析一樣，我們對云計算數據中心運營先分析其要素，然后給出云計算數據中心的數學模型。一個數據中心的運營一般首先包含以下要素：運營成本：運營成本包括電力費用、帶寬費用、人工成本、營銷成本、宣傳成本、管理成本及其他隱性成本。業(yè)務收入：業(yè)務收入包括云主機業(yè)務、云存儲業(yè)務及彈性私有云業(yè)務，在一定條件下，如果云計算數據中心維護能力足夠強的話，可以實現若干SaaS層應用收入。云計算數據中心的運營成本與傳統(tǒng)數據中心的運營在運營要素方面并沒有太多區(qū)別，但是，各要素的大小則有著本質的區(qū)別。3.2 云計算數據中心運營模型分析同上章對云計算數據中心基本建設成本分析類似，我們對云計算數據中心(以對外運營的IDC為例)的運營做相關假設，并進行分析：我們欲運營前面所建設的純機架總面積為2A云計算數據中心。不妨設該數據中心距離北京為lbkm，距離上海為lskm，距離廣州為lgkm，距離其上級骨干節(jié)點距離為lnkm，距離運營商國家骨干節(jié)點網絡跳數為n，北上廣工業(yè)用電電費為f元/kwh(其他城市取城市因子)，北上廣互聯網帶寬費用為k元/G.年(其他城市取城市因子2)，數據中心內的電力設施故障率(轉換為特殊形式后)為ed /kw(次.年)，網絡設施故障率為ew /G(次.年)，IT設備設施故障率為ei /核(次.年)，其他設施故障率為et(次.年)，系統(tǒng)軟件故障率es(次.年)，每位員工處理故障能力為ex次.年。北上廣數據中心行業(yè)的員工平均人工成本為Q元/年(其他城市取城市因子2)。業(yè)務收入中，我們將細分至每核及每T的收入，同時配給相應的帶寬。不妨設北上廣每核收入為Vh元/年，每T存儲收入為Vt元/年(其他城市取城市因子)。帶寬的配給已經在建設的模型給出，為每核配給2M帶寬，每T存儲配給100M帶寬。云計算業(yè)務發(fā)展進度主要與地域經濟發(fā)展情況、網絡質量和價格關系相關。地域經濟發(fā)展情況我們取城市因子(主要與城市寬帶用戶數量相關)；網絡質量我們按照前面假設與北上廣距離及骨干節(jié)點跳數等綜合確定；價格關系我們不妨假設采取同城市因子(2)相關的特征。三者的權重分別為qc，qw,和qj。這里qc+qw,+qj=0.9。第一年，第二年：qc:qw,:qj=2:3:4，第三年，第四年：qc:qw,:qj=1:1:1，第五年以后的qc:qw,:qj=4:3:2.(權重數據非準確數據，在理論上無法計算，是原有IDC業(yè)務的經驗數據)網絡質量的確定方式：若min(lb/200，ls/200，lg/200)1，n1時，取=1；若min(lb/500，ls/500，lg/500，ln/300)1，n2，取=0.2；若min(lb/200，ls/200，lg/200)1，3n2，取=0.5；若min(lb/500，ls/500，lg/500，ln/300)1，n1取=0.7；若n4時，取=0.所以，機房內業(yè)務發(fā)展進度情況如下：數據中心建成后一年的業(yè)務上架率：1=1*qc+*qw+(2)*qj，i為系數調整，i=R*1/Y1第二年的業(yè)務上架率：2=2*1+2 *qc+*qw+(2)*qj，10.5；2=1， 10.5第三年的業(yè)務上架率：3=3*2+3 *qc+*qw+(2)*qj，20.75；3=1，10.5或者20.75同理，可求出第四年及之后的收入進度，略。一般的，如果5我們從上述2個方面要素建立運營模型：1)運營成本：電力費用：電力費用與業(yè)務上架率成正比.(這里作業(yè)務測試及上線時客戶的非線性用電量的線性處理，取整體比例的1.2倍)，同時，單機架的平均功率為最大功率的80%，所以，第i年的電力費用：帶寬費用：如果是電信運營商運營該數據中心，則此處帶寬費用為0.而非電信運營商運營該數據中心的話，則第i年的帶寬費用有如下計算：人工成本：人工成本的計算相對復雜。涉及到數據中心的常態(tài)管理人員(值班人員)及故障處理人員。不妨假設其待遇相同。值班人員：當A 當500A 當2000其中，A/1000表示除后取整數。故障處理人員：營銷成本和宣傳成本：營銷成本每年基本穩(wěn)定，宣傳成本基本與上一年業(yè)務上架率成反比。營銷成本：Yyi=E*5%宣傳成本：Yxi=E*(2%)/i-1 (i1)，一般取Yx1= E*(3%)管理成本及其他隱性成本：Ygi=E*2%2)業(yè)務收入：4 國內云計算數據中心建設運營建議4.1云計算數據中心建設運營綜合分析從上面分別對云計算數據中心能力建設和運營的分析及模型的建立，我們在一定程度上可以分析出建設運營一個云計算數據中心的盈利模型：綜合建設成本模型：Ec=B1*(1+r)6+B2+B3+B4+B5+B6+B7 +B8+H1+H2*(1+r)(12*10)第i年綜合建設成本：Eci= B1*(1+r)6+B2*(1+r)(12*10)/50+ (B3+B4+B5+B6+B7 +B8+ H1) *(1+r)(12*10)/10+ H2 *(1+r)(12*10)/5第i年的綜合運營成本：Yci=Ydi +Yki +Yri +Yyi +Yxi +Ygi第i年的業(yè)務收入Ui= Uzi +Usi +Uti則此云計算數據中心的盈利模型為：Pro(i)= Ui-Eci-Yci=1+*(H2/E)* (2A/d)*(10/11)*200*(i+i-1)/2*Vh*+(2A/d)*(1/11)*50*(i+i-1)/2*Vt*- B1*(1+r)6+B2*(1+r)(12*10)/50+(B3+B4+B5+B6+B7+B8+H1) *(1+r)(12*10)/10+H2*(1+r)(12*10)/5-(2A/d)*(i+i-1)/2*1.2*G*0.8*24*365*f*-(2A/d)*(i+i-1)/2*1.2*200*(10/11)*0.002+(2A/d)*(i+i-1)/2*1.2*(1/11)*50*0.1*k*(2)-Q*(Nx+N)*(2)-E*5%-E*(2%)/