李皓琰　韓明超　臧戰(zhàn)勝　張朋波

摘要：為研究服務器設備的抗震性能，保障地震災害中信息通信網(wǎng)絡業(yè)務和數(shù)據(jù)的安全可靠性，該文構建一種服務器抗震技術性能檢測和評估方法。包括震前震后服務器的外觀和硬件檢查、狀態(tài)監(jiān)控功能測試、運行可靠支持功能檢查和設備性能指標檢查。并基于地震模擬振動臺，依據(jù)電信設備抗地震性能檢測規(guī)范，通過抗震試驗首次對某型號服務器的設備頻率、設備結構、外觀及硬件、基本功能、系統(tǒng)性能等進行抗震性能測試和方法驗證。通過對抗震試驗結果的分析，驗證服務器抗震技術性能檢測和評估方法的可行性和科學性，并為后續(xù)服務器抗震性能研究和標準制定提供基礎數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

關鍵詞：服務器;抗震測試;結構性能;技術性能

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：1674-5124（2019）08-0050-05

0 引言

服務器是通信系統(tǒng)的主要組成部分，是提供特定應用服務的計算機系統(tǒng)[1]。在大數(shù)據(jù)和云計算背景下，服務器設備在IT、政府、金融、電信等領域廣泛應用，承載著關鍵的服務和數(shù)據(jù)任務，因此服務器的安全可靠性至關重要。我國地震頻繁，震級高、震源淺，地震對全程全網(wǎng)的通信網(wǎng)破壞嚴重[2]，根據(jù)調研情況，服務器在地震中機柜、設備主體、各元器件和連接件會受到嚴重影響。同時，地震所引起的振動沖擊會導致服務器廣泛使用的機械式磁盤磁頭偏離磁道運動[3]，不具備抗震性能的設備在震動時會造成磁盤損壞，導致數(shù)據(jù)永久丟失，嚴重影響通信網(wǎng)正常運行。

目前，國內外有針對通信設備的通用結構性能抗震檢測標準[4-10]，但針對服務器的抗震技術性能檢測標準和抗地震性能研究還處于空白狀態(tài)。為了研究服務器的抗震性能，制定科學的抗震技術性能檢測標準，保證地震中重要數(shù)據(jù)的安全，保障災后通信正常，本文構建了服務器抗震技術性能檢測和評估方法，基于地震模擬振動臺，依據(jù)YD5083-2005《電信設備抗地震性能檢測規(guī)范》對某型號服務器設備進行了地震試驗，通過檢測其設備頻率、設備結構、基本功能和系統(tǒng)性能，分析了其抗震性能，為后續(xù)服務器設備抗震研究和標準制定提供數(shù)據(jù)和技術參考。

1 抗震試驗設備及方案

服務器設備抗震性能檢測目的是檢驗服務器設備在設防地震作用下的運行功能，驗證服務器設備在經受一定強度地震后，能夠實現(xiàn)其原有設計功能的能力。針對被測服務器設備，地震臺輸入標準的模擬人工合成地震波，對其結構和技術性能進行綜合性考核。

1.1 試驗設備

本次抗震試驗設備主要包括三向地震模擬振動臺、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、BurnInTest/IOmeter服務器測試軟件等。被測設備為數(shù)據(jù)中心機房中廣泛使用的某型號2U機架式服務器，主要參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗方案

參考YD5083-2005對上述服務器設備依次進行7、8、9烈度抗震試驗。試驗安裝環(huán)境如圖1所示，每個烈度抗震試驗步驟按圖2所示進行。

1）抗震試驗前，對服務器的物理結構和技術性能進行檢查。檢查服務器的結構，確保服務器沒有結構方面的損傷。同時，按制定的服務器抗震技術性能檢測和評估方法進行技術性能測試，包括服務器外觀、基本功能測試和關鍵部件性能測試，以驗證服務器設備在震前完好。

2）模擬實際安裝方式和工作方式。根據(jù)YD5083標準規(guī)定，對于插框類設備，需將其安裝固定在試驗機架內，質量在25～70kg的插框類設備需要安裝在試驗機架中部。本試驗將被測服務器設備通過配套導軌安裝到標準19inch試驗機架中部，試驗機架水平X軸主頻為26Hz，水平Y軸主頻為30Hz，垂直z軸頻率34Hz，符合主流機架頻率水平，具有足夠的剛性保證測試有效性。然后將裝有服務器設備的機架按實際安裝方式安裝到振動臺臺面，正常加電運行，并使用BurnInTest[11]軟件加壓模擬實際運行負載進行抗震測試。

3）在服務器設備上貼裝三軸向加速度傳感器，對服務器設備進行震前動力特性檢查，測定被測服務器設備震前的固有頻率、阻尼比等動力特性參數(shù)，并記錄檢查結果。

4）按照對應的考核烈度生成對應的人工地震波，對設備進行人工地震波考核，并記錄考核過程中各測點的加速度值。

5）對服務器設備進行震后動力特性檢查。測定被測服務器設備震后的固有頻率、阻尼比等動力特性參數(shù)，并記錄檢查結果。

6）檢查震后服務器的物理性能和技術性能。對服務器進行震后結構檢查和震后技術性能測試。方法同第1）步。

2 試驗方法和結果分析

按照YD5083要求，被測服務器設備在進行抗地震性能考核后，在7、8、9烈度地震作用下，都不得出現(xiàn)任何設備組件如導軌及外殼的脫離、脫落和分離，被測設備結構不得有變形和破壞。同時，各項技術性能指標均應符合技術性能檢測標準的要求。

2.1 結構性能

2.1.1 服務器設備動力特性

在各烈度試驗的震前和震后，分別對服務器設備進行頻率范圍1～50Hz，加速度幅值0.1g的白噪聲激勵測試，以此來檢查其動力特性。測試采用單軸激勵方式，包括設備的正面方向（X向），側面方向（Y向）和垂直方向（Z向）。7、8、9烈度被測服務器設備震前和震后動力特性測試結果變化對比如圖3～圖8所示，一階固有頻率如表2所示。

由圖表分析可知，在7烈度抗震試驗考核前后，被測設備動力特性固有頻率無明顯變化;在8、9烈度抗震試驗考核中，被測設備受加速度較大，產生一定疲勞，固有頻率有輕微下降。綜上所述，被測設備固有頻率無明顯突變，說明該服務器具有良好的結構穩(wěn)定性。

2.1.2 服務器抗震性能考核

按照標準規(guī)定的要求反應譜（RRS）生成人工地震波時域波形，用此時域波形對服務器進行地震波考核，考核在X、Y、Z向分別進行。

水平X向和Y向輸入波形加速度計算式為

a_H=k₁×k₂×a₁（1）

式中：a_H——水平向輸入波形加速度;

k₁——設備重要度系數(shù);

k₂——建筑物樓面加速度放大倍率;

a₁——地面加速度。

因服務器設備屬于通信設備，按YD5083標準要求通信設備重要度系數(shù)取值1.1，建筑物樓面加速度放大倍率取值3，地面加速度按7、8、9烈度分別取值0.1g、0.2g和0.4g。通過以上可計算出，服務器設備7、8、g烈度抗震試驗輸入最大加速度分別為033g、0_66g、132g。

垂直向輸入波形加速度計算式為

a_v=1/2×aH（2）

式中a_v為垂直向輸入波形加速度。

由于地震波產生的地面加速度的卓越頻率主要分布在5～20Hz范圍內，超出該范圍的對設備影響較小。按照標準規(guī)定，如果在動力特性檢查中得到的設備垂直向固有頻率高于20Hz，則可只做水平向的抗地震性能考核。被測服務器設備震前垂直向動力特性測試固有頻率大于20Hz，故未進行垂直向抗震性能考核。

根據(jù)上述值輸入最大加速度，輸入人工合成地震波，被測服務器設備響應加速度曲線如圖9～圖11所示，從圖中可以看到7烈度加速度幅值較低，8、9烈度加速度幅值較高，并且Y向響應大于X向響應，與設備動力特性表現(xiàn)一致。經7、8、9烈度抗震考核后，被測服務器設備導軌及安裝螺絲無脫離脫落和分離情況，設備結構無變形和破壞情況。

2.2 技術性能

2.2.1 外觀及硬件檢查

外觀和硬件的完整可靠能最直觀體現(xiàn)設備整體設計是否符合抗震要求，服務器表面應無明顯凹痕、裂縫、變形，服務器的零部件緊固無松動，可插拔部件連接可靠，開關、按鈕和其他控制部件靈活可靠。各烈度震后，經測試檢查，被測服務器設備外觀正常，各部件靈活可靠無松動。

2.2.2 狀態(tài)監(jiān)控功能測試

監(jiān)控功能是服務器的重要功能，能夠遠程監(jiān)控服務器設備的運行狀態(tài)，及時了解震后服務器各硬件是否正常。服務器能夠通過可管理接口收集電源、風扇、處理器、磁盤控制等關鍵部件的運行狀態(tài)，如處理器工作溫度、風扇轉速、系統(tǒng)核心電壓等，并對其進行實時監(jiān)控。當所監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預先設定的故障閾值時，提供告警信息。故障消除后，提供狀態(tài)恢復信息。此項測試考核各監(jiān)控總線連接和接口在地震試驗中的可靠性。

試驗方法為在各烈度抗震性能考核后，人為設置產生緊急告警或用人機命令修改硬件故障閾值，檢查被測服務器監(jiān)控功能能否對不同類型的故障產生告警信號，并實時顯示、上報，對已產生告警信號進行恢復時，告警信息應復原。各烈度震后，經測試檢查，被測服務器設備狀態(tài)監(jiān)控功能正常。

2.2.3 運行可靠支持功能檢查

運行可靠支持功能是指能夠支持冗余功能，冗余功能能夠保證服務器震后可靠運行。服務器采取可靠支持設計的關鍵部件如電源、風扇、硬盤等應支持容錯、冗余和熱插拔功能，熱插拔設備的現(xiàn)場可更換單元時，系統(tǒng)監(jiān)控應顯示告警故障信息和告警故障恢復信息，同時該部件熱插拔應不影響系統(tǒng)其他硬件正常工作，系統(tǒng)持續(xù)可靠運行。此項考核服務器冗余切換功能在地震試驗中的可靠性。

試驗方法為在各烈度抗震性能考核后，人為將配置為冗余狀態(tài)、支持熱插拔的部件組中（如風扇、電源、磁盤、PCI插槽等）任意一個移出，檢查冗余功能，指示和報警功能是否工作正常，系統(tǒng)是否持續(xù)可靠運行。待重新插入冗余部件后，檢查系統(tǒng)監(jiān)控是否顯示故障和恢復信息。各烈度震后，經測試檢查，被測服務器設備冗余功能正常。

2.2.4 設備性能指標檢查

由于服務器設備CPU，內存、顯卡等關鍵部件安裝方式為插接，連接具有特殊性，性能指標檢查能夠反映抗震性能考核過程中CPU、內存等關鍵部件是否松動。同時，由于機械硬盤組成結構對震動十分敏感，性能指標檢查能夠反映抗震性能考核過程中硬盤是否出現(xiàn)讀寫錯誤和物理壞道，造成性能下降。服務器的主要功能單元CPU、內存、存儲系統(tǒng)等硬件狀態(tài)正常，性能測試結果正常。

試驗方法為在各烈度抗震性能考核后，用BurnInTest和IOmeter[12]軟件對服務器舟蔚阱CPU、內存和硬盤進行性能測試。各烈度震后，經檢查，被測服務器設備CPU、內存性能正常，機械硬盤性能測試結果如圖12和圖13所示，變化幅度小于0.2%，性能較穩(wěn)定。（上接第54頁）

3 結束語

本文建立了服務器的抗震技術性能檢測和評估方法，主要包括震前震后對服務器的外觀和硬件檢查、狀態(tài)監(jiān)控功能測試、運行可靠支持功能檢查和設備性能指標檢查。依據(jù)該方法能夠有效檢測服務器設備是否具有抗震性能，具有較好的可執(zhí)行性和科學性。通過對抗震試驗結果分析，為后續(xù)服務器抗震性能研究和服務器抗地震性能檢測規(guī)范的制定提供了基礎數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。后續(xù)將對地震環(huán)境中硬盤的工作狀態(tài)進行研究，以完善服務器抗震性能檢測規(guī)范中對硬盤的性能評估方法。

參考文獻

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[12]Iometer user's guide[EB/OL].California：Intel Corporation，2003[2018-05-25].http：//www.iometer.org.

（編輯：莫婕）