云计算数据中心建设运营分析.doc

云计算数据中心建设运营分析
摘要：通过对现在云计算数据中心的建设成本、市场业务发展和综合管理等方面的详细分析，建立云计算数据中心的建设运营模型,结合现阶段国内外云计算发展情况，给出企业、政府及电信运营商建设运营云计算数据中心的建议和意见。
1 云计算数据中心的定义
1。1 云计算与云计算数据中心
云计算的发展与云计算数据中心的建设发展没有必然的联系，是一种松耦合的关系.这一点目前是业界人士对云计算和云计算数据中心的认识有混淆的地方。云计算技术和业务的发展可以基于传统的数据中心和传统的网络架构上发展，只是在此种基础和架构之上,云计算的发展较为缓慢,并且不能发挥云计算的最大优势。而云计算数据中心实际上是为达到数据中心的最大效能，设计出的符合云计算发展模式的数据中心,是一种后匹配方式。那么,在云计算时代我们怎样看待云计算和云计算数据中心的关系呢？
这里我们还是先回归到云计算的本质的思考。云计算本质从2个角度来讲，一是资源分配和分布格局的转变的方式。资源包括计算资源、存储资源和带宽资源。二是向客户提供服务的模式的转变。
从技术角度来讲，云计算是资源分配与分布格局转变的方式。传统IT发展模式下，资源(包含计算、存储等资源）分布是独立小系统的。虽然有可能很多IT设备是在一个数据中心内部，但是他们之间各自用各自的CPU、内存和存储，绝对不会跨域使用资源。而云计算使得大家能共享计算资源，共享的层级可以是对应用系统而言，也可以是对客户而言，甚至在运营商整网而言都存在着共享.对大部分系统而言，共享提高效率是不争的事实。
从客户提供服务的模式角度来看,云计算所提供的是自动化的，高度细化和个性化的服务。这与传统的IT服务的差别也是较大的。传统的IT服务是现成的套餐，除非付出较高的代价,否则无法获得细化及个性化的服务。当然,对于云计算，很多用户会有关于共享的安全性、数据的保密性等顾虑.这里面有一些观念需要大家重新认识，打个简单的比喻,大家都放心把现金存进银行,为什么会不放心把数据存进运营商呢？
一个企业要做云计算,如果这个企业本身就是信息服务提供者，那么她或许更看重的是在技术层面的云计算的先进性,而如果企业本事是客户服务提供者,那么她更可能看重的是云计算服务本身带给客户的价值.后者就是云服务了.
1。2 云服务与云计算数据中心
云服务的实现比云计算的实现要难很多。事实上，一种新型的服务对服务提供者和被服务者都有一定的要求.也就是说,云服务接受对象必须具备一定的IT设施或者IT信息化程度基础之上，才能较好接受云服务,其中信息化程度也包括客户对IT信息化的接受程度、依赖程度和认知程度等相关软性要素.
云服务的实现程度决定了提供云服务的运营商建设云计算数据中心的积极性、能力要求和规模等。众所周知，云计算数据中心具有双重发展方向，一个是云服务，一个是企业内部私有云.前者主要面向客户，产生新收入；后者主要面向企业本身,节省原成本.但是，殊途同归，云计算数据中心的建设运营与其发展方向关系并不大。对于承载主要面向企业内部的私有云的云计算数据中心,是否需要有运营可能会被质疑。从宏观层面考虑，或者说从整个企业角度来考虑,内部私有云实际也是在“创造价值"。因此，运营目标是一致的。
从上面的分析我们可以看出,要想真正提供云服务，云计算数据中心是必不可少的基础。
1.3 云计算数据中心定义要素
一个数据中心究竟具备什么条件才能真正称之为云计算数据中心呢？我们可以这样来定义一个云计算数据中心:
当前科技水平下，云计算数据中心是一种基于云计算架构的,计算、存储及网络资源松耦合,完全虚拟化各种IT设备、模块化程度较高、自动化程度较高、具备较高绿色节能程度的新型数据中心。
从上面的定义当中，我们可以得出云计算数据中心的要素有以下几点：
虚拟化程度：包含服务器、网络、存储等虚拟化。
计算、存储及网络资源的松耦合程度：用户可以单独使用其中任意一、二项资源而不拘泥于运营商的类似套餐打包服务等。
模块化程度：数据中心内的软硬件分离程度，机房区域模块化程度.
自动化管理程度：机房内对物理服务器、虚拟服务器的管理,对相关业务的自动化流程管理、对客户服务的收费等服务自动化管理等。
绿色节能程度:真正的云计算数据中心在各方面符合绿色节能标准,一般PUE值不超过1。5。
2 云计算数据中心的建设分析
2.1 云计算数据中心与传统数据中心的区别
云计算数据中心与传统数据中心的区别主要集中在上述的几个要素当中。
传统数据中心基本没有实现虚拟化，而云计算数据中心最基本的是其内所有服务器、存储都是经过虚拟化的,此举比同规格传统数据中心机房内IT设备利用效率提高60%以上（满负荷情况）.
传统数据中心计算、存储及网络资源是紧耦合的，也就是说其内的IT建设是烟囱式的，根据客户需求一个项目建设一套系统，扩展起来要对系统进行重新设计.而云计算数据中心的所有计算、存储及网络资源都是松耦合的,可以根据数据中心内各种资源的消耗比例而适当增加或减少某种资源的配置。这样能使得数据中心的管理具有较大的灵活性，使得资源配置优化，按照客户需求进行配置.
云计算数据中心的模块化扩展能力也解决了传统数据中心扩容难的问题.传统数据中心在扩展受到系统设计、机房设计及网络设计的影响，对于机房扩容来说是一个系统性的工程，特别是在空间和电力能源有限的情况下，要实现扩容是无法完成的事情，然后，云计算数据中心可以在总体空间和电力提供不变的情况通过提高单机架的容纳能力及降低PUE等方式实现“扩容”.此种能力具有很强的优势，特别是在土地紧张和电力紧张的城市。
自动化管理是传统数据中心没有的功能。云计算数据中心的自动化管理使得在规模较大的情况下，实现较少工作人员对数据中心的高度智能管理。此特性一方面能降低数据中心的人工维护成本，另一方面能提高管理效率，提升客户体验。
至于绿色节能，一般情况，传统数据中心的PUE在1。8-2.5左右,而云计算数据中心一般低于1。6,目前世界上最先进的云计算数据中心可以低达1。1甚至以下。对于规模化的数据中心,能源成本是其持续运营要考虑的非常重要的因素。
2.2 云计算数据中心的建设成本要素
前面分析了云计算数据中心与传统数据中心的区别要素，当然，事实上要建设一个云计算数据中心的成本其实与建设一个传统的数据中心也是有一定区别的.传统数据中心（以IDC为例,不考虑企业自用数据中心）的建设成本包括以下几个方面：
土地成本:购置土地相关成本，其中要考虑数据中心的位置、交通及周边环境、未来发展等方面。
土建成本：一般数据中心的机房建设标准都是较高等级的，特别是抗震、防火、防水、防风等方面的等级要求是很高的.
电力电源设施:电力引入是数据中心需要考虑的重大因素，也是其位置选择的一个重要参考指标.电力电源设施的购置、建设成本在整个数据中心建设当中只有相当大的比例。
基础网络、网络安全设施建设：网络引入是数据中心（特别是IDC）建设需考虑的非常重要的因素。很多数据中心建设地点一般都选在能最接近各电信运营商的骨干节点附近.这对运营性数据中心来说是其未来市场的一个重要保证。网络安全设施也是机房安全的重要保证。
空调及消防设施建设：空调及消防对于数据中心的持续运营有着重要作用，其效能也影响着数据中心的运营成本。
机房内饰、网络布线及机架建设：传统数据中心这些可能会比较简单，然后事实上一个高标准的数据中心对这一块的要求会非常关注，因为机房内饰、网络布线及机架建设都是会影响到机房整体能耗的重要因素。
客户专区、监控专区及外围设施建设：这些区域的建设其实与整个数据中心的安全有着密切关系,也是机房建设必不可少的要素.
以上7大要素是我们建设一个数据中心必须具备的要素,无论是传统数据中心或者是云计算数据中心。但是，如果建设云计算数据中心的话,除了上面7大要素还有以下几个要素：
IT设备采购及建设：云计算数据中心所有IT设备（含网络设备)应该一体化，定制化，这与客户托管数据中心不太一样。当然，相对来说这一块成本会较高。
虚拟化软件、云计算管理系统及相关系统的建设：此要素主要是系统层面的建设，建设周期与采用的软件及集成商有非常的关系。因为是系统层面的关系，这中间有一段时间的调测期，也有一定的时间成本.
当然，对于云计算中心，仍然有些其他要素需要关注，这里暂不一一列举。不过，云计算数据中心建设成本不是在传统数据中心建设成本的基础上简单加上最后两项成本即可。事实上,我们建设同等规模（相同能力）的数据中心，云计算数据中心能力建设成本并不比传统数据中心高。
2.3 国内云计算数据中心建设成本模型
为得出我们建设云计算数据中心的基本建设成本模型，我们可以先做如下假定:
我们欲建设一个纯机架总面积为2A㎡云计算数据中心,机房为三层，一层为电力电源及空调相关设施，二、三层每层为A ㎡机房（每层中间无隔断，网络机柜单独在一个角落)，整个数据中心容积率为ρ，机房设计PUE值为u（13m—4m左右最好,h，P的具体数值应采用计算机模拟计算结果）,取北上广地区土地单价为C元/亩（北上广土地价格与其他二线、三线城市土地价格存在差异，与城市的人均GDP等因素相关，不妨设各线人均城市GDP之比为1：g2：g3,我们可以命名其为城市因子θ，其城市土地价格之比则近似为1：g2∧2:g3∧2），机房制冷率为250w/㎡，北上广空调及制冷相关设施建设成本为L元/kw(其他城市取城市因子θ^(1/2）），取北上广地区工业电力建设成本为D元/kw（二三线城市与北上广电价差异与城市因子相关，不妨简化处理为直接取城市因子θ^（1/2））,北上广地区平均网络建设(含网络安全设备购置）成本为W元/G （网络建设成本与该数据中心区域与骨干节点的网络跳数及地理距离相关，目前也可以近似取城市因子θ^(1/2））,还有几个因素我们也要考虑：国情因子（由地方政府对数据中心及云计算产业重视程度决定)取G1，电信运营商因子Y1（由电信运营商对数据中心及云计算产业重视程度决定），该区域常年平均温度T（按照电信机房温湿度标准，取机房需常年保持温度为25℃，代数差ΔT=T-25，结合u,若ΔT越大，u就越大,空调建设成本越高，我们近似取其线性相关系数为ζ)，每平米消防设施建设费用为F元/㎡（其他城市取城市因子θ), IT设备(主要为服务器和存储）采购成本分解成计算资源采购成本为J元/标准核，存储采购成本为S元/T,虚拟化比例为X:1,虚拟化软件成本为V1元/核，虚拟存储软件成本为V2元/T,虚拟化管理软件为V元/台物理服务器，北上广单机架建设/装修及综合布线成本为Z元/架（其他城市取城市因子θ），单机架的最高功耗为Gkw,单机架最高承受30台服务器重量,机架密度d ㎡/架，北上广机房建筑成本M元/㎡（其他城市取城市因子θ)，随机因子R（此因子表示国内、国际重大事件对成本的影响，一般情况下如无重大事情发生时，R=1）,银行贷款月利息r,土地年升值率为β，机房折旧周期50年，电力电源、IT及网络设备折旧周期10年,软件系统折旧周期5年（软件升级周期）。另外，土地拿到后建设期为6个月。
我们从上面9个因素分别计算相关成本：
土地成本：B1 =(3A/ρ）＊[C*(θ^2）/667]＊ G1＊R
土建成本：B2 =3A*M＊θ*R
电力电源设施:B3 =2*（2A/d）＊G＊u＊D＊θ^（1/2)＊ G1＊R
基础网络、网络安全设施建设:B4 =(2A/d)*（10/11)＊min［(G/0.4）,30］*X＊0。002*W＊θ^（1/2）*R+(2A/d）*(1/11）* min［(G/0.4),30］*0。1*W＊θ^（1/2)＊R
空调及消防设施建设：
空调及相关制冷设施：B5 =(3A＊0.25)*L*θ^(1/2）＊（1+ζ＊ΔT)*R
消防设施建设：B6 =3A*F＊θ＊R
机房内饰、网络布线及机架建设:B7 =（2A/d)*Z*θ*R
客户专区、监控专区及外围设施建设：B8 =(∑Bi）＊0。1(取经验值0.1）
IT设备采购及建设：H1=[（2A/d）*(J＊200＊10/11）+（2A/d）*(S*50＊1/11)]＊R*1。1
虚拟化软件、云计算管理系统及相关系统的建设：H2=｛（2A/d）＊min［(G/0.4),30］＊V+（2A/d)*（V1＊200＊10/11)+（2A/d）*(V2*50*1/11）]}＊R
综合上述条件,我们可以得出云计算数据中心的综合建设成本大致为：
E=∑Bi+∑Hj (i≤8，j≤2)
3 国内云计算数据中心的运营分析
3.1 云计算数据中心的运营要素
同上面对云计算数据中心的建设成本分析一样,我们对云计算数据中心运营先分析其要素，然后给出云计算数据中心的数学模型.
一个数据中心的运营一般首先包含以下要素:
运营成本:运营成本包括电力费用、带宽费用、人工成本、营销成本、宣传成本、管理成本及其他隐性成本。
业务收入：业务收入包括云主机业务、云存储业务及弹性私有云业务,在一定条件下，如果云计算数据中心维护能力足够强的话，可以实现若干SaaS层应用收入。
云计算数据中心的运营成本与传统数据中心的运营在运营要素方面并没有太多区别，但是，各要素的大小则有着本质的区别。
3.2 云计算数据中心运营模型分析
同上章对云计算数据中心基本建设成本分析类似，我们对云计算数据中心(以对外运营的IDC为例)的运营做相关假设，并进行分析:
我们欲运营前面所建设的纯机架总面积为2A㎡云计算数据中心。不妨设该数据中心距离北京为lbkm，距离上海为lskm，距离广州为lgkm，距离其上级骨干节点距离为lnkm,距离运营商国家骨干节点网络跳数为n，北上广工业用电电费为f元/kwh（其他城市取城市因子θ)，北上广互联网带宽费用为k元/G。年（其他城市取城市因子θ^2)，数据中心内的电力设施故障率（转换为特殊形式后）为ed /kw（次。年），网络设施故障率为ew /G(次。年），IT设备设施故障率为ei /核(次.年）,其他设施故障率为et(次。年），系统软件故障率es(次。年），每位员工处理故障能力为ex次.年。北上广数据中心行业的员工平均人工成本为Q元/年(其他城市取城市因子θ^2).业务收入中,我们将细分至每核及每T的收入,同时配给相应的带宽.不妨设北上广每核收入为Vh元/年，每T存储收入为Vt元/年（其他城市取城市因子θ）.带宽的配给已经在建设的模型给出，为每核配给2M带宽,每T存储配给100M带宽.
云计算业务发展进度主要与地域经济发展情况、网络质量和价格关系相关.地域经济发展情况我们取城市因子θ（主要与城市宽带用户数量相关)；网络质量Ω我们按照前面假设与北上广距离及骨干节点跳数等综合确定；价格关系我们不妨假设采取同城市因子（θ^2)相关的特征.三者的权重分别为qc，qw，和qj。这里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。（权重数据非准确数据，在理论上无法计算，是原有IDC业务的经验数据)
网络质量的确定方式:
若min（lb/200,ls/200，lg/200）≤1,n≤1时，取Ω=1；
若min(lb/500，ls/500，lg/500，ln/300）≥1，n≥2,取Ω=0。2；
若min（lb/200,ls/200，lg/200）≤1,3≥n≥2，取Ω=0。5；
若min（lb/500，ls/500，lg/500，ln/300）≥1，n≤1取Ω=0。7；
若n≥4时，取Ω=0。
所以,机房内业务发展进度情况如下：
数据中心建成后一年的业务上架率：
Γ1=Ж1*［θ*qc+Ω*qw+(θ^2)＊qj]，Жi为系数调整,Жi=R*1/Y1
第二年的业务上架率：
Γ2=Ж2*｛Γ1+Ж2 [θ*qc+Ω＊qw+（θ^2)＊qj］}，Γ1≤0。5；Γ2=1， Γ1〉0。5
第三年的业务上架率：
Γ3=Ж3*｛Γ2+Ж3 ［θ*qc+Ω＊qw+（θ^2）＊qj］｝,Γ2≤0。75;Γ3=1,Γ1〉0。5或者Γ2〉0.75
同理，可求出第四年及之后的收入进度,略。一般的，如果Γ5
我们从上述2个方面要素建立运营模型:
1）运营成本：
电力费用：电力费用与业务上架率成正比。（这里作业务测试及上线时客户的非线性用电量的线性处理,取整体比例的1。2倍），同时，单机架的平均功率为最大功率的80%，所以，第i年的电力费用：
带宽费用：如果是电信运营商运营该数据中心,则此处带宽费用为0。而非电信运营商运营该数据中心的话，则第i年的带宽费用有如下计算:
人工成本：人工成本的计算相对复杂.涉及到数据中心的常态管理人员(值班人员）及故障处理人员.不妨假设其待遇相同.
值班人员：当A 当500≤A 当2000
其中,[A/1000]表示除后取整数。
故障处理人员：
营销成本和宣传成本:营销成本每年基本稳定，宣传成本基本与上一年业务上架率成反比。
营销成本：Yyi=E＊5%
宣传成本:Yxi=E＊（2%)/Γi-1 (i〉1），一般取Yx1= E＊(3％）
管理成本及其他隐性成本：Ygi=E*2％
2）业务收入：
　　4 国内云计算数据中心建设运营建议
4.1云计算数据中心建设运营综合分析
从上面分别对云计算数据中心能力建设和运营的分析及模型的建立，我们在一定程度上可以分析出建设运营一个云计算数据中心的盈利模型：
综合建设成本模型：
Ec={B1*(1+r)^6+B2+B3+B4+B5+B6+B7 +B8+H1+H2}＊（1+r）^（12*10)
第i年综合建设成本:
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年的综合运营成本：
Yci=Ydi +Yki +Yri +Yyi +Yxi +Ygi
第i年的业务收入
Ui= Uzi +Usi +Uti
则此云计算数据中心的盈利模型为：
Pro(i)= Ui—Eci-Yci=［1+ψ＊（H2/E）]＊{ （2A/d）*（10/11）*200＊［(Γi+Γi-1）/2］*Vh*θ+(2A/d)＊（1/11）＊50*［（Γi+Γi-1）/2]＊Vt＊θ｝— {[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)*［（Γi+Γi-1）/2]＊1。2＊G＊0.8＊24*365*f＊θ—｛（2A/d)*［(Γi+Γi-1)/2]＊1.2*200*（10/11）*0。002+（2A/d）*［(Γi+Γi-1）/2]*1。2*(1/11）＊50＊0.1｝＊k＊(θ^2）-Q＊（Nx+N）*（θ^2）—E＊5%—E*(2％)/Γi—1 —E＊2%
4.2 云计算数据中心的建设、运营建议
一、云计算数据中心的地址选择是一个非常复杂的事情.这里要考虑的因素有很多，政府因素、电信运营商、土地价格、网络质量、业务发展预期等等。上面模型给出只是从若干角度出发的一个大概模型，最终的选型还需要根据相关经验等综合决定。
二、越是成熟的云计算数据中心,电力成本在运营中的作用体现的越明显。因此，云计算数据中心的运营中如何压缩电力成本是我们必须给予足够考虑的因素。而我们从业务上架率的模型分析中可以看出，最终决定上架率及反影响价格的是云计算数据中心覆盖范围内的宽带用户数量，也就是说，随着我国宽带用户的不断增长，云计算数据中心中的网络因素的作用是逐渐减少的，因此，运营商特别是电信运营商在建设云计算数据中心时必须足够重视并考虑此问题。
三、云计算数据中心的运营有一个与传统数据中心运营明显差别的地方，传统数据中心的运营中,营销与宣传成本其实相比较而言会较高,而云计算数据中心则是前高后低型,特别是宣传成本与机房占有率完全成反比。
四、事实上，云计算数据中心的人工成本相比传统数据中心会降低很多，主要原因是云计算数据中心的自动化程度较高。这样其实也对维护数据中心的人员的素质要求提高了很多。因此，云计算运营企业对员工的能力培养事实上会是一个云计算数据中心运营成败的一个关键因素。
五、云计算数据中心的运营对网络质量的依赖程度高于传统数据中心，而我们可以通过对网络质量模型的分析看出，网络质量与网络节点跳数有很大关系,所以,如果运营性云计算数据中心的网络跳数大于2，从运营角度来说，是不合算的。
5 小结
通过上面对云计算数据中心的建设运营的数学模型的综合分析，我们可以看出,云计算数据中心的投资建设及日常运营是一个系统性非常强的事情，在我们国内涉及到国情、政府行为、电信运营商情况、国家互联网结构、业务发展水平、国内土地价格及物价水平、经营管理水平和营销力度等。因此，投资建设并运营一个云计算数据中心（ 作者：曹鲁 ）