CN1842948A - 机架体系结构和管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例提供了一种完全分布式、可缩放、模块化机架体系结构和管理系统。本发明的一个特征提供了一种利用集成到机架柜内的垂直接口柱对整个机架系统进行装置管理。在垂直接口柱的每个机架单元(U)内，垂直接口柱可以对容纳在机架柜内的装置实现连通性，从而不布置管理这种装置通常所需的电缆。利用热调换接口模块，在需要时，可以扩展该垂直接口柱，以对更多装置实现连通性。机架管理系统允许对接入安装在该机架柜内并连接到该垂直接口柱的所有装置进行本地和远程管理。机架管理系统还可以访问安装在其他机架柜内的装置。

Description

机架体系结构和管理系统
相关专利申请的相互参照
该美国(US)非临时专利申请要求发明人Edward Behrens、Tho Tu、Van T.Hua以及David Wang于2003年8月27日提交的标题为“Distributed，Scalable Rack Equipment and Server Management System”的第60/498,193号美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明的各种实施例涉及用于计算机和其他电子装置的围封机架柜。更具体地说，本发明的至少一个实施例涉及具有接口柱的机架体系结构，它可以减少机架柜中的布线并集中管理系统，以便有效监视并控制机架柜中的装置。
背景技术
围封机架柜已被用于容纳多个计算机和其他装置。这种机架柜提供在有限空间内容纳许多计算机和/或者其他装置的方法。通常容纳大量计算机的数据中心常使用多个机架柜容纳各种计算机、存储装置和其他电子装置。
由于数据中心中具有大量计算机和其他装置，所以机架柜内通常密集设置计算机和/或者其他装置。然而，每个计算机和/或者装置通常具有一条或者多条用于电源和信号的电缆。这常会导致电缆在机架柜背面非常混乱，不便于拆除、更换和/或者维修机架柜内的计算机或者其他装置。
典型的机架管理解决方案集中在管理图像的一个方面，而没有共同的接口或者控制方案。某些解决方案通过网络或者电源管理的远程控制，提供远程键盘、视频和/或者鼠标接入。然而，没有用于管理整个机架柜和/或者各机架柜的数据中心的产品。大多数这种管理解决方案和/或者产品还不能基于每端口缩放(scaleable)，而是一次多个端口(例如，一次8个)。因此，难以根据需要附加功能和/或者资源。
另外，由于现有技术解决方案提供分立管理接口，所以不便于管理、维护和监视具有几个服务器机架的数据中心。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种全分布式、可缩放的模块式机架体系结构和管理系统。本发明的一个特征提供在具有集成在机架柜中的垂直接口柱的整个机架内进行装置管理。在垂直柱的每个机架单元(U)中，通过可热调换服务器接口模块卡(SIM)，该系统提供与键盘、视频与鼠标(KVM)、通用串行总线(USB)以及串口RS232的连通性。在一个实现中，可以将机架柜内直接位于装置(例如，服务器、网络装备、存储装置等)后面的1到42个SIM模块(在每个U中或者1.75”槽中)设置在垂直柱上，从而消除管理这种装置通常所需的电缆垂直布设。
垂直柱馈入控制模块中，该控制模块是通常安装在机柜顶部的IU框架。除了执行核心控制和切换逻辑之外，控制模块还具有热调换用户卡槽。这使得每个机架装置可以被一个或者多个共存用户控制。通过可以将可机架安装的集成键盘、显示单元以及鼠标安装在平板抽屉内的本地接口模块(LIM)，这些用户可以在本地访问机架内的装置。此外，在控制单元中可以采用远程接口模块(RIM)，以通过10/100/1000TCP/IP网络提供远程管理。利用独立保密登录程序或者通过由该网络的活动目录协议提供的初级保密方案，客户软件应用程序可以保证访问服务器机架中的装置。
该控制模块可以提供附加串行管理端口，以控制诸如配电单元、环境管理、柜锁以及用于管理网络集线器或者交换机的直接连接的装置。该控制模块还具有用于选装的外部调制解调器的专用端口，以便在发生灾难性网络故障时，保证远程管理拨号接入该系统。
该垂直柱的一个实施例提供了一种较小集成柱，它可以经济地处理14U、28U或者任何子42U组合的紧凑选项。
本发明的一个特征提供对机架柜内的服务器、网络、电源和环境装置到一个IP地址的集中管理。另外，本发明的实施例提供了可缩放的解决方案，该方案允许附加部件和/或者装置(例如，服务器、网络装备等)，而且可以调整访问这些装置的用户总数量。这样允许客户增大它们的体系结构，而无需在初始配置时投资超大装置。
本发明的一个实施例对机架内的装置的输入/输出装置(例如，键盘、视频显示器、鼠标、串行接口和/或者通用串行总线(USB))的组合提供低级连通性。在机架内可以本地寻址这些输入/输出装置，或者通过IP网络远程寻址这些输入/输出装置。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的机架管理系统的各种部件的方框图。
图2和图3示出根据本发明一个实施例的安装在机架柜内的垂直柱。
图4示出根据本发明一个实施例其上安装了服务器接口模块的垂直柱。
图5示出根据本发明一个实施例的控制单元。
图6示出根据本发明一个实施例垂直柱如何连接到控制单元。
图7是示出根据本发明一个实施例的服务器接口模块的各部件的方框图。
图8示出根据本发明一个实施例可以用于将服务器连接到服务器接口模块的混合电缆的一个实施例。
图9是示出根据本发明一个实施例的级联服务器接口模块的方框图。
图10是示出根据本发明一个实现的底板模块的方框图。
图11是示出根据本发明一个实施例的中板模块的方框图。
图12是示出根据本发明一个实施例的控制模块的方框图。
图13是示出根据本发明一个实施例的本地接口模块(LIM)的方框图。
图14是示出根据本发明一个实施例的远程接口模块(RIM)的方框图。
图15是示出根据本发明一个实施例的用户级联接口模块的方框图。
图16示出从系统级联至主系统之间的连接配置的一个实施例。
图17是示出根据本发明一个实施例的双冗余电源(DRPS)系统的方框图。
图18至20示出根据本发明一个实施例使操作员访问并管理可通信地连接到控制单元的装置的用户接口装置。
具体实施方式
为了有助于全面理解本发明，在下面的说明中，描述了本发明的大量具体细节。然而，本技术领域的技术人员明白，在没有这些具体细节的情况下，也可以实现本发明。在其他例子中，没有详细描述众所周知的方法、过程和/或者部件，以免不必要地使本发明的各方面模糊不清。
在下面的描述中，特定专门术语用于说明本发明一个或者多个实施例的特定特征。例如，术语“数据中心”指一个或者多个位于同一位置，或者通过网络连接的一个或多个机架上的一个或者多个计算机、服务器、存储装置和/或者网络装备的集合。象在机架柜、服务器机架等中一样，术语“机架”是指容纳一个或者多个服务器、存储装置和/或者网络装备的任意物理结构。术语“接口柱”包括具有电耦合器的柱，它们可以位于任意方向上，包括垂直方向。
通常，本发明的一个实施例提供了一种用于桥接来自不同卖主的不同专有管理协议和各种数据中心产品的集中式机架管理系统。机架管理系统的一个特征是减少或者消除服务器机架内管理电缆的垂直布设。机架管理系统的另一个特征提供了可以对每个特殊应用程序定制的“随增长变化”(pay-as-you-grow)服务器机架和管理平台。
根据本发明的一个实施例，每个机架柜可以与相应的网间协议(IP)地址相关。这样便可以访问、控制和管理容纳在每个机架柜内的装置，例如，服务器、数据存储装置和/或者网络装备。这种特征不仅可以通过公共接口管理服务器，而且还集成诸如资产管理、保密管理和电源管理的功能。
本发明的一个方面解决了高密度服务器和网络装备管理的问题。由于服务器和网络装备硬件制造商的各种专有管理解决方案，管理被割裂。由于在整个数据中心采用分组机架，所以本发明还可以集中管理每个独立机架柜中的服务器、电源和环境状态。
传统的机架管理解决方案通常要求用户终止机架柜的某个水平面内上的带外管理电缆(例如，42的机架单元23)。本发明的一个实施例使用垂直柱，以在垂直面上分布管理硬件连通性，从而消除布线和电缆管理问题。另外，本发明提供了一种完全可缩放解决方案，它用于管理机架内多个装置(例如，1到46装置一42键盘、视频、鼠标、USB、串口以及4个附属串行装置)，而且还可以使一个或者多个用户同时寻址或者访问该装置。
可以对本发明的一个实现进行缩放和/或者配置，以处理1到N个装置，其中N是安装在机架内的装置(例如，服务器、网络装备、数据存储装置等)的最大数量。可以配置这种系统，以便安装在第一机架柜内的一个用户接口装置允许操作员监视和/或者控制位于第一机架柜和其他机架柜中的装备和/或者计算机服务器。
图1是示出根据本发明一个实施例的机架管理系统各种部件的方框图。在该实现中，管理系统包括两个子系统、垂直柱102以及控制单元104。例如，通过电缆系统，它们可通信地连接在一起，以传递数字信号、模拟信号和电源。
垂直柱102支持一个或者多个开关底板模块(BM)106。每个底板模块106可以容纳至多N(例如，N是14)个服务器接口模块(SIM)108。另一方面，如果机架单元位置没有机架装置，则可以利用服务器级联模块110代替服务器接口模块108，以将控制扩展到从系统。中板模块(MM)118可通信地连接到每个底板模块106，以合并多个底板总线112。
每个服务器接口模块108紧密邻近对其分配了机架单元位置的机架装置114(例如，服务器或者网络装备)。通过短电缆116，服务器接口模块108可通信地连接到其相应服务器114。在本发明的一个实现中，短电缆116承载包括视频(例如，VGA)、PS/2键盘/鼠标、通用串行接口(USB)以及串口RS232的接口组或者接口子组。服务器接口模块108具有必要硬件和软件，以对服务器114期望的物理装置进行仿真。即，服务器接口模块108将各种数字信号合并/汇合到一条高速总线以及分立模拟视频线上。
可以配置底板模块106，以选择性地使高速数字“管线”和视频从每个服务器接口模块分别切换到N(例如，N是4)个用户总线。在垂直柱102的顶端，具有中板模块118，它对服务器接口模块信号执行第二级切换选择，以汇合来自所有底板模块106的服务器接口模块信号112，并将它们分别连接到N个用户总线130。除了这种高速数据和到每个服务器的模拟视频切换通路，还存在连接所有模块(例如，SIM、BM、MM)的串行总线，以通过控制单元122内的控制模块(CM)120，提供运行控制和维护(管理)控制。
控制单元122设置了控制模块120、单板计算机(SBC)124以及双冗余电源(DRPS)126。控制模块120设置了允许插入用户模块(UM)128的底板系统。至少存在三种不同类型的用户模块：本地用户接口模块(LIM)、远程用户接口模块以及用户级联接口模块(UCIM)。控制模块120具有多个用于管理和控制所有模块(例如，SIM、BM、MM、UM)的处理器，而且，控制模块120还设置了用于远程管理的网络接口。通过该网络接口140，到服务器114的数据通路和管理总线扩展到本地系统边界之外。
双冗余电源126包括两个相同电源132和134，以各种方式，根据交流输入输出直流电压，它们利用适当隔离组合在一起，以便在电源之一出现故障时，继续正常运行。
单板计算机124可以是具有足以运行具有高性能应用程序的嵌入式操作系统(例如，微软Windows XPTM)的处理能力和资源(例如，RAM、海量存储、网络控制器等)的独立模块。根据本发明的一个实现，运行在单板计算机124上的软件可以实现自动自配置并设置管理的服务器114。单板计算机124执行用于从服务器114连续采集数据的应用程序，从外部接收控制事件以及影响其内的状态和配置的变化。单板计算机124执行上述任务，上述任务通常属于IT专家执行的决策过程和实现。
服务器级联模块110可以代替服务器接口模块108之一，目的是控制其他从系统150。可以对该从系统配置用户级联接口模块，以利用主系统122进行控制。通过一个或者多个电缆152，主系统122与从系统相连。除了主系统的服务器资源之外，一旦从系统连接到主系统，从系统上的所有服务器资源也对主系统可用。在一个实现中，主系统具有连接到从系统控制单元内的用户级联接口模块的级联模块110，以便主系统对从系统进行控制和/或者监视。
图2和图3示出根据本发明一个实施例安装在机架柜内的垂直柱。在本发明的一个实现中，机架柜202包括具有在其上可以固定垂直柱208的横架或者托架206的背部204。垂直柱208可以容纳在沿横架206的各位置上。机架柜202还限定了可以在其内安装一个或者多个装置，例如，服务器、网络装备和/或者其他装置的空间210。
根据本发明的一个实施例，为了支承垂直柱208，机架柜202包括两个或者两个以上横跨标准19”机架柜的安装托架206。在高度方面，每个托架206可以是对称的，而且是1U。在本发明的一个实现中，一个托架206A安装在第一机架槽(例如，单元编号1)的后面，另一个托架206B安装在最后一个机架槽(例如，单元编号42)的后面。托架206连接到机架柜202的安装支承上，而垂直柱208设置在键孔216内，键孔216在机架柜202内提供用于连接机架装置(例如，服务器、网络装备、存储装置等)的最佳位置。沿托架206的长度，存在多个键孔安装点216。
根据本发明的一个实现，垂直柱208是42U框架，它的横截面大约是3.3英寸×3.75英寸。垂直柱208中的每个U包括可以装入用于保证装置接入的服务器接口模块108、级联模块152或者空白盖的槽。一个或者多个底板模块106可以位于垂直柱208上，以容纳服务器接口模块212(图1、108)。通过垂直柱208中的电缆和/或者总线，底板模块106电连接到中板模块214(图1、108；图4、404)。
可以配置垂直柱208，以设置不同数量的U槽。例如，垂直柱208可以缩小到28U或者14U或者任意子42U的组合高度。因此，在需要时，可以改变垂直柱208内的底板模块的数量。
图4示出根据本发明一个实施例具有安装在其上的服务器接口模块212的垂直柱208。沿每个1U部分，垂直柱208容纳模块化服务器接口模块212。服务器接口模块212连接到沿垂直柱208背面排列的一个或者多个底板模块402上的连接器。这种体系结构有助于缩短用于使安装在机架柜202内的服务器或者其他装置与其相应服务器接口模块212的可通信地连接在一起的接口电缆的长度。如上所述，还可以沿支承横架206调整整个垂直柱208的位置，以进一步将垂直柱208与机架柜202内的服务器或者装置之间的距离缩短到最小。
服务器接口模块212可以位于现场，而且用户可以安装它，以考虑到扩展和柔性。例如，由于在机架柜202上附加了服务器和/或者网络装备，所以用户可以在垂直柱208上附加服务器接口模块212。另外，垂直柱208还可以用于附加用于容纳诸如网络布线和/或者其他类型的电缆的用于机架柜202的附加电缆机构。
图5是根据本发明一个实施例的控制单元502(如图1中的122所示)。控制单元502包括：双冗余电源504，用于保证可靠运行；以及一个或者多个单板计算机506，用于实现增强的系统特性。另外，控制单元502还可以包括一个或者多个控制模块510和一个或者多个用户模块508，以利用机架柜202内的服务器和其他装置管理的通信接口。通过控制单元502，多个用户模块510可以用于保证本地接入、远程接入和/或者级联接入服务器接口模块(图1中的108)。用户模块和控制模块508可以是安装在现场的分立部件，以考虑到扩展和柔性的分离部件。
图6示出根据本发明一个实施例垂直柱208如何连接到控制单元502。垂直柱208的顶部保证到控制模块502的电源连接和信号连接。一个或者多个电源电缆和/或者通信电缆602从控制单元502连接到安装在垂直柱208上的中板模块404。
在本发明的一个实现中，在机架柜202的内部，控制模块502可以安装在垂直柱208上方，占据1U空间。由于它处于服务器和网络装备U空间之上和之外的区域内，所以最好将那里的所有外部接口引出，以便无混乱布线。
图7是示出根据本发明一个实施例的服务器接口模块700(如图1中108所示)的各部件的方框图。服务器接口模块700(还如图4中212所示)是小型可以插入垂直柱208中的接口的电子电路板或者卡。多个服务器接口模块700沿垂直柱208(如图4所示)分布。
服务器接口模块700的一个用途是减少沿机架柜202背面布置的电缆的数量。通过将多条电缆集中成一条多用途电缆，服务器接口模块700减少沿机架柜202背面布置的电缆的数量。服务器接口模块700具有插入沿垂直柱208底板分布的总线中的接口701。该底板总线承载送到和来自服务器接口模块700的多个不同信号，例如，板ID、TTL信号、通用串行总线(USB)和RGB视频与同步。可以将这些信号集中到一个接口上，以将它们连接到机架柜中的装置(例如，服务器、网络装备、存储装置等)。
混合电缆可以用于将所有信号捆绑到位于服务器接口模块700的末端的一个电缆接口上，同时在服务器或者网络装备的末端设置多个标准接口。图8示出根据本发明一个实现可以用于将装置，例如，服务器或者网络装备连接到服务器接口模块的混合电缆800的一个实施例。混合电缆800和垂直柱208减少需要布设到机架单元中的每个服务器的各电缆的数量。
根据本发明的一个实现，混合电缆800包括位于第一端连接到服务器接口模块的连接器802。在对端803，混合电缆800分路成多个电缆接口。例如，混合电缆800的第二端被分路到通用串行总线(USB)接口804、键盘连接器806、视频连接器808、鼠标连接器810以及串行端口连接器812。
根据本发明的一个实现，连接器802是二十五(25)管脚连接器，在其上这样分配管脚，以致可以充分支持位于第二端803的所有连接器。例如，下表列出用于将各连接器组合为混合25管脚电缆连接器的一种方案。
25管脚连接器          相应信号
18                    RS232-Rx数据
19                    RS232-Tx数据
20                    RS232-信号接地
25                    USB-电源
23                    USB-数据+
24                    USB-数据-
22                    USB-接地
7                     键盘-数据
6                     键盘-信号接地
9                     键盘-电源(+5V)
8                     键盘-时钟
12                    鼠标-数据
6                     鼠标-信号接地
13                    鼠标-电源(+5V)
11                    鼠标-时钟
1                     视频-红
2                     视频-绿
3                     视频-蓝
14                    视频-红信号返回
15                    视频-绿信号返回
16                    视频-蓝信号返回
17                    视频-同步接地
21                    视频-DDC时钟
10                    视频-DDC数据
4                     视频-水平同步
5                     视频-垂直同步
在这种方式中，连接器802的所有二十五(25)个管脚均用于电连接到连接器804、806、808、810以及812。
再一次参考图7，服务器接口模块700可以包括多个部件，用于处理和/或者管理通过服务器接口模块700的信号。微控制器702接收板ID信号703，然后，确定特殊信号是否寻址到它。如果如此，则管理总线704承载送到和来自微处理器702的TTL串行信号705。总线704可以用于承载送到和/或者来自远程系统的控制信号。外围处理器710对连接到服务器接口模块700的服务器的键盘和/或者鼠标端口706和708进行控制，以使它传递到处理器712，然后，可以用于将它们送到远程系统。另外，一个或者多个外围处理器710和712可以用于处理和传递垂直柱底板和连接到服务器接口模块700的服务器之间的信号。例如，外围处理器710和712可以从该底板接收USB信号，而且可以将USB信号发送到底板，然后，将其变换为送到服务器端口的一个或者多个信号，例如，RS232端口714信号或者其他USB端口716信号。诸如来自服务器视频端口718的视频信号的其他信号可以通过服务器接口模块送到底板701，而不被干扰。微控制器702可以访问服务器接口模块中的所有可编程装置(12C EEPROM、PS2处理器)，它还可以与服务器接口模块板700上的其他处理器(USB处理器、PS2处理器)通信。这些都是在生产期间，可以自建立和配置服务器接口模块700的重要特征。
为了可以在不需要关闭连接到垂直柱的机架柜中的所有装置的情况下，增大垂直柱中的模块数量，服务器接口模块700是可热调换的。利用“检测然后启动”保护电路，在用于识别何时连接了新装置或者新装置何时联机，然后，利用该保护电路启动它们的机架系统监视软件的所有模块上，可以实现这种可热调换特征。
图9是示出根据本发明一个实施例的服务器级联接口模块900(如图1中的110所示)的方框图。服务器级联接口模块900是可以插入垂直柱208中的接口的小型电子电路板或者卡。可以沿垂直柱208分布多个服务器级联接口模块900(如图4所示)。
服务器级联接口模块900的一个用途是将第一系统的控制和访问扩展到其他从系统。服务器级联接口模块900具有可以插入沿垂直柱208的底板布置的总线中的接口901。该底板总线传输送到和来自服务器级联接口模块900的多个不同信号，例如，板ID 903、TTL信号905、通用串行总线(USB)以及RGB视频与同步。这些信号被集中到一个接口916，以将它们连接到驻留在从系统上的用户级联接口模块(图5中的1500)。
专用或者标准现有电缆可以用于将所有信号捆绑到使服务器级联接口模块900与从系统的用户级联接口模块(图5中的1500)互连的单电缆接口或者双电缆接口。将服务器级联接口模块900中的视频驱动器918和数据串行器驱动器/接收机914与连接器接口916结合在一起进行设计可以减少否则需要布设在级联机架单元之间的单独电缆的数量。
服务器级联接口模块900可以包括多个部件，用于处理和/或者管理通过服务器级联接口模块900的信号。微控制器902接收板ID信号903，然后，确定某个信号是否寻址到它。如果如此，则管理总线904传输送到和来自微处理器902的TTL串行信号905。该总线904可以用于传输送到和/或者来自远程系统的控制信号。另外，一个或者多个外围处理器910和912可以处理和传送垂直柱底板和连接到服务器级联接口模块900的从机架单元之间的信号。例如，外围处理器910和912可以接收来自底板的USB信号并将USB信号发送到该底板，然后，将其变换为送到数据串行器驱动器/接收机914和级联连接器916的一个或者多个信号。诸如来自级联连接器916的视频信号的其他信号可以通过视频接收机/驱动器918到达底板901，而不被干扰。微控制器902可以访问服务器级联接口模块900中的所有可编程装置(例如，I2CEEPROM、数据串行器程序)，它还可以与该板上的其他处理器：USB处理器、数据串行器914，通信。这些都是在生产期间允许自建立和配置该板的非常重要的特征。
为了在不需要关闭连接到垂直柱的机架柜中的所有装置的情况下，增大垂直柱中的模块数量，服务器接口模块900是可热调换的。利用“检测然后启动”保护电路，结合用于识别何时连接了新装置或者新装置何时联机，然后，利用该保护电路启动它们的机架系统监视软件，在所有模块上，可以实现这种可热调换特征。
图10是示出根据本发明一个实现的底板模块1000的方框图。底板模块1000位于垂直柱内，而且设置了在其上连接一个或者多个服务器接口模块(图1中的108，图7中的700)的一个或者多个接口。底板模块1000是开关，它使服务器接口模块卡(图1中的108，图7中的700)插入连接器1002中，以对正确目的地用户模块供电，并使信号路由选择该正确目的地用户模块。在本发明的一个实现中，每个底板模块1000被分段，以处理至多十四(14)个服务器接口模块卡(图1中的108，图7中的700)，以柔性排列不同产品配置。
底板模块1000包括微控制器1004，它对多个开关1006、1008和1010进行控制，以选择通过连接器1002可以连接到底板模块1000的多个服务器接口模块(图1中的108，图7中的700)之一。即，同步选择器1006选择来自连接到连接器1002的服务器接口模块(图1中的108，图7中的700)的多个同步信号之一，视频开关1008选择来自服务器接口模块的视频信号之一，USB开关1010选择来自服务器接口模块的USB信号之一。来自管理总线接口1012的信号被传送到微处理器1004，而且可以来自微处理器1004，然后，直接送到第二个管理总线接口1014，直至服务器接口模块。底板模块1000还可以包括服务器接口模块检测然后启动单元1016，以检测服务器接口模块(图1中的108，图7中的700)何时连接到连接器1002，然后，使该服务器接口模块运行。在指示复位时，模块复位单元1018使底板模块1000复位服务器接口模块。
图11是示出根据本发明一个实施例的中板模块1100(如图1中的118所示)的方框图。中板模块1100是开关，它将来自不同底板模块106(图1)的信号集中到连接到控制模块120(图1)的总线。中板模块1100具有与底板模块1000相同的布局。微控制器1104对送到中板模块1100和来自中板模块1100的信号进行控制。通过管理总线1112，微控制器1104接收控制信号，然后，相应地配置选择器1106和开关1008和1110，以使信号传送到某个底板连接器1120，以及从1120传送信号。中板模块1100还可以包括底板检测然后启动单元1116，以检测底板模块(图10、1000)何时位于底板连接器1120上，然后，使该底板模块运行。在指示复位时，模块复位单元1118使中板模块1100复位底板模块(图10中的1000)。
中板模块1100有助于降低垂直柱102与控制模块120(图1)之间的布线要求。即，不是从每个底板模块(图1中的106)到控制模块120布设多条电缆，而是在控制模块电缆连接器1122与控制模块连接器130(图1)之间使用一条电缆。
图12是示出根据本发明一个实施例的控制模块1200(如图1中的120所示)的控制模块1200的方框图。控制模块1200设置了主开关控制单元和用户接口系统。根据本发明的一个实现，控制模块1200是高度是1U的控制单元(图1、122)的一部分。控制模块1200具有板检测特征与分离用户模块总线1202，因为该原因，而且因为软件支持，所以用户模块(图1中的128)可以是可热调换的，以在不需要关闭连接到垂直柱的机架柜中的控制单元(图1中的120；图5中的502)、垂直柱和/或者装置的情况下，扩充控制单元(图1中的120；图5中的502)中的用户模块(图1中的128)数量。
控制模块1200的一个实现包括多个用户卡槽或者连接器1202，它允许多个用户通过控制模块1200同时访问服务器。本地接口模块(LIM)、远程接口模块(RIM)以及用户级联接口模块(UCIM)的混合体可以插入用户卡连接器1202，而且可以通过连接器1204接入中板118(图1)。控制模块的控制处理器1218通过接口1206管理中板，而通过串行控制器1208管理用户模块。网络处理器1212对系统提供网络接入，它通过1220与外部网络桥接，通过1210桥接到用户模块，以及通过1214桥接到控制处理器1218。通过串行接口1214，控制处理器1218还可以将管理功能扩展到所有外部机架体系结构，例如，风扇、服务器的智能供电板、UPS等。网络处理器1212和控制处理器1218共享数据闪速存储器1216，以保存所有种类的非易失性信息。
控制模块1200还可以包括多个连接器和/或者接口，例如，RJ45连接、10/100/1000Mb链路和10/100Mb系统管理总线。
图13是示出根据本发明一个实施例的本地接口模块(LIM)1300的方框图。本地接口模块1300是一种可以插入控制模块1200的用户模块连接器1202中的用户卡。本地接口模块1300提供本地访问连接到垂直柱的服务器。
根据本发明的一个实现，本地接口模块(LIM)1300可以包括具有处理器和存储器的微处理器子系统1302。本地接口模块1300可以包括用于键盘接口1304、鼠标接口1306、视频接口1308以及一个或者多个USB接口1310和1312的一个或者多个接口端口或者连接器。键盘接口1304、鼠标接口1306允许用户对本地接口模块进行输入，同时USB子系统1314和1316以及接口1310和1312可以使符合USB的装置连接到本地接口模块1300。视频子系统1318和1320以及接口1308可以连接诸如显示器的输出装置，通过该显示器，用户可以观看本地接口模块1300上执行的应用程序以及来自一个或者多个用户选择的服务器的存取信息和/或者应用程序。例如，本地接口模块1300可以提供屏幕上显示，以使用户或者操作员导航安装的系统(控制单元、垂直柱、中板模块、底板、服务器等)。
与系统管理软件一起使用的本地接口模块1300可以使键盘、视频和鼠标接入垂直柱和电连接到其的所有部件。
另外，本地接口模块1300可以提供允许用户管理和配置诸如路由器或者管理开关的串行装置的终端模拟器。本地接口模块1300还可以支持选装的USB装置共享。这可以用于外围装置固结(consolidaton)和/或者生物保密装置。
根据本发明的一个实现，USB装置共享可以将一个或者几个USB外围装置连接到服务器机架的本地管理卡。然后，服务器机架中的服务器可以接入外围装置。这样可以对每个服务器机架使用一个装置，例如，CD-ROM，这与当前将分立装置，例如，CD-ROM集成到每个服务器或者计算机中的趋势相反。在另一个实现中，卡阅读器和/或者生物阅读器可以用于提供服务器验证。代替每服务器具有一个验证装置，或者在每个专门用于支持外部验证装置的服务器中具有单独的USB开关，服务器机架管理系统可以与所连接的每个服务器共享该验证装置或者外围装置(例如，卡阅读器、生物阅读器等)。这些USB装置可以连接到本地接口模块1300，而通过该柱的接通或者断开保证连接到在垂直柱上与服务器接口模块1300相连的服务器。
图14是示出根据本发明一个实施例的远程接口模块(RIM)1400的方框图。远程接口模块1400允许用户或者操作员通过IP网络导航安装的系统(例如，控制单元、垂直柱、中板模块、底板模块、服务器等)。远程接口模块1400是一种可以插入控制模块1200的用户模块连接器1202中的用户卡。远程接口模块1400包括微处理器1402，它与USB子系统1404和视频子系统1406和1408一起将来自控制模块接口1202的信号翻译成IP分组，然后，通过以太网接口1410，将该数据传送到控制模块120的网络端口1220。
在本发明的一个实现中，最多4个远程接口模块1400卡可以安装在控制模块内，以保证4×N开关接入，其中N通常是四十二(42)。远程接口模块1400可以数字化视频信号，然后，将它与其他数字数据(例如，USB和/或者管理数据)一起分组化为IP分组，以通过因特网，将它发送到远程位置。
图15是示出根据本发明一个实施例的用户级联接口模块(UCIM)1500的方框图。通过级联电缆互连(图16中的1602)，UCIM 1500允许用户或者操作员在外部主机架单元上导航安装的从系统(例如，控制单元、垂直柱、中板模块、底板模块、服务器等)。用户级联接口模块1500是一种可以插入控制模块1200的用户模块连接器1202中的用户卡。用户级联接口模块1500包括微处理器1502，它与USB处理器1504和视频接收机/驱动器1506一起将来自控制模块接口1202的信号转移到数据串行器驱动器1508和级联连接器1510，然后，通过级联电缆束(图16中的1602)传送该数据。在本发明的一个实现中，配置级联接口模块(图5中的1500)，以点对点通信方案，将修正后的模拟视频和数字数据送到外部主机架单元，以允许用户或者操作员在外部主机架单元上导航安装的从系统。
在本发明的一个实现中，至多4个用户级联接口模块卡(图5中的1500)可以安装在从控制模块(图1中的120)上，以使4×N开关接入主机架单元，其中N通常是四十二(42)。图16示出从系统级联至主系统之间的连接配置的一个实施例。通过级联电缆1602，控制单元1601中的用户级联接口模块1600受控于主垂直柱1606中的服务器级联模块(图16中的1604)。这样，位于第一机架单元内的控制单元1608可以控制连接到位于第二个机架单元内的控制单元1601和从垂直柱1610的装置和/或者服务器。
图17是示出根据本发明一个实施例的双冗余电源(DRPS)系统1400(例如，如图1中126所示)的方框图。该系统利用连接到冗余电源1706和1708的双AC输入源1702和1704供电。这样使分立AC馈电器1702和1704进入用于防止配电单元和电源模块发生故障的单元126。如果电源发生故障，则控制单元122通知用户，以设置预定维护时段。配电模块1710将冗余电源1706和1708输出的DC电源馈送到控制模块120、单板计算机124、垂直柱102(图1)以及其他装置。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用户接口装置，它可以使操作员访问和管理可通信地连接到控制单元122的装置，包括：单板计算机124、控制模块120、中板模块118、垂直柱102、底板模块106、服务器接口模块108、电源126以及服务器114。在一个实现中，用户接口装置是包括有平面板显示单元、键盘以及触摸板系统、安装在标准机架式安装柜内的1U高的外壳。为了在本地访问和管理系统，该系统考虑到与本地接口模块的直接连通性。图18至20示出根据本发明一个实施例允许操作员访问和管理可通信地连接到控制单元122的用户接口装置。图18示出用户接口装置1800的俯视图和侧视图。用户接口装置1800的尺寸是这样的，以致在一个位置，它装入机架单元的一个U空间内。用户接口装置1800可以连接到允许用户接口装置1800在滑入和滑出机架单元的导轨1802。图19示出位于封闭位置的用户接口装置1800的透视图。图20示出位于开放位置的用户接口装置1800的第二个透视图。用户接口装置1800可以包含：显示单元2002、键盘2004以及定位装置2006，以允许用户操作用于控制其他机架安装装置的软件程序。
根据本发明的各种实施例，一个或者多个用户接口装置1800可以安装在一个或者多个机架柜内，以允许用户访问多个联网机架柜中的装备和/或者服务器。例如，一个用户接口1800可以使第一个用户访问一个或者多个机架柜中的第一组服务器，而使第二个用户访问一个或者多个机架柜中的第二组服务器。
在本发明的另一个实现中，用户可以远程访问、控制和/或者监视一个或者多个机架柜中的装备和/或者服务器。例如，利用网络接口140，用户可以访问控制单元122，利用该控制单元122，可以控制、监视和/或者访问一个或者多个机架柜中的本地服务器和联网服务器。
本发明的另一个特征提供了一种应用程序，在远程终端执行该应用程序，以通过基于IP的网络访问机架单元中的一个或者多个系统(例如，单板计算机、控制模块、中板模块、底板模块、服务器接口模块或者服务器)。该应用程序的一个特征是允许用户注册到系统上，然后，通过网络活动目录(AD)进行验证，以确定用户可以管理访问和/或者只读访问什么装置。该应用程序可以提供管理系统的图形用户界面，而且考虑到了要发送到远程连接系统的键顺序。
本发明的又一个特征提供一种集中式保密管理。通常，机架管理的每个部分(例如，服务器、电源和环境管理)具有自己的密码和保密设置。本发明的一个实施例提供了支持网络的活动目录(AD)的集中式保密。AD确定用户管理管理数据中心内的特定装置、机架甚或该装置内的部件的访问等级。这种集中式保密系统不需要用于系统每个部分(例如，服务器、电源和环境管理)的单独保密方案。这种集中式保密影响使用数据中心的现有保密控制服务器，有时还被称为保密域控制器。在本发明的另一个实施例中，当集中式保密服务器不可用时，控制模块处理它自己的保密验证，以访问服务器管理。
本发明的另一个特征提供用于扩展机架管理系统能力的其他部件。
例如，本发明的一个实施例可以包含管理多机架单元的顶级应用程序。这种系统可以通过嵌入式微软WindowsTM操作系统工作。该顶级应用程序可以采集和提供被管理并分配给所安装的机架上的所有装置的性能量度和脚本。
本发明的另一个方面提供了一种分布式接线板，在该分布式接线板上，考虑到集成的分布式数据连接电缆，40U托架安装在垂直柱上，而且接在每个机架U的至多三个RJ45插口/端口上。垂直柱的顶部接在位于机架顶部的开关或者另一个网络装置上。
根据本发明的另一个实施例，可以对系统附加垂直电缆管理槽，代替分布式接线板。这样可以有组织地垂直路由选择到本发明未直接处理的任意附加电缆。
本发明的另一个实施例提供了一种高密度配电单元(PDUs)，以在机架单元中均衡分配电力，并最小化电源布线。通过一个或者多个串行端口，每个配电单元连接到控制模块。然后，控制模块可以控制电源分配和/或者读出它的计量统计数据。作为一种选择，配电单元可以通过控制单元的RS-232端口在每个端口再利用电能。
本发明的另一个方面提供了总电流牵引的电能计量。该数据与服务器的应用统计数据一起用于确定数据中心内何处可以降低电能成本。
可缩放机架柜的另一个特征是根据需要，可以将垂直柱缩放到14U行、28U行或者更多。这是通过设置在需要时可以附加到垂直柱上的模块(例如，底板模块、服务器接口模块等)实现的。可以配置系统管理软件，以允许根据系统使用不同数量的模块。
考虑到要建立的数据中心的总图，还可以配置该管理软件，以采集数据集。这样考虑到通过使用各种标准对开放机架区进行分析并发现服务器。数据可以映射到系统映射软件封装，以提供该安装的正视图。
这种机架体系结构提供硬件基线，以使服务器变成类属处理单元。通常，对服务器安排特殊任务，例如，万维网服务功能或者数据库功能。如果访问服务器是低层，则该服务器继续运行在消耗电能并产生热量的静态中。对于大多数数据中心，这种操作方法导致处理器的利用率是一位数。增加的计算需要导致增大密度，这样，又产生了对数据中心内的服务器充分冷却并供电的问题。由于没有用于监视处理负载并控制多个服务器的有效方法，所以使用的计算机越少越合理的想法是不现实的。
根据本发明的一个实施例，在与强大软件平台组合在一起的服务器机架中的服务器的集中控制允许管理存储装置、网络装备和服务器的组合体。这种集中式管理工具允许操作员根据预定最佳实施方法运行数据中心或者修改利用率阈值，以满足更强定制安装要求。例如，如果在下午九(9)点至上午六(6)点之间，邮件服务器以5％的容量工作，则管理系统指示另一个服务器活动，然后，顺序降低未充分利用的或者停滞的服务器的电源。在需求容量时，使该系统停止，然后，有效共享负载。这样消除了冷却装备并对该装备供电产生的能源浪费。另外，由于反馈回路引入装置管理器，而不是仅引入到该网络，所以这种智能系统管理不需要昂贵的负载平衡系统。“反馈回路”指智能取样，然后，采取适当校正动作。如果仅通过网络处理这种反馈，则只能根据网络通信量和网络处理数据进行判定。这种基于网络的判定忽略了诸如工作环境、能源消耗和处理器利用率的重要因素。
如果可以采集诸如处理器速度、存储器容量、端口容量和硬盘容量等的数据，则根据所采集的数据和在单板计算机124内编程的应用规则，该系统可以建立整个机架环境的记录。这样可以使服务器机架系统根据操作员提供的简单命令本身设置其内的装备(例如，服务器、存储器等)，然后，在最少人为干扰的情况下，建立稳定、保密软件环境。
在本发明的一个实现中，通过维持配置并提供关于服务器机架和/或者数据中心内的资源的信息，操作员可以积极控制程序的植入、数据或者装备的可靠性，从而可以非常轻而易举地升级硬件。
根据本发明的一个实现，管理系统的计量特征对固定数据进行采集和分析，以便预测部件或者系统的故障。根据警报，可以通知操作人员，而且和/或者根据在单板计算机124内编程的规则自动采取措施。该数据可以用于判断各部件剩余的相对使用寿命，或者对升级到更新技术的效益提供财务分析。实际上，计量分析可以在信息技术体系结构容量规划之外进行推测。
由于该管理系统可以采集所安装的每个装置的物理位置和内容/配置，所以它有助于资产管理。顶级程序可以从数据中心内的每个服务器机架或者公司采集希望的数据单元，然后，提供关于资产和物理位置的详细清单。该信息还可以用于规划数据中心内的最佳部署区域。
根据本发明的一个实现，在网络负载生成过程中，也可以采用该管理系统。通常，如果服务器已经变成饱和的，则该网络将继续广播分组，并使该分组路由选择到某个资源(例如，服务器)。然而，根据本发明的一个实现，资源(例如，服务器)向集中管理系统报告其利用率已经达到极限程度例如85％容量。然后，该管理系统对路由器发送命令，以减少广播，或者将资源转移到不同装置。这有助于减少网络通信量，而将总系统性能提高到最高。通过设置通信回路和报告回路，以监视负载和使用量度，该集中式管理体系结构允许将可用硬件用于负载转移。
本发明的另一个特征保证对机架柜中的装置(例如，服务器、网络装备、电源和环境装备等)进行集中管理。根据本发明的一个实现，每个机架柜与某个标识符相关。例如，机架柜中的控制模块可以与数据中心内的唯一网间协议(IP)地址相关。该IP地址可以识别数据中心内的装置的位置。另外，利用装置驻留在其上的机架柜的IP地址，然后，通过访问该机架柜的装置清单，通过网络，操作员可以远程访问装置。该IP地址保证接入基于IP的第三方产品以及基于串口的第三方产品。实际上，该IP地址是到机架柜中的所有管理装置的网关。
尽管已经描述了而且在附图中示出了某些典型实施例，但是，显然，这些实施例仅用于说明该宽泛发明，而不限制该宽泛发明，而且，由于可以进行各种其他修改，所以该发明不受限于所说明和所示的特定结构和布置。本技术领域内的技术人员明白，在不脱离本发明实质范围的情况下，可以配置刚描述的优选实施例的各种修改和变更。另外，可以以硬件、可编程装置、固件、软件或者它们的组合的方式，实现本发明实施例或者它们的某些特征。本发明或者本发明的各部分还可以嵌入处理器可读存储介质或者机器可读介质，例如，磁性存储介质(例如，硬盘、软盘)、光存储介质(例如，光盘、数字通用光盘等)或者半导体存储介质(易失性的和非易失性的)。显然，在所附权利要求所述的范围内，可以实现本发明，除非在此明确说明。

Claims (36)

1.一种机架，包括：
机架框，用于容纳一个或者多个电装置；
接口柱，连接到该机架框，该接口柱包括：
一个或者多个接口，用于电连接到容纳在该机架框内的一个或者多个电装置，
导电总线，连接到一个或者多个接口，以降低布置在机架框背面部分上的独立电缆的数量。
2.根据权利要求1所述的机架，进一步包括：
接口模块，连接到接口柱上的接口，该接口模块唯一识别接口，而且接入与其相连的电装置。
3.根据权利要求2所述的机架，其中接口模块是可热调换的，以允许附加或者拆卸电装置，而无需断开机架上其他部件的电源。
4.根据权利要求1所述的机架，其中接口柱沿机架框的背面部分垂直延伸。
5.根据权利要求1所述的机架，其中根据需要，可以增加接口柱的接口的数量。
6.根据权利要求1所述的机架，进一步包括：
一个或者多个底板模块，位于接口柱上，底板模块包括一个或者多个用于电连接到容纳在该机架框内的一个或者多个电装置的接口。
7.根据权利要求1所述的机架，进一步包括：
中板模块，连接到接口柱的导电总线，以集中接入与该接口柱相连的装置。
8.根据权利要求7所述的机架，进一步包括：
控制模块，可通信地连接到中板模块，配置该控制模块，以与容纳在该机架框内的一个或者多个电装置通信。
9.根据权利要求8所述的机架，其中控制模块容纳在机架框内。
10.根据权利要求8所述的机架，其中进一步配置控制模块，以保持连接到该接口柱的各装置的库存清单。
11.根据权利要求8所述的机架，其中进一步配置该控制模块，以使操作员对接入连接到该接口柱的一个或者多个装置进行控制。
12.根据权利要求8所述的机架，其中控制模块使键盘和视频接入与接口柱相连的一个或多个装置。
13.根据权利要求8所述的机架，其中控制模块使连接到该接口柱的各装置共享外围装置。
14.根据权利要求8所述的机架，其中该控制模块可通信地连接到其他机架框内的其他电装置，而且可以管理这些电装置。
15.根据权利要求14所述的机架，其中配置控制模块，以采集该电装置的物理地址信息和配置信息。
16.根据权利要求8所述的机架，其中控制模块保证集中式保密接入该电装置。
17.根据权利要求8所述的机架，其中该控制模块采集并分析电装置的使用率，以对该电装置执行适当预防性维护并设置该电装置。
18.根据权利要求1所述的机架，进一步包括：
双冗余电源，电连接到容纳在机架框内的一个或者多个电装置，而且被配置，以提供不间断电源。
19.一种机架系统，包括：
机架框，用于容纳一个或者多个电装置；
一个或者多个电装置，安装在机架框内；
接口柱，连接到该机架框，该接口柱包括一个或者多个接口，用于电连接到容纳在该机架框内的一个或者多个电装置；以及
混合电缆，用于将安装在该机架框内的电装置连接到接口柱内的接口，该混合电缆用于承载送到该电装置和来自该电装置的多个信号。
20.根据权利要求19所述的机架系统，其中混合电缆承载视频信号、键盘信号和鼠标信号。
21.根据权利要求19所述的机架系统，其中接口柱和混合电缆减少了沿机架框的背面部分布置的单独电缆的数量。
22.根据权利要求19所述的机架系统，其中混合电缆承载通用串行总线信号。
23.根据权利要求19所述的机架系统，其中混合电缆包括：一个连接器，位于第一端，用于连接到接口柱内的接口；多个连接器，位于第二端，用于连接到标准计算机接口。
24.一种机架管理系统，包括：
机架框，用于容纳一个或者多个电装置；
接口柱，连接到该机架框，该接口柱包括：
一个或者多个接口，用于电连接到容纳在该机架框内的一个或者多个电装置，
导电总线，连接到一个或者多个接口，以降低布置在机架框背面部分上的独立电缆的数量；以及
控制模块，连接到接口柱内的导电总线，以对接入连接到该接口柱的一个或者多个电装置进行管理。
25.根据权利要求24所述的机架管理系统，其中进一步配置控制模块，以：
维护连接到该接口柱的各装置的清单，并识别各电装置何时附加到该机架框的，
使键盘和视频接入连接到该接口柱的一个或者多个装置，以及
允许连接到该接口柱的电装置共享外围装置。
26.根据权利要求24所述的机架管理系统，其中进一步配置该控制模块，以：
使鼠标、串行端口以及通用串行总线接入连接到该接口柱的一个或者多个装置。
27.根据权利要求24所述的机架管理系统，其中进一步配置该控制模块，以：
实现集中式保密接入电装置，以及
采集并分析电装置的使用率，以对该电装置执行适当预防性维护、计量、监视以及设置。
28.根据权利要求24所述的机架管理系统，其中进一步配置该控制模块，以允许用户远程控制连接到该接口柱的一个或者多个电装置。
29.根据权利要求24所述的机架管理系统，其中进一步配置该控制模块，以便对连接到另一个机架框内的接口柱的一个或者多个电装置进行远程控制。
30.根据权利要求24所述的机架管理系统，其中进一步配置该控制模块，以根据用户的可编程规则，管理一个或者多个电装置。
31.一种设备，包括：
控制模块，该控制模块包括第一接口，用于与连接到该接口柱的一个或者多个电装置通信；
计算装置，可通信地连接到控制模块，配置该计算装置，以：
通过第一接口，控制一个或者多个电装置，
维护连接到该接口柱的各装置的清单，而且识别是何时附加该电装置的，
实现集中式保密接入电装置，以及
采集并分析电装置的使用率，以对该电装置执行适当预防性维护并设置该电装置。
32.根据权利要求31所述的设备，其中控制模块可以使键盘和视频接入该一个或者多个电装置。
33.根据权利要求31所述的设备，其中该控制模块使鼠标、串行端口以及通用串行总线接入该一个或者多个电装置。
34.根据权利要求31所述的设备，其中该控制模块允许连接到该接口柱的电装置共享外围装置。
35.一种机架管理系统，包括：
第一接口柱，具有一个或者多个接口，以可通信地连接到一个或者多个服务器；
第二接口柱，具有一个或者多个接口，以可通信地连接到一个或者多个服务器；
控制模块，可通信地连接到第一接口柱和第二接口柱；
用户接口装置，可通信地连接到该控制模块，配置该用户接口装置，以：
监视连接到第一接口柱的一个或者多个服务器，
监视连接到第一接口柱的一个或者多个服务器，以及
维护连接到第一接口柱和第二接口柱的各服务器的清单，以识别新服务器是何时附加的。
36.根据权利要求35所述的机架管理系统，其中第一接口柱位于第一机架柜内，第二接口柱位于第二机架柜内。
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