服務(wù)器機(jī)房電磁特性分析及防護(hù)

畢愛紅 董奎義

【 摘 要 】 隨著電子設(shè)備數(shù)字化、集成化程度的提高，服務(wù)器機(jī)房的電磁安全性問題日益凸顯。論文從電磁輻射的危害和服務(wù)器機(jī)房電磁輻射的特點(diǎn)入手，分析了服務(wù)器機(jī)房在建設(shè)階段和應(yīng)用階段的主要防護(hù)措施，為服務(wù)器機(jī)房在電磁安全性方面的建設(shè)和安全應(yīng)用提供理論支持。

【 關(guān)鍵詞 】 服務(wù)器機(jī)房；電磁輻射；電磁防護(hù)

【 中圖分類號 】 O441.4

【 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 】 A

【 Abstract 】 The server room electromagnetic security is becoming more and more importance with the improvement of digitization and integration degree in electron equipment. In this paper， The shielding properties in construct stages and appliance stages are analyzed start with electromagnetic radiation hazards and electromagnetic propertiesof server room， and provide theoretical support for the sever room in safety construction and safety application.

【 Keywords 】 server room；electromagnetic radiation；electromagnetic shielding

1 引言

服務(wù)器機(jī)房內(nèi)部運(yùn)行著大量的服務(wù)器、交換機(jī)、接收機(jī)、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及打印設(shè)備等電子產(chǎn)品，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和信息傳輸?shù)暮诵?，是信息匯聚的中心。電子設(shè)備構(gòu)造特殊，工作方式特殊，只要處于工作狀態(tài)，就不可避免地向外輻射頻譜成分豐富的電磁波，這些頻譜豐富的電磁波不但對人、機(jī)、環(huán)境，而且對信息安全帶來了大量的負(fù)面效應(yīng)[1，2]。例如電磁干擾帶來的設(shè)備工作紊亂、電磁泄漏帶來的信息安全威脅以及電磁污染對人體健康的危害等。

隨著服務(wù)器機(jī)房的擴(kuò)建、電子產(chǎn)品的大量涌入，防止和降低電磁輻射帶來的負(fù)面效應(yīng)，已經(jīng)成為當(dāng)前迫切需要解決的問題。

2 電磁輻射的危害

根據(jù)電磁理論，電子設(shè)備在工作過程中模擬和數(shù)字信號處理時電流頻率的變化將產(chǎn)生電磁輻射[3-5]，電磁輻射超過一定的值就會對設(shè)備的運(yùn)行安全、人員的人身安全以及信息安全構(gòu)成重大威脅。

2.1 電磁干擾

電磁干擾影響的是敏感設(shè)備的物理安全，可引起系統(tǒng)或設(shè)備物理性能的下降”。電磁輻射對敏感設(shè)備的影響是相對，當(dāng)輻射量衰減到一定程度后就不再影響敏感設(shè)備[5]。當(dāng)電磁輻射能量超過一定值后，其對計算機(jī)等敏感設(shè)備的危害主要有[6，7] 主器件的損壞、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備損壞及數(shù)據(jù)丟失、誤操作或運(yùn)算錯誤、程序紊亂、顯示畫面不穩(wěn)定、主機(jī)死機(jī)等。

更嚴(yán)重的是，當(dāng)敏感設(shè)備遭遇強(qiáng)電磁輻射時，嚴(yán)重情況下可以將整臺設(shè)備燒毀，并嚴(yán)重威脅機(jī)房內(nèi)的其它設(shè)備的安全。目前，越是數(shù)字化、信息化程度高的基礎(chǔ)設(shè)備越容易受到攻擊[8]。

2.2 電磁泄漏

電磁泄漏是電子設(shè)備在工作過程中，電磁能量被有意截收而造成的信息失泄密現(xiàn)象[5，6，9]。電磁泄漏關(guān)注電磁輻射中的信息相關(guān)部分，導(dǎo)致的結(jié)果是源設(shè)備信息的外泄和竊收設(shè)備信息的獲取[5]。

文獻(xiàn)報道[9]：“電子設(shè)備只要處于工作狀態(tài)，都存在一定程度的輻射泄漏（主要是通過機(jī)房的孔洞、縫隙等直接輻射出去）和傳導(dǎo)泄漏（主要是通過各種線路、金屬管道等傳導(dǎo)出去），同時，由于兩種泄漏方式間存在“能量交換”現(xiàn)象，從而減慢了電磁能量的衰減速度，也就增加了其在空間的傳播距離”。竊收者運(yùn)用竊收裝備可以截獲電磁信號，再利用信息還原技術(shù)還原信息，隨著竊收技術(shù)的發(fā)展，越來越微弱的電磁信號可被接收處理，如果電磁能量攜帶密級信息，就對信息安全構(gòu)成了極大威脅。

2.3 電磁污染

當(dāng)電磁輻射超過一定強(qiáng)度后，會通過生物組織的反射、吸收和穿透作用，對生物體產(chǎn)生諸多負(fù)面效應(yīng)，并誘發(fā)一些慢性疾病，這種現(xiàn)象就稱為電磁污染[6，10]。電磁輻射對生物體的影響主要兩種：熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)[11]。熱效應(yīng)首先引起的是生物體內(nèi)水分子的不停轉(zhuǎn)向，繼而導(dǎo)致生物體升溫，最終導(dǎo)致體內(nèi)器官的非正常工作；非熱效應(yīng)干擾的是生物體固有的微弱電磁場，最后導(dǎo)致生物體神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，甚至是遺傳基因突變。鑒于電磁污染的諸多危害，早在1969年，聯(lián)合國就把電磁輻射列為“主要污染物”之一[4]。

3 服務(wù)器機(jī)房的電磁輻射特性

服務(wù)器機(jī)房部署了大量的服務(wù)器、交換機(jī)、強(qiáng)電設(shè)備、電力電纜、網(wǎng)線及各種機(jī)柜等。

交換機(jī)本身不具備輻射特性；服務(wù)器是集穩(wěn)定性高、運(yùn)算速度快、容量大為一體的大型計算機(jī)，所以也具備普通計算機(jī)的電磁輻射特性。強(qiáng)電設(shè)備、電力電纜也具有較強(qiáng)的電磁輻射。

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論“所有交變電磁場都會向空間輻射電磁波，所有載有交變電磁信號的導(dǎo)體都可作為發(fā)射天線”。計算機(jī)是基于高速脈沖數(shù)字電路工作原理工作的，工作狀態(tài)下必定會向空間輻射大量電磁波[2，9，12]。

窄帶信號輻射是計算機(jī)電磁輻射的主要特點(diǎn)，其中輻射最強(qiáng)的頻帶范圍集中在20-500Hz，并且單個頻點(diǎn)通常只包含一定量的視頻信息，所以輻射較為嚴(yán)重的是計算機(jī)的視頻信息。

隨著科技的進(jìn)步，顯示器的分辨率不斷提升，導(dǎo)致其輻射也不斷增強(qiáng)，所以視頻信息被接收還原的概率也越來越大[2，13]。

計算機(jī)電磁輻射可多種分類方式。

按照信息種類[13]，包括視頻、鍵盤輸入、光盤讀寫等信息。

按照輻射方式[13]，包括一次輻射和二次輻射，且二次輻射的強(qiáng)度可能超過一次輻射的強(qiáng)度。

按照輻射部件[13，14]，包括處理器、顯示器、通信線路、轉(zhuǎn)換和輸出部件等的輻射。

按照信號傳輸方式[7，9]，包括串行和并行數(shù)據(jù)，且串行數(shù)據(jù)的威脅最大，機(jī)房內(nèi)常見的顯示器、鍵盤、通信線、電源線、打（復(fù)）印機(jī)、電話機(jī)和傳真機(jī)等都是能產(chǎn)生串行信號的部件，越是常見的部件越容易被忽視，失泄密的可能性就越大。

4 服務(wù)器機(jī)房的電磁防護(hù)

綜上所述，服務(wù)器機(jī)房內(nèi)存在的電磁輻射無時無刻不在影響著設(shè)備的安全、信息的安全以及人身的安全。因此，做好服務(wù)器機(jī)房的安全防護(hù)是確保人、機(jī)、環(huán)境和各類信息安全穩(wěn)定的前提。

4.1 建設(shè)階段的電磁防護(hù)

在建設(shè)階段最應(yīng)該考慮的就是機(jī)房的屏蔽、接地和濾波。

（1） 屏蔽

電磁屏蔽是消弱電磁能量傳播的手段之一。好的電磁屏蔽不但可以防止內(nèi)部電磁能量的外流，還可以避免外部電磁輻射的侵入[2，15]。在建設(shè)階段，主要是選擇屏蔽材料和設(shè)計屏蔽結(jié)構(gòu)。高導(dǎo)電率金屬材料如銅、鉛、鋁、鐵等是屏蔽材料的首要選擇，密級高的場所通常選擇玻莫合金、磁鋼等高端材料。

屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計通常是基于“法拉弟籠”原理[2，15，16]，把服務(wù)器機(jī)房的六個面（鋁合金吊頂天花、防靜電地板和機(jī)房四壁）在空間上形成一個封閉層，這一屏蔽層可以消弱電磁波在空中的傳播。

（2） 接地

接地是避免外界電磁干擾和設(shè)備間相互干擾、提高敏感設(shè)備工作可靠性的必要措施[17]。

機(jī)房建設(shè)階段的接地主要包括兩部分。

一是屏蔽層接地[15，16]，主要做法為墻面四壁屏蔽網(wǎng)以焊接方式連接，確保等電位；在屏蔽網(wǎng)上間隔一定距離通過焊接引接接地線，確保成功接地；同時，吊頂骨架和地板支撐架也要連續(xù)接地。

二是電子設(shè)備接地。主要是做好電子設(shè)備的金屬底座、機(jī)架等與大地的連接[17]。此外，為確保設(shè)備的正常運(yùn)行并防止雷電入侵，屏蔽層接地、防雷接地以及電子設(shè)備接地應(yīng)相互獨(dú)立[18]。

（3）濾波

濾波是抑制電子設(shè)備傳導(dǎo)干擾的基本措施之一。為了使服務(wù)器機(jī)房發(fā)揮最好的效能，所有進(jìn)入機(jī)房的電源線應(yīng)加裝電源濾波器，進(jìn)出機(jī)房的網(wǎng)線應(yīng)采用光纜（無金屬加強(qiáng)芯）或屏蔽網(wǎng)線[17，18]。

4.2 應(yīng)用階段的電磁防護(hù)

應(yīng)用階段的電磁防護(hù)主要是針對于建設(shè)階段電磁防護(hù)的補(bǔ)充。構(gòu)成電磁干擾和電磁污染的三要素為輻射源、傳輸路徑和敏感設(shè)備，對于電磁泄漏而言，由于竊收設(shè)備的不可控性，構(gòu)成電磁泄漏的要素主要是輻射源和傳輸路徑。所以在應(yīng)用階段的防護(hù)主要從抑制源的能量、切斷消弱傳輸路徑和提高設(shè)備抗電磁干擾的能力三個方面進(jìn)行闡述。

（1） 抑制源的能量

首先，在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行有效的、主動的電磁屏蔽，即使用低輻射電子設(shè)備[17]。其次，為了降低一些高輻射設(shè)備的輻射量，使其更符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以考慮對輻射源進(jìn)行整體屏蔽[5，19]。

控制電磁泄漏源的方法主要有四種[2，5，19]：一是進(jìn)行信息加密；二是選擇適當(dāng)?shù)男盘柧幋a方式；三是抑制自然天線的發(fā)射；四是采用干擾技術(shù)，混淆計算機(jī)輻射出來的電磁波，防止竊收設(shè)備的接收還原。

（2） 切斷消弱傳輸路徑

由于輻射源和敏感設(shè)備的客觀存在，控制電磁輻射傳輸路徑也是一種有效方法[20]。

產(chǎn)生電磁輻射主要有兩種途徑：傳導(dǎo)和輻射耦合[19，21]。

針對傳導(dǎo)耦合，為減小傳輸阻抗和線纜間的交叉耦合，可以對連接設(shè)備的線纜加裝濾波器；針對輻射耦合，為減弱電磁能量，可以在輻射源和敏感設(shè)備間設(shè)置屏蔽體，以切斷或消弱其傳輸路徑。

（3）提高抗電磁干擾能力

在前期所述的抑制源的能量和切斷消弱耦合路徑等手段的綜合應(yīng)用下，還可以通過對敏感設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)的電磁屏蔽，以提高其抗電磁干擾能力。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計之初對敏感設(shè)備進(jìn)行電磁屏蔽；其次，在應(yīng)用時使用屏蔽體對敏感設(shè)備進(jìn)行被動屏蔽[2]；最后，進(jìn)出敏感設(shè)備的各種線纜應(yīng)采用屏蔽線纜或裝入金屬線槽[22]。

5 結(jié)束語

目前，精密電子設(shè)備對電磁安全性的要求越來越高，在進(jìn)行服務(wù)器機(jī)房建設(shè)和使用時應(yīng)綜合考慮多方面因素，如低輻射電子設(shè)備的引進(jìn)、新型屏蔽材料的選用、屏蔽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、線路的濾波處理、網(wǎng)線的選擇、光纖的使用、屏蔽技術(shù)的研究開發(fā)等，以期通過多種途徑的綜合運(yùn)用，有效消弱各種可能存在的電磁輻射，防止和降低電磁輻射帶來的負(fù)面效應(yīng)，提高人員工作的舒適性、設(shè)備的安全性和信息的安全性。

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作者簡介：

畢愛紅（1980-），女，漢族，山東濰坊人，畢業(yè)于海軍工程大學(xué)，博士研究生，工程師；主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域：信息安全。

董奎義（1980-），男，漢族，山東海陽人，畢業(yè)于海軍航空工程學(xué)院，博士研究生，助理研究員；主要研究方向和關(guān)注領(lǐng)域：信息作戰(zhàn)研究。