淺析能耗監(jiān)測系統(tǒng)在大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：本文根據(jù)大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測的具體需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)管理、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備控制、能耗分析以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，可以為節(jié)能減排提供重要依據(jù)，在大型數(shù)據(jù)中心能耗管理方面有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；能耗監(jiān)測；系統(tǒng)開發(fā)

隨著信息化和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用越來越廣泛，但伴隨而來的能耗水平也日益提高，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，有效利用能源資源，能耗監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，一般來說，大型數(shù)據(jù)中心的能耗管理包括機(jī)房環(huán)境監(jiān)測和能耗設(shè)備的監(jiān)測，通過實(shí)時(shí)采集掌握能耗狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)能耗管理的優(yōu)化，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可以為相關(guān)領(lǐng)域提供參考。

大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)包含硬件和軟件兩大部分，其硬件組成主要包括監(jiān)控服務(wù)器、主機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、環(huán)境參數(shù)傳感器、通風(fēng)模塊等，總體采集邏輯采用三級(jí)監(jiān)控體系。一級(jí)為主機(jī)設(shè)備，作為系統(tǒng)的應(yīng)用層，為用戶提供人機(jī)接口；二級(jí)是主機(jī)狀態(tài)，負(fù)責(zé)采集主機(jī)性能參數(shù)或?qū)χ鳈C(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；三級(jí)是傳感器以及能耗裝置，根據(jù)傳輸距離的不同，前面兩級(jí)之間采用TCP傳輸數(shù)據(jù)，后兩級(jí)由于距離較短，采用了串口通信。系統(tǒng)在架構(gòu)上分為應(yīng)用層、匯聚層和采集層。采集層的數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)入軟件平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)并處理，具有權(quán)限的用戶可登錄系統(tǒng)平臺(tái)查看數(shù)據(jù)中心各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)。軟件平臺(tái)采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，兼容所有通用瀏覽器訪問，無需安裝客戶端。

為了提高軟件開發(fā)效率，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和各類主流開發(fā)工具的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到大型數(shù)據(jù)中心有可能存在多種操作系統(tǒng)，本文采用了MyEclipse作為平臺(tái)的主要開發(fā)工具，所有代碼均采用java語言進(jìn)行編程，J2EE技術(shù)架構(gòu)，充分利用了其簡單易用性及跨平臺(tái)移植特性。數(shù)據(jù)庫是軟件平臺(tái)的核心基礎(chǔ)，本文采用開源免費(fèi)的MySQL數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫使用廣泛，性能良好，安全可靠，可以通過ADO.ODBC等中間組件實(shí)現(xiàn)連接，滿足本系統(tǒng)的需求。3軟件功能分析

大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要針對(duì)各類能耗設(shè)備的能耗管理問題，通過各種傳感器對(duì)能耗設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而分析其能耗水平并作為優(yōu)化的主要依據(jù)。硬件傳感器采集到原始數(shù)據(jù)后，其余的主要工作均由軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。因此，軟件平臺(tái)的功能首先要包括對(duì)原始測量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通過不同的通信協(xié)議與硬件設(shè)備建立連接并接收數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)協(xié)議格式對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；其次，軟件平臺(tái)還需要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行暫存或永遠(yuǎn)存儲(chǔ)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出各設(shè)備當(dāng)前的能耗水平以及可優(yōu)化的空間，將分析結(jié)果以可視化的方式顯示在軟件界面上；對(duì)于異常的數(shù)據(jù)，應(yīng)及時(shí)顯示報(bào)警信號(hào)，將異常信息通過短信的形式推送給相關(guān)的負(fù)責(zé)人；為后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方便，軟件還需要提供數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)功能，通過時(shí)程曲線、柱狀圖、直方圖等形式將分析結(jié)果展示出來，作為跟蹤預(yù)測設(shè)備能耗變化趨勢(shì)的重要依據(jù)。

根據(jù)軟件需求分析及功能的分解，大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要設(shè)置了五個(gè)功能模塊，分別為：資產(chǎn)管理、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備控制、能耗分析以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。為了提高軟件平臺(tái)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)采用開放性設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)思想，各模塊之間功能獨(dú)立，給系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)帶來了很大的便利。

4.1資產(chǎn)管理模塊

資產(chǎn)管理模塊用于管理數(shù)據(jù)中心的所有資產(chǎn)，提供一個(gè)簡潔美觀的操作界面，為用戶提供資產(chǎn)項(xiàng)目的添加、修改、查詢等功能，還可以對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行分組歸類，采用專門的數(shù)據(jù)庫表對(duì)各設(shè)備的連接方式進(jìn)行記錄，保證所有設(shè)備均在管理范圍內(nèi)，這也是軟件平臺(tái)在精細(xì)化管理方面的具體應(yīng)用體現(xiàn)。

4.2環(huán)境監(jiān)測模塊

環(huán)境對(duì)數(shù)據(jù)中心的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有重要影響，例如良好的通風(fēng)條件可以使設(shè)備工作在較佳狀態(tài)，減少能耗。環(huán)境監(jiān)測模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房和機(jī)柜中的重要位置的溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)測，以及對(duì)重要能耗設(shè)備的功率和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，這些數(shù)據(jù)上傳至軟件平臺(tái)后通過多層次的畫面進(jìn)行展示，通過曲線、標(biāo)記、顏色、文字等元素的綜合應(yīng)用，將能耗數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示出來。該模塊只能查看數(shù)據(jù)，不能修改參數(shù)。

4.3設(shè)備控制模塊

數(shù)據(jù)中心包含大量能耗設(shè)備，這些設(shè)備經(jīng)過長期運(yùn)行可能會(huì)偏離運(yùn)行狀態(tài)。本模塊可以根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)各類能耗設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，修改其參數(shù)使其工作狀態(tài)得到優(yōu)化。其中空調(diào)是數(shù)據(jù)中心主要的能耗設(shè)備，對(duì)整個(gè)機(jī)房的能耗水平有重要的影響，本系統(tǒng)可以完成對(duì)空調(diào)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，包括修改其回風(fēng)溫濕度、工作電流、溫度設(shè)定、定時(shí)開關(guān)機(jī)等參數(shù)。另外，還可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制進(jìn)風(fēng)氣流分配模塊和排風(fēng)遷移模塊等散熱設(shè)備，保證其始終運(yùn)行在較好的狀態(tài)。

4.4能耗分析模塊

軟件平臺(tái)通過通信協(xié)議接收到的是原始監(jiān)測參數(shù)，需要進(jìn)行特定的算法分析才能得到各設(shè)備的能耗情況。能耗分析模塊可以在不同的層次上對(duì)數(shù)據(jù)中心的能耗水平進(jìn)行分析，根據(jù)能耗水平的變化采取相應(yīng)的措施進(jìn)行能耗管理。結(jié)合設(shè)備自身的能耗水平以及數(shù)據(jù)中心的環(huán)境參數(shù)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保持整體較好能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

5.1概述

建立高效的能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，對(duì)建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績效考核指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)情況，提高人員主動(dòng)節(jié)能的意識(shí)。

①　搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對(duì)各個(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析（包括水、電、能量），實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對(duì)比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實(shí)現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對(duì)比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能耗評(píng)估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；

⑥　能耗競爭排名：各個(gè)功能區(qū)能耗對(duì)比，實(shí)現(xiàn)能耗排名，增強(qiáng)工作人員的節(jié)能意識(shí)；

⑦　對(duì)能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測異常能源用量，對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警，提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平。

5.2平臺(tái)部署硬件選型

隨著各類信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，無論是大型企業(yè)還是政府機(jī)關(guān)，都不可避免地建設(shè)大型數(shù)據(jù)中心，各類設(shè)備的大量應(yīng)用，使機(jī)房能耗管理受到更多的重視。軟件技術(shù)的成熟為大型數(shù)據(jù)中心的能耗管理提供了良好的管理基礎(chǔ)，大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用也將更加廣泛。因此，本文的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］吳祥林，陳曉，周家坤，李新.數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境在線動(dòng)態(tài)無線監(jiān)測研究[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019(02):187-188.

［2］王堅(jiān).大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究.科技風(fēng)2022（02）.

［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版.

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。