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

任運業(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，設計了一個大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了資產管理、環(huán)境監(jiān)測、設備控制、能耗分析以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能，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)實意義。

關鍵詞：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)等技術的發(fā)展，大型數(shù)據(jù)中心的應用越來越廣泛，但伴隨而來的能耗水平也日益提高，為了實現(xiàn)節(jié)能減排，有效利用能源資源，能耗監(jiān)測系統(tǒng)應運而生，一般來說，大型數(shù)據(jù)中心的能耗管理包括機房環(huán)境監(jiān)測和能耗設備的監(jiān)測，通過實時采集掌握能耗狀態(tài)，從而實現(xiàn)能耗管理的優(yōu)化，本文設計了一個大型數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)，可以為相關領域提供參考。

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)控服務器、主機設備、網絡設備、環(huán)境參數(shù)傳感器、通風模塊等，總體采集邏輯采用三級監(jiān)控體系。一級為主機設備，作為系統(tǒng)的應用層，為用戶提供人機接口；二級是主機狀態(tài)，負責采集主機性能參數(shù)或對主機進行遠程控制；三級是傳感器以及能耗裝置，根據(jù)傳輸距離的不同，前面兩級之間采用TCP傳輸數(shù)據(jù)，后兩級由于距離較短，采用了串口通信。系統(tǒng)在架構上分為應用層、匯聚層和采集層。采集層的數(shù)據(jù)上傳到網絡后進入軟件平臺進行存儲并處理，具有權限的用戶可登錄系統(tǒng)平臺查看數(shù)據(jù)中心各設備的運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)。軟件平臺采用B/S架構設計，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，同時考慮到大型數(shù)據(jù)中心有可能存在多種操作系統(tǒng)，本文采用了MyEclipse作為平臺的主要開發(fā)工具，所有代碼均采用java語言進行編程，J2EE技術架構，充分利用了其簡單易用性及跨平臺移植特性。數(shù)據(jù)庫是軟件平臺的核心基礎，本文采用開源免費的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)主要針對各類能耗設備的能耗管理問題，通過各種傳感器對能耗設備的工作狀態(tài)進行實時監(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實現(xiàn)。因此，軟件平臺的功能首先要包括對原始測量數(shù)據(jù)的轉換，通過不同的通信協(xié)議與硬件設備建立連接并接收數(shù)據(jù)，同時根據(jù)協(xié)議格式對現(xiàn)場設備進行遠程控制；其次，軟件平臺還需要將數(shù)據(jù)存儲至后臺數(shù)據(jù)庫中進行暫存或永遠存儲，同時對數(shù)據(jù)進行分析，計算出各設備當前的能耗水平以及可優(yōu)化的空間，將分析結果以可視化的方式顯示在軟件界面上；對于異常的數(shù)據(jù)，應及時顯示報警信號，將異常信息通過短信的形式推送給相關的負責人；為后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方便，軟件還需要提供數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計功能，通過時程曲線、柱狀圖、直方圖等形式將分析結果展示出來，作為跟蹤預測設備能耗變化趨勢的重要依據(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)主要設置了五個功能模塊，分別為：資產管理、環(huán)境監(jiān)測、設備控制、能耗分析以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計。為了提高軟件平臺的可擴展性，系統(tǒng)采用開放性設計和模塊化設計思想，各模塊之間功能獨立，給系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)帶來了很大的便利。

4.1資產管理模塊

資產管理模塊用于管理數(shù)據(jù)中心的所有資產，提供一個簡潔美觀的操作界面，為用戶提供資產項目的添加、修改、查詢等功能，還可以對資產進行分組歸類，采用專門的數(shù)據(jù)庫表對各設備的連接方式進行記錄，保證所有設備均在管理范圍內，這也是軟件平臺在精細化管理方面的具體應用體現(xiàn)。

4.2環(huán)境監(jiān)測模塊

環(huán)境對數(shù)據(jù)中心的設備運行狀態(tài)有重要影響，例如良好的通風條件可以使設備工作在較佳狀態(tài)，減少能耗。環(huán)境監(jiān)測模塊主要負責對數(shù)據(jù)中心機房和機柜中的重要位置的溫度、濕度進行監(jiān)測，以及對重要能耗設備的功率和溫度進行實時測量，這些數(shù)據(jù)上傳至軟件平臺后通過多層次的畫面進行展示，通過曲線、標記、顏色、文字等元素的綜合應用，將能耗數(shù)據(jù)動態(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設備控制模塊

數(shù)據(jù)中心包含大量能耗設備，這些設備經過長期運行可能會偏離運行狀態(tài)。本模塊可以根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)對各類能耗設備進行遠程控制，修改其參數(shù)使其工作狀態(tài)得到優(yōu)化。其中空調是數(shù)據(jù)中心主要的能耗設備，對整個機房的能耗水平有重要的影響，本系統(tǒng)可以完成對空調設備的遠程控制，包括修改其回風溫濕度、工作電流、溫度設定、定時開關機等參數(shù)。另外，還可以實時遠程控制進風氣流分配模塊和排風遷移模塊等散熱設備，保證其始終運行在較好的狀態(tài)。

4.4能耗分析模塊

軟件平臺通過通信協(xié)議接收到的是原始監(jiān)測參數(shù)，需要進行特定的算法分析才能得到各設備的能耗情況。能耗分析模塊可以在不同的層次上對數(shù)據(jù)中心的能耗水平進行分析，根據(jù)能耗水平的變化采取相應的措施進行能耗管理。結合設備自身的能耗水平以及數(shù)據(jù)中心的環(huán)境參數(shù)，對設備運行參數(shù)進行優(yōu)化調整，保持整體較好能耗，實現(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)，對建筑各類耗能設備能耗數(shù)據(jù)進行實時測量，對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經濟指標及績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費情況，提高人員主動節(jié)能的意識。

①　搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架，對各個用能環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測；

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

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位內區(qū)域能耗對比，方便能耗考核；

④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對比，方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位面積能耗和人均能耗指標；

⑥　能耗競爭排名：各個功能區(qū)能耗對比，實現(xiàn)能耗排名，增強工作人員的節(jié)能意識；

⑦　對能耗的使用數(shù)據(jù)進行綜合的分析、統(tǒng)計、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表的打印。為能耗運營管理部門提供可靠的依據(jù)；

⑧　能耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源用量，對能源智能儀表故障進行報警，提高系統(tǒng)信息化、自動化水平。

5.2平臺部署硬件選型

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

［1］吳祥林，陳曉，周家坤，李新.數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境在線動態(tài)無線監(jiān)測研究[J].中國標準化，2019(02):187-188.

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

［3］安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.5版.

任運業(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)中心的設計與應用。