CN102414687A - 用于布置数据中心内的装置的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于提供数据中心内的装置的布局的系统和方法，装置包括多个装置机架和至少一个基于机架的冷却提供器。在一个方面，方法包括：接收关于多个装置机架的每个的气流消耗和至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；存储所接收的数据；确定数据中心的布局；显示数据中心的布局。在该方法中确定布局可包括：基于多个装置机架的每个的气流消耗使多个装置机架的每个装置机架与多个装置机架的另一装置机架配对以创建多个装置机架对；确定装置机架对的每对的组合气流消耗值；基于装置机架的组合气流消耗值布置装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每对包括在集群的第一行中的装置机架和在集群的第二行中的装置机架；以及确定在集群内的至少一个冷却提供器的位置。

Description

用于布置数据中心内的装置的系统和方法
背景
发明领域
根据本发明的至少一个实施方式大体上涉及用于数据中心管理和设计的系统和方法，并且更具体地，涉及用于管理数据中心气流和能量使用并用于基于气流和能量使用来布置数据中心内的装置的系统和方法。
相关技术的讨论
响应于基于信息的经济的增长的要求，信息技术网络在全球范围内继续激增。这个增长的一个表现是集中式网络数据中心。集中式网络数据中心通常由在提供网络连接、电力和冷却能力的结构内布置的各种信息技术装置组成。该装置常常安置在被称为“机架(rack)”的专用机壳内，专用机壳使这些通信、电力和冷却元件成为一体。在一些数据中心配置内，机架的行被组织到热和冷通道内以降低与冷却信息技术装置相关的花费。这些特征使数据中心成为传递许多软件应用所需要的计算能力的成本有效的方式。
各种过程和软件应用例如从罗德艾兰州West Kingston的美国电力转换公司(APC)可得到的
Figure BDA0000105590610000011
Central产品已经被开发来帮助数据中心人员设计和维护高效的和有效的数据中心配置。这些工具常常指导数据中心人员完成活动，例如设计数据中心结构、在安装之前定位在数据中心内的装置以及在构造和安装完成之后重新定位、移除和添加装置。因此，传统的成套工具向数据中心人员提供标准化的和可预测的设计方法。
发明概述
本发明的第一方面目的在于用于提供在数据中心内的装置的布局的计算机实现的方法，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供器。所述方法包括：接收关于所述多个装置机架的每一个的气流消耗和所述至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；存储所接收的数据；确定所述数据中心的布局；以及显示所述数据中心的所述布局。确定布局可以包括：基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。
在所述方法中，使每一个装置机架配对可以包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。布置所述装置机架对可以包括：识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有最小组合气流消耗值的所述机架对，和在所述集群的第二端布置具有次最小组合气流消耗值的所述机架对。
在所述方法中，确定所述至少一个冷却提供器的位置可以包括确定与两个装置机架毗邻的所述至少一个冷却提供器的内部位置。所述方法还可以包括：接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息，并且确定布局可以包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。在确定所述布局之后，所述方法可以包括：使用优化例程提供优化的布局。所述方法还可以包括：根据所确定的布局定位在所述数据中心内的所述装置。
本发明的另一个方面目的在于用于提供在数据中心内的装置的布局的系统，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供器。所述系统包括显示器、存储设备、接口和控制器，所述控制器耦合到所述显示器、所述存储设备和所述接口，并且配置成：通过所述接口接收关于所述多个装置机架的每一个的气流消耗和所述至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；在所述存储设备内存储所接收的数据，确定所述数据中心的布局，以及在所述显示器上显示所述数据中心的所述布局。确定布局可以包括：基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。
在所述系统中，使每一个装置机架配对可以包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。在所述系统中，布置所述装置机架对可以包括：识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有最小组合气流消耗值的所述机架对，和在所述集群的第二端布置具有次最小组合气流消耗值的所述机架对。
在所述系统中，确定所述至少一个冷却提供器的位置可以包括确定与两个装置机架毗邻的所述至少一个冷却提供器的内部位置。另外，所述控制器可以配置成接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息，并且可以配置成至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。所述控制器还可以配置成使用将所确定的布局作为输入的优化例程来确定优化的布局。
本发明的另一个方面目的在于存储有指令序列的计算机可读介质，所述指令序列包括将使处理器执行下列操作的指令：接收关于包含在数据中心内的多个装置机架的每一个的气流消耗和至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；在存储设备内存储所接收的数据；确定所述数据中心的布局；以及在显示器上显示所述数据中心的所述布局。用于确定布局的指令可以包括：基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。
在所述指令中，使每一个装置机架配对可以包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。另外，布置所述装置机架对可以包括：识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有最小组合气流消耗值的所述机架对，和在所述集群的第二端布置具有次最小组合气流消耗值的所述机架对。更进一步地，确定所述至少一个冷却提供器的位置可以包括确定与两个装置机架毗邻的所述至少一个冷却提供器的内部位置。所述计算机可读介质还可以包括将使所述处理器接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息的指令，并且确定布局可以包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。所述介质还可以包括将使所述处理器使用将所确定的布局作为输入的优化例程来确定优化的布局的指令。
附图的简要说明
附图没有被规定为按比例绘制。在附图中，在不同图中所示的每一个相同或者近似相同的部件由相似的数字表示。出于清楚的目的，可能不是每一个部件都被标注在每一个图中。在附图中：
图1示出了可以用来实现根据本发明的各种方面的示例性计算机系统；
图2示出了包括实施方式的示例性分布式系统；
图3示出了在数据中心内的装置机架和冷却器的示例性布局；
图4示出了根据一个实施方式确定在数据中心内的装置的布局的过程；以及
图5示出了根据一个实施方式使用工具确定的装置的集群的优选布局。
详细说明
根据本发明的至少一些实施方式涉及用户可以用来设计数据中心配置的系统和过程。通过允许用户创建数据中心配置的模型(从该模型可以确定性能指标)，这些系统可以促进该设计活动。系统和用户都可以使用这些性能指标来确定满足各种设计目标的可选的数据中心配置。另外，在至少一个实施方式中，系统将提供数据中心装置的初始布局并且实时地对该布局进行冷却分析。
如同在2008年1月24日递交的题目为“System and Method forEvaluating Equipment Rack Cooling”的第12/019109号美国专利申请中和在2006年1月27日递交的题目为“Methods and Systems for ManagingFacility Power and Cooling”的第11/342,300号美国专利申请中(两者都转让给了本申请的受让人并且两者都由此通过引用被全部并入本文)所述的，在现代数据中心内的一般装置机架在机架的前面吸入冷却空气并且在机架的后端排出空气。装置机架和行内冷却器通常以交替的前/后布置排列在行内，在数据中心内产生交替的热和冷通道，每一行机架的前部面对冷通道，而每一行机架的后部面对热通道。由冷通道分离的相邻行的装置机架可以称为冷或冷通道集群，并且由热通道分离的相邻行的装置机架被称为热通道集群。如对本领域普通技术人员容易明显的，一行装置机架可以是一个热通道集群和一个冷通道集群的一部分。在本文的说明书和权利要求书中，机架内的装置或者机架本身可以称为冷却消耗器，并且行内冷却单元和/或计算机机房空调(CRAC)可以称为冷却提供器。在所引用的申请中，提供用于分析在数据中心内的机架集群的冷却性能的方法。在这些工具中，可以对不同的布局执行多个分析以尝试优化数据中心的冷却性能。
在本发明的实施方式中，可以使用不同的冷却性能指标来评估集群的冷却性能。这些指标包括捕获指数(CI)和再循环指数(RI)，这两者都在上面通过引用并入的申请中被进一步详细地说明。总的来说，对于热通道集群，捕获指数表示对每一个机架由集群内的所有冷却器捕获的机架排气的百分比。对于冷却通道集群，捕获指数表示对每一个机架由本地冷却提供器直接提供的机架气流的百分比。
在至少一个实施方式中，生成并且显示数据中心的模型，并且提供数据中心的冷却分析。在至少一个实施方式中，在创建模型中，用户可以定义在集群内包括的一组装置机架和冷却提供器，并且系统将以满足装置机架的冷却要求的方式自动布置在集群内的机架和冷却提供器。
本文公开的根据本发明的方法在其应用中不限于在下面的描述中阐述的或者在附图中示出的部件的构造和布置的细节。这些方面能够采用其他例子并且以多种方式被实践或者执行。具体实现的例子在本文只是出于说明的目的来提供，而没有被规定为限制性的。特别是，结合任何一个或者多个实施方式讨论的行为、元件和特征没有被规定为从任何其他实施例中的类似的角色排除。
例如，根据本发明的一个实施方式，计算机系统配置成执行本文说明的任何功能，包括但不限于配置、建模和显示关于特定的数据中心配置的信息。另外，在实施方式中的计算机系统可以用于自动地测量在数据中心以及诸如冷冻器或者冷却器的控制装置内的环境参数以优化性能。而且，本文描述的系统可以配置成包括或者排除本文讨论的任何功能。因此，本发明不限于具体的功能或者一组功能。另外，本文使用的措词和术语是出于描述的目的而不应当被视为限制性的。在本文“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包含”、“含有”及其变形的使用意指包括其后列出的项及其等效物以及另外的项。
计算机系统
本文描述的根据本发明的各种方面和功能可以在一个或者多个计算机系统上被实现为硬件或者软件。存在目前在使用中的计算机系统的许多例子。除了别的以外，这些例子还包括网络装置、个人计算机、工作站、大型机、联网客户端、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和web服务器。计算机系统的其它例子可以包括移动计算设备例如蜂窝电话和个人数字助理、以及网络装置例如负载均衡器、路由器和交换机。另外，根据本发明的方面可以位于单个计算机系统上或者可以分布在与一个或者多个通信网络连接的多个计算系统之间。
例如，各种方面和功能可以分布在一个或者多个计算机系统之间，该计算机系统配置成向一个或者多个客户计算机提供服务或者作为分布式系统的一部分执行总任务。另外，可以在客户-服务器或者多层系统上执行这些方面，该客户-服务器或者多层系统包括分布在执行各种功能的一个或者多个服务器系统之间的部件。因此，本发明不限于在任何特定的系统或者系统组上执行。另外，可以在软件、硬件或者固件、或者其任何组合中实现这些方面。因此，根据本发明的方面可以使用各种硬件和软件配置在方法、行为、系统、系统元件和部件内实现，并且本发明不限于任何特定的分布式结构、网络或者通信协议。
图1示出了分布式计算机系统100的框图，在系统100中可以实施根据本发明的各种方面和功能。分布式计算机系统100可以包括一个或者多个计算机系统。例如，如所示，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如所示，计算机系统102、104和106通过通信网络108互连，并且可以通过通信网络108交换数据。网络108可以包括计算机系统可以用来交换数据的任何通信网络。为了使用网络108交换数据，计算机系统102、104和106和网络108可以使用各种方法、协议和标准，除了别的以外，这些方法、协议和标准还包括令牌环、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap和Corba。为了保证数据传输是安全的，计算机系统102、104和106可以使用各种安全措施经由网络108来传输数据，除了其它安全技术以外，安全措施还包括TSL、SSL或者VPN。尽管分布式计算机系统100示出三个联网的计算机系统，分布式计算机系统100可以包括使用任何介质和通信协议联网的任何数量的计算机系统和计算设备。
根据本发明的各种方面和功能可以被实现为在一个或者多个计算机系统--包括如图1所示的计算机系统102--内执行的专用硬件或者软件。如所示，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口116和储存器118。处理器110可以执行导致被操纵的数据的一系列指令。处理器110可以是在市场上可以得到的处理器，例如Intel Pentium、MotorolaPowerPC、SGI MIPS、Sun UltraSPRAC或者Hewlett-Packard PA-RISC处理器，但是可以是任何类型的处理器或者控制器，因为很多其它处理器和控制器是可用的。处理器110通过总线114连接到其它系统元件，包括一个或者多个存储器设备112。
存储器112可以用于在计算机系统102的操作过程中存储程序和数据。因此，存储器112可以是相对高性能的易失性随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或者静态存储器(SRAM)。但是，存储器112可以包括用于存储数据的任何设备，例如磁盘驱动器或者其它非易失性存储设备。根据本发明的各种实施方式可以将存储器112组织成为特殊的并且在一些情况中唯一的结构来执行本文公开的方面和功能。
计算机系统102的部件可以通过诸如总线114的互连元件耦合。总线114可以包括一个或者多个物理总线，例如集成在同一机器内的部件之间的总线，但是可以包括在系统元件之间的任何通信耦合，包括专用或者标准计算总线技术，例如IDE、SCSI、PCI和InfiniBand。因此，总线114使通信例如数据和指令能够在计算机系统102的系统部件之间交换。
计算机系统102还包括一个或者多个接口设备116，例如输入设备、输出设备和输入/输出设备的组合。接口设备可以接收输入或者提供输出。更具体地，输出设备可以再现用于外部显示的信息。输入设备可以接受来自外部源的信息。接口设备的例子包括键盘、鼠标设备、跟踪球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备允许计算机系统102与诸如用户和其它系统的外部实体交换信息并通信。
存储系统118可以包括计算机可读和可写的非易失性存储介质，其中存储定义由处理器执行的程序的指令。存储系统118还可以包括在介质上或介质中记录的信息，并且该信息可以被该程序处理。更具体地，该信息可以存储在一个或多个数据结构内，数据结构特别配置成节省存储空间或者增加数据交换性能。指令可以永久地存储为编码信号，并且指令可以使处理器执行本文描述的任何功能。除了别的以外，介质还可以是例如光盘、磁盘或者闪存。在操作中，处理器或者一些其它控制器可以使数据从非易失性记录介质读到另一个存储器例如存储器112，该存储器允许比在存储系统118内包括的存储介质更快地通过处理器存取信息。该存储器可以位于存储系统118或者存储器112内，但是，处理器110可以操纵在存储器112内的数据，并且然后在处理完成后将数据复制到与存储系统118关联的介质。各种部件可以管理在介质和集成电路存储元件之间的数据移动，并且本发明不限于此。另外，本发明不限于特定的存储器系统或者存储系统。
虽然计算机系统102作为例子被示为一种类型的计算机系统(在该计算机系统上可以实施根据本发明的各种方面和功能)示出，但本发明的方面不限于在如图1所示的计算机系统上实现。根据本发明的各种方面和功能可以在具有与图1所示的不同的结构或者部件的一个或者多个计算机上实施。例如，计算机系统102可以包括特别编程的专用硬件，例如适合于执行本文公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)。而另一个实施方式可以使用利用Motorola PowerPC处理器运行MAC OS System X的几个通用计算设备以及运行专用硬件和操作系统的几个专用计算设备来执行相同的功能。
计算机系统102可以是包括操作系统的计算机系统，该操作系统管理包括在计算机系统102内的硬件元件的至少一部分。通常，处理器或者控制器(例如处理器110)执行操作系统，该操作系统可以是例如基于Windows的操作系统，例如可以从微软公司得到的Windows NT、Windows2000(Windows ME)、Windows XP或者Windows Vista操作系统，可以从苹果计算机公司得到的MAC OS System X操作系统、很多基于Linux的操作系统分布之一例如从Red Hat公司得到的Enterprise Linux操作系统、从太阳微系统公司得到的Solaris操作系统、或者从各种源得到的UNIX操作系统。可以使用许多其它操作系统，并且实施方式不限于任何特定的实现。
处理器和操作系统一起定义计算机平台，可以为计算机平台用高级程序语言编写应用程序。这些部件应用可以是可执行的、中间的例如C-、字节码或者解释码，其使用通信协议(例如TCP/IP)通过通信网络(例如因特网)通信。类似地，根据本发明的方面可以使用面向对象的程序语言例如.Net、SmallTalk、Java、C++、Ada、或者C#(C-Sharp)来实现。也可以使用其它面向对象的编程语言。可选地，可以使用函数、脚本或者逻辑编程语言。
另外，根据本发明的各种方面和功能可以在非编程环境例如以HTML、XML或者其他格式创建的文件中实现，当在浏览器程序的窗口中观察时，这些文件再现图形用户接口的方面或者执行其它的功能。另外，根据本发明的各种实施方式可以被实现为编程的或者非编程的元件、或者其任何组合。例如，网页可以使用HTML来实现，而从网页内调用的数据对象可以用C++编写。因此，本发明不限于特定的编程语言，并且任何合适的编程语言可以被使用。另外，在至少一个实施方式中，工具可以使用VBAExcel来实现。
在实施方式中包括的计算机系统可以执行在本发明的范围以外的另外的功能。例如，可以使用现有的商品例如数据库管理系统例如从华盛顿州西雅图的微软公司得到的SQL Server、从加利福尼亚州Redwood Shores的Oracle得到的Oracle Database和从加利福尼亚州Santa Clara的太阳微系统公司得到的MySQL、或者集成软件例如从纽约Armonk的IBM得到的WebSphere中间件来实现系统的方面。但是，运行例如SQL Server的计算机系统可能能够支持根据本发明的方面和与不在本发明范围内的各种应用的数据库一致的方面。
示例性系统结构
图2示出包括分布式系统200的物理和逻辑元件的内外关系图。如所示，分布式系统200根据本发明被特别配置。关于图2描述的系统结构和内容仅仅是为了示例性目的而不是用来将本发明限制到在图2中所示的具体的结构。如将对本领域普通技术人员明显的，许多不同的系统结构可被设计而不偏离本发明的范围。在图2中所示的具体布置被选择来增进明了性。
信息可以使用任何技术在图2中所描述的元件、部件和子系统之间流动。例如，这样的技术包括经由TCP/IP通过网络传递信息、在存储器中的模块之间传递信息、和通过写到文件、数据库、或者一些其它非易失性存储设备来传递信息。其它的技术和协议可以被使用而不偏离本发明的范围。
参考图2，系统200包括用户202、接口204、数据中心设计和管理系统206、通信网络208和数据中心数据库210。系统200可以允许用户202(例如数据中心技术人员或者其它数据中心人员)与接口204交互以创建或者修改一个或者多个数据中心配置的模型。根据一个实施方式，接口204可以包括如在2008年5月15日递交的题目为“METHODS AND SYSTEMSFOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING”的专利合作条约申请号PCT/US08/63675中公开的地板编辑器和机架编辑器的方面，该申请通过引用被全部并入本文并且在下文称为PCT/US08/63675。在其它的实施方式中，接口204可以使用专用设施实现，该设施使用户202能够以拖放的方式设计包括数据中心或者其任何子集的物理布局的表示的模型。该布局可以包括数据中心结构部件以及数据中心装置的表示。在下面进一步讨论在根据本发明的多个实施方式中可以找到的接口204的特征。在至少一个实施方式中，关于数据中心的信息通过接口被输入系统200中，并且对数据中心的评估和建议被提供给用户。另外，在至少一个实施方式中，可以执行优化过程以优化数据中心的冷却性能和能量利用。
如图2所示，数据中心设计和管理系统206向用户202显示数据设计接口204。根据一个实施方式，数据中心设计和管理系统206可以包括如在PCT/US08/63675中公开的数据中心设计和管理系统。在该实施方式中，设计接口204可以合并在PCT/US08/63675中包括的输入模块、显示模块和构造模块的功能，并且可以使用数据库模块来存储和取回数据。
如所示，数据中心设计和管理系统206可以经由网络208与数据中心数据库210交换信息。该信息可以包括支持数据中心设计和管理系统206的特征和功能所需的任何信息。例如，在一个实施方式中，数据中心数据库210可以包括在PCT/US08/63675内描述的数据中心装置数据库内存储的数据的至少一些部分。在另一个实施方式中，该信息可以包括支持接口204所需的任何信息，除了别的以外，该信息包括例如一个或者多个数据中心模型配置的物理布局、包括在模型配置内的冷却提供器的生产和分配特征、在模型配置内的冷却消耗器的消耗特征、以及将包括在集群内的装置机架和冷却提供器的列表。
在一个实施方式中，数据中心数据库210可以存储冷却提供器的类型、由每一种类型的冷却提供器提供的冷气量、和由冷却提供器提供的冷气的温度。因此，例如数据中心数据库210包括特定类型的CRAC单元的记录，该CRAC单元被标定为在68华氏摄氏度的温度以5,600cfm的速率传递气流。另外，数据中心数据库210可以存储一个或者多个冷却指标，例如CRAC的入口和出口温度以及一个或者多个装置机架的入口和出口温度。该温度可以被周期性地测量并且被输入系统中，或者在其它的实施方式中，该温度可以使用耦合到系统200的设备被持续地监控。
数据中心数据库210可以采用能够在计算机可读介质上存储信息的任何逻辑结构的形式，除了其它结构以外，逻辑结构还包括平面文件、加索引文件、分层数据库、关系数据库或者面向对象的数据库。数据可以使用唯一和外来的关键关系和索引来建模。唯一和外来的关键关系和索引可以在各种字段和表格之间建立，以保证数据完整性和数据交换性能。
包括数据中心设计和管理系统206、网络208和数据中心装置数据库210的在图2示出的计算机系统每一个可以包括一个或者多个计算机系统。如上面关于图1所讨论的，计算机系统可以具有一个或者多个处理器或者控制器、存储器和接口设备。在图2中描绘的系统200的特定配置只是出于说明的目的而使用，并且本发明的实施方式可以在其它背景中被实践。因此，本发明的实施方式不限于特定数量的用户或者系统。
数据中心评估和优化实施方式
在现在将描述的至少一个实施方式中，提供在集群布局模型内实时布置一列装置(机架、冷却器、UPS、PDU等)并且显示该装置以便机架气流和冷却气流在集群布局内得到均匀的分布的工具。图3示出在数据中心内布置在热通道附近的两行A和B中的机架和冷却器的集群300的例子。在至少一个实施方式中，在图3示出的布局可以作为工具的输出而提供，或者该布局可以作为输入而提供，并且该工具可布置该装置和冷却器来满足规定的冷却标准。
集群300包括12个机架302(a)-302(l)和4个行内冷却器304。在一个例子中，机架是工业标准19英寸装置机架，而冷却器是具有标准装置机架的宽度的大约一半的半机架宽度行内冷却器，例如可以从罗德艾兰州的West Kingston的美国电力转换公司得到的冷却器，包括In RowRC(IRRC)、model ACR100。但是，本发明的实施方式也可以与其他的冷却器以及装置机架一起使用。另外，在图3示出的集群是配置成A行中的机架的后面面对B行中的机架的后面的热通道集群。在其他的实施方式中，本发明的实施方式的系统和工具也可以配置成用于在冷通道集群内的装置机架的分析和布局。
在现在将描述的一个例子中，由用户提供集群的输入数据。在一个实施方式中，输入数据被人工输入系统中，但是，在其他的实施方式中，该数据可以从其他系统电子地提供。输入数据包括具有机架功率和气流速率(cfm/kW)的机架的列表、具有冷却气流(cfm)的冷却器的类型、功率区配置和期望冷却冗余或者目标空气比率(下面详细讨论的)。功率区配置描述机架或冷却器到PDU和UPS电源的连接性；因为基于最小化电力电缆或者其他考虑因素可能存在优选的装置位置，因此这个信息与布置算法有关。基于总的机架气流和期望冷却冗余，工具使用输入数据计算冷却器的所需数量，并且提供机架和冷却器以及任何行内PDU和UPS的布局。
表格1提供一个例子的机架功率和机架气流的列表，机架基于机架功率以升序排列。
表格1：机架功率和机架气流的列表
Figure BDA0000105590610000141
在一个实施方式中，工具使用包括两个主要步骤的过程自动布置机架；首先在集群内布置机架，其次在集群内定位冷却器。在布置机架中，机架首先被配对并且布置在A和B两行中，以便每一个机架对的气流的和与A行与B行的总的机架气流相等或接近相等。在使机架配对中，具有最小机架气流的机架与具有最大机架气流的机架配对，具有次最小机架气流的机架与具有次最大机架气流的机架配对，依此类推，直到所有机架都成对。每一对机架布置有在A行内的一个机架和在B行内的另一个机架，这些机架的后面彼此面对(在冷通道实现中，机架的前面将彼此面对)。对于具有奇数个机架的场景，具有最高气流的机架与没有气流的机架配对。
然后通过首先选择第一对(最小气流机架和最大气流机架)并且然后将其他机架对可选地放置在第一对的任一侧上来在A行和B行内布置机架对，以便一对较小气流机架使其他对的较大气流机架作为它的邻居。表格2示出根据上述过程布置的表格1的机架。
表格2：在A行和B行内布置的机架对
  A行，机架气流(cfm)   480   1280   320   800
  B行，机架气流(cfm)   960   160   1120   640
  机架层气流(cfm)   1440   1440   1440   1440
接下来在过程中，计算每一个机架对(本文称为“机架层(rack slice)”)的总的机架气流。该总数在表格2示出。在例子中，在每一个机架层处的气流是1440cfm，每一个行的总机架气流等于2880cfm，造成在集群布局内热气流的均匀分布。上面描述的例子是有点理想的情况，并且在其他的例子中，气流可能不是相等的，但是该过程努力达到使在每一个层两端和对每一个行的气流平衡。
如果大机架气流位于行的末尾，则在集群内可能需要更多冷却器来捕获机架排气。因而，在一个实施方式中，对于当在行末尾的机架比在同一行中的与它相邻的机架具有更大的气流时的情况，这两个机架的位置互换。
表格3示出表格2的机架被重新布置以从集群的末尾移动高气流机架。在表格3中，具有800cfm气流的机架的位置与在A行的右侧具有320cfm的机架的位置交换，并且具有960cfm气流的机架的位置与在B行左侧具有160cfm气流的机架的位置交换。
表格3：表格2中的机架的重新布置
  A行(气流cfm)   480   1280   800   320
  B行(气流，cfm)   160   960   1120   640
在一个实施方式中，在定位集群内的机架后，由工具执行的过程确定在集群内的冷却器的数量和位置。基于总的机架气流和目标空气比率可确定所需要的冷却器的数量，并且所需要的冷却器的数量直接涉及期望冷却冗余。目标空气比率的大值对应于高冷却冗余，并且反之亦然。例如，目标空气比率的较大值将用于实现“n+2”冷却冗余而不是将被要求实现“n+1”。使用下面的公式1计算在集群内所需要的冷却器的数量：
冷却器的数量＝(总的机架气流)*(ARTarget)/(单个冷却器气流)公式(1)
在公式1中，因为冷却器的数量不可能是分数，结果被向上取整为下一个整数。将公式(1)应用于上面参考表格3讨论的例子，使用具有2900cfm和1.2的ARTarget值的冷却器，导致2.38的值，其被向上取整为3个冷却器。AR Target是目标空气比率。空气比率被定义为总的冷却气流与总的机架气流的比。AR应当大于1，并且在一个实施方式中，ARTarget的值是1.2。这三个冷却器基于行的总的机架气流在A行和B行之间分派。在表格3的例子中，A行机架的总气流与B行机架的总气流相等，两个冷却器被任意地分配到A行，并且一个冷却器被分配到B行。如果这两个行的长度不等，那么冷却器可被放置成使两个行的长度更加相等。
接下来，必须确定在行内的冷却器的位置。在一个实施方式中，因为如果冷却器位于集群的末尾则它们具有捕获来自机架的排气的较小的能力，末尾不被认为是冷却器的可能位置，并且相应地，冷却器被放置在机架之间。对于表格3的例子，在机架之间在每一行内有3个可能的冷却器位置。本文一般称这些位置为冷却器层(cooler slice)，并且通常对于在集群内的数量为r的机架对或者层，有r-1个冷却器层。另外，在每一个冷却器层处可以包括一个以上的冷却器。表格4示出对于表格3的例子每一个机架层的总组合气流、三个可能的冷却器位置j1、j2和j3、以及四个机架层i1、i2、i3和i4。
表格4：机架层气流和可能的冷却器位置
Figure BDA0000105590610000161
在每一冷却器层位置处的冷却器有捕获来自每一个机架层位置的热排气的可能性。该可能性随着在冷却器层位置与机架层位置之间的距离的增加而降低，并且它随着机架层气流或者冷却器层气流的幅度的增加而增加。可由来自所有冷却器层的冷却器从机架层捕获的总的气流可使用公式(2)来确定。
对于i＝1，2，......r(机架层的数量)
S i * = Σ j = 1 r - 1 A ij n j c 公式(2)
其中，
对于j＝1，2，......r-1(冷却器层的数量)
A ij = y i Q j c Σ i = 1 r y i ,
Figure BDA0000105590610000164
公式(3)
其中，
AR是空气比率，其被定义为总的冷却气流和总的机架气流的比。
Si是在第i个机架层位置处的机架层气流。
是由所有冷却器层处的冷却器从第i个机架层可捕获的气流的量。
p是常数(例如2.10等)。这个常数的大值意味着冷却器的捕获效果随着在冷却器和机架层之间的距离的增加而急剧下降。p＝10的值被观察到是对实际情况的合理的选择，并且在本发明的至少一些实施方式中被使用。
是在第j个冷却器层位置处的冷却器的数量。
Figure BDA0000105590610000173
是在第j个冷却器层处的冷却器的气流速率(例如对于IRRC或者“c”类型冷却器是2900cfm)。
Aij可以被认为是“捕获系数”，因为它使在任何冷却器层处的冷却器的数量与可在任何机架层处捕获的机架气流的量有关。
在至少一个实施方式中，工具提供在集群布局内实质上均匀地分布机架气流和冷却气流的布局。由于机架层气流被均匀地放置，下一步是定位冷却器。这可通过将冷却器放置成使得空气比率(AR)和机架层气流的积匹配可由冷却器从机架层捕获的气流(使用公式(2)计算)来实现。在数学上，它是利用下面的成本函数的最小化问题：
Σ i = 1 r ( ARXS i - S i * ) 2
约束是
Figure BDA0000105590610000175
以及0≤nc j≤冷却器的数量
在一些实施方式中使用标准的优化算法(例如通过分支定界法等)来解决这个问题。在另一个实施方式中，使用快速并且在计算上廉价的简单方法来解决最小化问题。现在将参考图4描述该方法，图4示出用于确定在所有冷却器层处的冷却器的数量的过程500。在过程500的第一步骤502中，做出关于是否只有一个冷却器的确定。如果只有一个冷却器，那么在步骤504，该冷却器被放置在中心冷却器层位置处，并且在步骤542，过程500结束。
如果在步骤502有一个以上的冷却器，那么过程500继续进行到步骤506，在步骤506中冷却器被放置在第一层位置j＝1。然后在步骤508做出关于可由所有放置的冷却器(在这个过程中在这个点处只有一个冷却器)从第1个机架层捕获的气流的量是否大于来自第一个机架层的气流和空气比率AR的积的确定。如果确定块508的结果是YES，那么第一个冷却器的最佳位置可能不是在j＝1，并且在块510，第一冷却器被移到下一个冷却器层位置，并且在512，再次做出关于可被所有设置的冷却器(在该过程中在这个点处只有一个冷却器)从第1个机架层捕获的气流的量是否大于来自第一个机架层的气流和空气比率AR的积的确定。重复步骤510和512，直到步骤512的结果是NO，并且然后在步骤514，在当前的j层处放置第一个冷却器。另外，如果步骤508的结果是NO，那么该过程继续进行到步骤514。在步骤515，做出关于是否所有冷却器都已经被放置的确定。如果步骤515的结果是YES，那么该过程继续进行到步骤536，并且如下面进一步所述的继续。
如果步骤515的结果是NO，那么过程500继续进行到步骤516，其中第二冷却器被放置在位置j＝r-1(其中r等于机架层的总数)处右侧上的最后一个冷却器层位置处。然后在步骤518做出关于可由所有放置的冷却器从r机架层捕获的气流的量是否大于来自r机架层的气流和空气比率AR的积的确定。如果确定块518的结果是YES，那么第二冷却器的最佳位置可能不是在j＝r-1，并且在块520，第二冷却器被移动到左侧的下一个冷却器层位置(j＝j-1)，并且在步骤522，再次做出关于可由所有放置的冷却器从r机架层捕获的气流的量是否大于来自r机架层的气流和空气比率AR的积的确定。重复步骤520和522，直到步骤522的结果是NO，并且然后在步骤524，第二冷却器被放置在当前的j层处。另外，如果步骤518的结果是NO，该过程继续进行到步骤524。
然后过程500继续进行到步骤526，在步骤526做出关于是否所有冷却器都已经被放置的确定。如果步骤526的结果是NO，那么该过程移动到步骤528和530，其中下一个冷却器被放置在从左侧与最后使用的冷却器层位置相邻的冷却器层位置处。然后在步骤532做出关于可由所有放置的冷却器从j机架层捕获的气流的量是否大于来自j机架层的气流和空气比率AR的积的确定。如果确定块532的结果是YES，那么当前冷却器的最佳位置可能不是在当前位置，并且在块530，当前冷却器向右移动到下一个冷却器层位置(j＝j+1)。重复步骤530和532，直到步骤532的结果是NO，并且然后在步骤534将第二冷却器放置在当前j层处。重复步骤526到532，直到所有冷却器被放置。
一旦所有冷却器被放置，于是过程500继续进行到步骤536，在步骤536确定是否在每一个冷却器层处存在一个以上的冷却器。如果步骤536的结果是YES，那么该过程移动到步骤538，在步骤538做出关于是否与每一个冷却器层相邻的机架气流大于在冷却器层处的多个冷却器的组合气流的确定。该步骤有助于通过向集群的中间移动冷却器来在整个集群内更加均匀地分布冷却气流。如果步骤538的结果是YES，那么在步骤540，冷却器之一向左侧移动到下一个冷却器位置，除非当前位置是最后一个层。如果步骤538或者536的结果是NO，或者在步骤540之后，那么该过程在步骤542结束。
表格5示出在机架层之间的冷却器的分布。
表格5：示出在机架层之间的冷却器的分布
一旦确定了在所有冷却器层处所需要的冷却器的数量，最后的步骤就是在集群布局内放置机架和冷却器。在不同冷却器层处所需要的冷却器在行A和行B之间被分派，以便两行尽可能接近相等的长度。图5示出本文考虑的例子的最后布局。如可看到的，机架和冷却器被均匀地分布，所有机架具有100％的捕获系数。一旦布局被确定，它就可被显示，并且可以根据该布局在数据中心内安装机架和冷却器。
在上面描述的实施方式中，描述了用于评估包括CRAC和装置机架的数据中心的工具。如本领域普通技术人员容易理解的，在其他的实施方式中，过程和系统可以与冷却提供器而不是CRAC一起使用，以及与冷却消耗器而不是装置机架一起使用。
在本文描述的实施方式中，满足冷却标准的冷却器和装置机架的集群布局被确定并显示给用户。在其他的实施方式中，所确定的布局可以用作进入优化算法的输入以提供集群的冷却性能的进一步优化。例如，所使用的优化算法可以基于遗传算法或者分支定界法。在优化算法内，基于CVA、叠加、神经网络、代数、PDA-CFD等模型从计算流体动力学或者实时算法中可以确定每一个候选布局的冷却性能。既然对算法的输入是满足冷却标准的解决方案，本发明的实施方式对这些较复杂的技术是有用的，因为它们可极大地减少执行优化的时间。
在本文讨论的某些例子中，由工具提供的解决方案可以提供被描述为优化布局或者接近优化布局的布局。尽管不能保证完全优化的布局，由这样的工具提供的解决方案被快速地产生并且满足规定的标准。
在本发明的实施方式中，特定的冷却冗余可以用作冷却标准的一部分，并且集群布局可以被设计成满足该冷却冗余。
如本领域普通技术人员容易理解的，给定本公开的益处，本文描述的工具可以用于冷通道应用和使用具有充当冷却提供器的带孔砖的活地板的应用。带孔砖可以是应用中的唯一的冷却提供器或者可以结合行内冷却器来使用。另外，该工具可以用于各种机架宽度，包括具有覆盖有三行带孔砖的六英尺通道的冷通道。
在本文讨论的发明的至少一些实施方式中，实时评估和计算的性能指的是在大约几秒或者更短而不是几分钟或者更长的时间完成的过程，如利用复杂的计算发生的，例如涉及一般CFD计算的那些计算。
这样说明了本发明的至少一个实施方式的多个方面后，应当认识到，本领域技术人员容易想到各种更改、修改和改进。这样的更改、修改和改进被规定为本公开的一部分，并且被规定为在本发明的精神和范围内。因此，上述的描述和附图仅仅作为例子。

Claims (19)

1.一种用于提供在数据中心内的装置的布局的计算机实现的方法，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供器，所述方法包括：
接收关于所述多个装置机架的每一个的气流消耗和所述至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；
存储所接收的数据；
确定所述数据中心的布局；
显示所述数据中心的所述布局；以及
其中确定布局包括：
基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；
确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；
基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及
确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中使每一个装置机架配对包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。
3.如权利要求2所述的方法，其中布置所述装置机架对包括：
识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及
在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有所述最小组合气流消耗值的所述机架对，以及在所述集群的第二端布置具有所述次最小组合气流消耗值的所述机架对。
4.如权利要求3所述的方法，其中确定所述至少一个冷却提供器的位置包括确定与两个装置机架毗邻的用于所述至少一个冷却提供器的内部位置。
5.如权利要求1所述的方法，还包括接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息，并且其中确定布局包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。
6.如权利要求1所述的方法，还包括在确定所述布局之后，使用优化例程确定优化的布局。
7.如权利要求1所述的方法，还包括根据所确定的布局定位在所述数据中心内的所述装置。
8.一种用于提供在数据中心内的装置的布局的系统，所述装置包括多个装置机架和至少一个冷却提供器，所述系统包括：
显示器；
存储设备；
接口；以及
控制器，其耦合到所述显示器、所述存储设备和所述接口，并且配置成：
通过所述接口接收关于所述多个装置机架的每一个的气流消耗和所述至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；
在所述存储设备内存储所接收的数据；
确定所述数据中心的布局；以及
在所述显示器上显示所述数据中心的所述布局；
其中确定布局包括：
基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；
确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；
基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及
确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。
9.如权利要求8所述的系统，其中使每一个装置机架配对包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。
10.如权利要求9所述的系统，其中布置所述装置机架对包括：
识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及
在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有所述最小组合气流消耗值的所述机架对，以及在所述集群的第二端布置具有所述次最小组合气流消耗值的所述机架对。
11.如权利要求10所述的系统，其中确定所述至少一个冷却提供器的位置包括确定与两个装置机架毗邻的用于所述至少一个冷却提供器的内部位置。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述控制器还配置成接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息，并且其中确定布局包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。
13.如权利要求8所述的系统，其中所述控制器还配置成使用将所确定的布局作为输入的优化例程来确定优化的布局。
14.一种存储有指令序列的计算机可读介质，所述指令序列包括将使处理器执行下列操作的指令：
接收关于在数据中心内所包括的多个装置机架的每一个的气流消耗和至少一个冷却提供器的冷却能力的数据；
在存储设备内存储所接收的数据；
确定所述数据中心的布局；以及
在显示器上显示所述数据中心的所述布局；
其中确定布局包括：
基于所述多个装置机架的每一个的气流消耗使所述多个装置机架的每一个装置机架与所述多个装置机架的另一个装置机架配对以创建多个装置机架对；
确定所述装置机架对的每一对的组合气流消耗值；
基于所述装置机架的所述组合气流消耗值布置所述装置机架对以形成两行装置机架集群，其中每一对包括在所述集群的第一行中的装置机架和在所述集群的第二行中的装置机架；以及
确定在所述集群内的所述至少一个冷却提供器的位置。
15.如权利要求14所述的计算机可读介质，其中使每一个装置机架配对包括使最大气流消耗装置机架与最小气流消耗装置机架配对，以及使次最大气流消耗装置机架与次最小气流消耗机架配对。
16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中布置所述装置机架对包括：
识别具有最大组合气流消耗值的机架对、具有最小组合气流消耗值的机架对、和具有次最小组合气流消耗值的机架对；以及
在所述集群的中间位置定位具有所述最大组合气流消耗值的所述机架对，在所述集群的第一端布置具有所述最小组合气流消耗值的所述机架对，以及在所述集群的第二端布置具有所述次最小组合气流消耗值的所述机架对。
17.如权利要求16所述的计算机可读介质，其中确定所述至少一个冷却提供器的位置包括确定与两个装置机架毗邻的用于所述至少一个冷却提供器的内部位置。
18.如权利要求14所述的计算机可读介质，还包括将使所述处理器接收关于所述装置机架的至少一个的期望冷却冗余的信息的指令，并且其中确定布局包括至少部分地基于关于期望冷却冗余的所述信息确定布局。
19.如权利要求14所述的计算机可读介质，其中还包括将使所述处理器通过使用将所确定的布局作为输入的优化例程来确定优化的布局的指令。
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