CN103036816B - 一种风扇转速控制方法及交换机设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及台式网络设备的系统散热处理技术，其公开了一种风扇转速控制方法，对系统进行按需散热，在满足散热需求的同时合理控制噪音。该方法包括如下步骤：A、计算电源模块的实际工作温度值，B、根据电源模块的实际工作温度值以及设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转。此外，本发明还公开了一种交换机设备。本发明适用于对网络设备的系统散热。

Description

一种风扇转速控制方法及交换机设备

技术领域

本发明涉及台式网络设备的系统散热处理技术，特别涉及一种网络设备中风扇转速控制技术。

背景技术

以太网交换机作为各种网络中的接入设备，是保证整个网络性能的重要支撑。随着技术的发展，对以太网交换机的整机性能和可靠性提出了更高要求，不仅要求以太网交换机在端口间都能进行转发；而且在整机满负载、端口间转发的条件下，以太网交换机也能经受各种外部环境的考验，比如：恶劣的气候环境、机械环境、EMC等。而随着以太网的交换机端口密度越来越高，速率也由以前的10M，100M提升到1G，10G，功能也由以前单纯的二层转发到现在能够处理一些三层协议，POE供电等，都使以太网交换机的整机功耗越来越大，系统温度越来越高。高温会严重缩短器件、芯片的使用寿命，使设备的平均无故障工作时间大大缩短。因此需要一种有效的方法来控制系统的温度。

传统技术中对系统的散热方法主要有两种：

1、对主要发热芯片增加散热器进行散热；该方法对于功能单一，端口密度低的二层交换机适用，但无法保证散热效果，在高温高湿的环境下仍然可能会出现死机等问题；

2、在方法1的基础上，增加一定数量的风扇进行强制散热；该方法对于大多数1G，10G高密度端口的二，三层交换机适用，但是为了保证散热效果，通常会采用高转速的风扇，这样就会导致整机噪音增大，噪音测试不达标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种风扇转速控制方法及交换机设备，对系统进行按需散热，在满足散热需求的同时合理控制噪音。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：一种交换机设备，包括电源模块、风扇模块和主控板模块，所述主控板模块包括散热控制单元、业务转发单元和接口控制单元；

所述散热控制单元，用于计算电源模块的实际工作温度值，再根据设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转；

所述业务转发单元，用于负责以太端口间的数据转发以及与散热控制单元的交互；

所述接口控制单元，用于控制以太端口的数据收发。

进一步的，该设备还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测系统电源所处环境的当前环境温度，并传输给散热控制单元。

具体的，所述散热控制单元包括微处理器或中央处理器CPU。

具体的，所述业务转发单元包括交换芯片和PHY芯片。

进一步的，所述风扇模块中包括至少两个风扇，该交换机还包括隔离挡风板，所述隔离挡风板用于对电源模块和主控板模块进行隔离，形成独立的散热通道，每个散热通道设置至少一个风扇。

进一步的，所述散热控制单元，用于计算当前系统实际总功耗值，并依据设定的第一温升系数，计算电源模块随功耗变化的第一温升值；同时获取环境温度值，并利用设定的基础环境温度值以及设定的第二温升系数，计算电源模块随温度变化的第二温升值；根据第一温升值、第二温升值和基础环境温度得到电源模块的实际工作温度。

具体的，所述当前系统实际总功耗值包括，散热控制单元中处理器的功耗值，业务转发单元的功耗值，当前接口控制单元的功耗值以及当前风扇模块的功耗值。

进一步的，所述散热控制单元，用于根据设定的电源模块稳定工作的温度值中的温度上限值和温度下限值，计算电源散热需要的风扇转速占空比系数；将电源模块的实际工作温度减去电源模块稳定工作的温度下限值之差乘以电源散热需要的风扇转速占空比系数，再加上风扇转速基础占空比；确定电源模块散热需要的风扇转速占空比。

本发明的另一目的，还在于提出一种风扇转速控制方法，应用于交换机中，该方法包括如下步骤：

A、计算电源模块的实际工作温度值，

B、根据电源模块的实际工作温度值以及设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转。

进一步的，所述步骤A中，所述计算电源模块的实际工作温度值包括：

A1、计算当前系统实际总功耗值，并依据设定的第一温升系数，计算电源模块随功耗变化的第一温升值；

A2、同时获取环境温度值，并利用设定的基础环境温度值以及设定的第二温升系数，计算电源模块随温度变化的第二温升值；

A3、根据第一温升值、第二温升值和基础环境温度得到电源模块的实际工作温度。

具体的，所述步骤A1中，计算当前系统实际总功耗值的方法为，

A11、计算散热控制单元中处理器的功耗值；

A12、根据业务转发单元的转发业务量，计算业务转发单元的功耗值；

A13、根据当前所有以太端口的工作状态，计算接口控制单元的功耗值；

A14、计算当前风扇模块的功耗值；

A15、将所有计算出的功耗值相加。

进一步的，所述步骤B，具体包括：

B1、根据设定的电源模块稳定工作的温度值中的温度上限值和温度下限值，计算电源散热需要的风扇转速占空比系数；

B2、将电源模块的实际工作温度减去电源模块稳定工作的温度下限值之差乘以电源散热需要的风扇转速占空比系数，再加上风扇转速基础占空比；确定电源模块散热需要的风扇转速占空比。

本发明的有益效果是：通过对系统实际功耗值进行统计计算，准确评估系统电源模块的温升，再结合环境温度计算系统电源模块的当前实际温度参数，最后将获得的当前实际温度参数与系统电源稳定工作时的温度值进行比较，以确定保证电源散热需要的风扇转速，既保证了系统电源散热，又能减小噪音，保证系统电源的稳定工作。

附图说明

图1为本发明实施例的交换机结构框图；

图2为本发明实施例的风扇转速控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

参见图1，本实施例中提供一种交换机设备，包括电源模块、风扇模块和主控板模块，所述主控板模块包括散热控制单元、业务转发单元和接口控制单元；所述散热控制单元包括微处理器或者中央处理器CPU，用于对系统的散热控制管理，具体来说即用于计算电源模块的实际工作温度值，再根据设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转。所述业务转发单元包括交换芯片和PHY芯片，用于负责以太端口间的数据转发以及与散热控制单元的交互。所述接口控制单元，用于控制以太端口的数据收发。该交换机设备还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测系统电源所处环境的当前环境温度，并传输给散热控制单元。所述散热控制单元。在本实施例中采用隔离挡风板1和隔离挡风板2对系统的各个组成单元进行隔离，形成三条独立的散热通道，其中每个功能模块对应一个散热通道，以保证各个功能模块的风流量达到要求。

本实施例中，散热控制单元计算电源模块的实际工作温度值的具体方法为，计算当前系统实际总功耗值，并依据设定的第一温升系数，计算电源模块随功耗变化的第一温升值；同时获取环境温度值，并利用设定的基础环境温度值以及设定的第二温升系数，计算电源模块随温度变化的第二温升值；根据第一温升值、第二温升值和基础环境温度得到电源模块的实际工作温度。所述散热控制单元，用于根据设定的电源模块稳定工作的温度值中的温度上限值和温度下限值，计算电源散热需要的风扇转速占空比系数；将电源模块的实际工作温度减去电源模块稳定工作的温度下限值之差乘以电源散热需要的风扇转速占空比系数，再加上风扇转速基础占空比；确定电源模块散热需要的风扇转速占空比。

参见图2，为本发明实施例的一种风扇转速控制方法，应用于交换机中，该方法包括如下步骤：

步骤201、计算电源模块的实际工作温度值。具体包括如下步骤：

步骤2011，散热控制单元计算当前系统实际总功耗值P，并依据设定的第一温升系数S1，该第一温升系数S1是根据实际测试数据设定电源模块关键发热器件随功耗变化的温升系数即S1=1/P0(即系统功耗增加P0瓦，电源模块关键发热器件升1度)，从而计算电源模块随功耗变化的第一温升值T1，即Ta=P×S1。这里实际计算的是电源模块中电源关键器件随功耗变化的实际温升值。

本步骤中，当前系统实际总功耗值P的计算过程如下：

A、计算散热控制单元中处理器的功耗值；由于散热控制单元包括微处理器或中央处理器CPU，所以在计算散热控制单元中处理器的功耗值时，确认散热管理单元中处理器的当前工作频率，统计处理器的实际使用率及其接口工作情况，计算得到散热管理单元的实际功耗值A；不同处理器的工作频率对应不同的散热管理单元的基本功耗；处理器的使用率及接口工作情况对应散热控制单元的不同的叠加功耗；基本功耗加上叠加功耗为散热控制单元的实际功耗。

B、根据业务转发单元的转发业务量，计算业务转发单元的功耗值；业务转发单元上电后不作任何业务转发时的功耗是基本功耗，单位时间的转发业务包数量及业务包的类型可打推算出业务转发单元的叠加功耗；基本功耗加上叠加功耗即得到业务转发媒体单元的实际功耗。

C、根据当前所有以太端口的工作状态，计算接口控制单元的功耗值；接口控制单元上电后不作任何操作时的功耗是基本功耗；每个接口工作模式对应固定的功耗；每个接口工作模式对应固定的功耗，根据使用的接口的工作模式及接口的数量就可得到接口的叠加功耗；基本功耗加上叠加功耗即得到接口的实际功耗。

D、计算当前风扇模块的功耗值；

E、将所有计算出的功耗值相加。计算得到系统电源的实际功耗值等于系统总功耗值/电源效率参数（电源效率参数一般按照80%计算）。

步骤2012，同时读取实际的环境温度值T2，再根据设定的基础环境温度T1,计算温度差值b=T2-T1，根据设定随温度变化的第二温升系数S2=1/t0（即环境温度升t0度，电源模块关键发热器件升1度），计算电源模块随温度变化的第二温升值Tb=（T2-T1）×S2。实际上即电源模块的电源关键发热器件随温度变化的实际温升值。本发明实施例的电源模块第二温升系数S2是在风扇基础占空比F0=20%风速下得到的值。

步骤2013，根据第一温升值、第二温升值和基础环境温度得到电源模块的实际工作温度，即Ta+Tb+T1。

步骤202、散热控制单元根据电源模块的实际工作温度值以及设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转。

根据上述步骤201中计算的电源模块的当前实际温度值Ta+Tb+T1，根据设定的电源模块稳定工作的温度值中的温度上限值T3和温度下限值T4，计算电源散热需要的风扇转速占空比系数即F1=(1-F0)/(T3-T4)，得到实际电源散热需要的风扇转速占空比PWM=（TA+TB+T1-T4）*F1+F0，注：其中T3代表设定的电源模块长期稳定工作的温度下限值，例如60度，即超过60度开始调速，否则默认按照低转速控制，即按照20%占空比控制，稳定工作的温度上限值T4,例如设定为70°，即在温度上升到70°左右风扇开始全速运行，即按照100%占空比控制。

本发明的风扇转速控制方法，根据计算的电源实际工作温度以及设定相关参数动态控制风扇转速，可以实现台式交换机设备散热集中管理包括主板，电源及子模块，“按需”控制风扇的转速。

Claims (8)

1.交换机设备，其特征在于，包括电源模块、风扇模块和主控模块，所述主控板模块包括散热控制单元、业务转发单元和接口控制单元；

所述散热控制单元，用于计算电源模块的实际工作温度值，再根据设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转；

所述业务转发单元，用于负责以太端口间的数据转发；

所述接口控制单元，用于控制以太端口的数据收发；

所述散热控制单元计算电源模块的实际工作温度值的方式为：

计算当前系统实际总功耗值，并依据设定的第一温升系数，计算电源模块随功耗变化的第一温升值；同时获取环境温度值，并利用设定的基础环境温度值以及设定的第二温升系数，计算电源模块随温度变化的第二温升值；根据第一温升值、第二温升值和基础环境温度得到电源模块的实际工作温度。

2.如权利要求1所述的交换机设备，其特征在于，该设备还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测系统电源所处环境的当前环境温度，并传输给散热控制单元。

3.如权利要求1所述的交换机设备，其特征在于，所述风扇模块中包括至少两个风扇，该交换机还包括隔离挡风板，所述隔离挡风板用于对电源模块和主控板模块进行隔离，形成独立的散热通道，每个散热通道设置至少一个风扇。

4.如权利要求1所述的交换机设备，其特征在于，所述当前系统实际总功耗值包括，散热控制单元的功耗值，业务转发单元的功耗值，当前接口控制单元的功耗值以及当前风扇模块的功耗值。

5.如权利要求1-4任一项所述的交换机设备，其特征在于，所述散热控制单元，用于根据设定的电源模块稳定工作的温度值中的温度上限值和温度下限值，计算电源散热需要的风扇转速占空比系数；将电源模块的实际工作温度减去电源模块稳定工作的温度下限值之差乘以电源散热需要的风扇转速占空比系数，再加上风扇转速基础占空比；确定电源模块散热需要的风扇转速占空比。

6.一种风扇转速控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、计算电源模块的实际工作温度值，

B、根据电源模块的实际工作温度值以及设定的电源模块稳定工作的温度值，确定电源模块散热需要的风扇转速占空比，控制风扇模块以该转速运转；

步骤A中，所述计算电源模块的实际工作温度值包括：

A1、计算当前系统实际总功耗值，并依据设定的第一温升系数，计算电源模块随功耗变化的第一温升值；

A2、同时获取环境温度值，并利用设定的基础环境温度值以及设定的第二温升系数，计算电源模块随温度变化的第二温升值；

A3、根据第一温升值、第二温升值和基础环境温度得到电源模块的实际工作温度。

7.如权利要求6所述的一种风扇转速控制方法，其特征在于，所述步骤A1中，计算系统实际总功耗值的方法为，

A11、计算散热控制单元中处理器的功耗值；

A12、根据业务转发单元的转发业务量，计算业务转发单元的功耗值；

A13、根据当前所有以太端口的工作状态，计算接口控制单元的功耗值；

A14、计算当前风扇模块的功耗值；

A15、将所有计算出的功耗值相加。

8.如权利要求6或7所述的一种风扇转速控制方法，其特征在于，所述步骤B，具体包括：

B1、根据设定的电源模块稳定工作的温度值中的温度上限值和温度下限值，计算电源散热需要的风扇转速占空比系数；

B2、将电源模块的实际工作温度减去电源模块稳定工作的温度下限值之差乘以电源散热需要的风扇转速占空比系数，再加上风扇转速基础占空比；确定电源模块散热需要的风扇转速占空比。