CN103487365B

CN103487365B - 腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统及方法

Info

Publication number: CN103487365B
Application number: CN201310435898.0A
Authority: CN
Inventors: 刘祥志; 吴晓明; 于长斌; 李刚; 张建强; 汪付强; 李钊; 卲青峰; 刘宏; 梁峰; 梁艳; 孟祥艳; 胡一帆
Original assignee: Shandong Yi Yun Information Technology Co Ltd; Shandong Computer Science Center
Current assignee: Shandong Yi Yun Information Technology Co., Ltd; Shandong Computer Science Center
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103487365A

Abstract

本发明公开了一种腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统及方法。本发明所述的系统主要由采集数据中心内腐蚀性气体浓度数据的气体传感器组、采集温湿度数据的温湿度传感器组和运行评估系统软件的服务器组成，系统各部分之间通过通讯网络连接在一起。评估方法包括以下步骤：评估系统对数据中心建立空间模型，再根据有限的气体传感器采集到的腐蚀性气体浓度数据、有限的温湿度传感器采集的温湿度数据，通过CFD技术，计算出数据中心各设备所处的微环境，根据不同种类的腐蚀性混合气体在不同温湿度环境下对数据中心不同设备的影响程度模型，实现对腐蚀性气体对数据中心设备影响程度进行评估的功能。

Description

腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统及方法

技术领域

本发明属于微传感技术领域，具体的说是涉及一种腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统及方法。

背景技术

全球数据中心用户从2007年起陆续发现了不寻常的硬件设备高损坏率，从而导致设备宕机或影响业务，对企业造成经济损失。专家们发现，设备故障并不是全球普遍暴发的，而主要集中在印度、中国等发展中国家。我国故障报告最初主要是在华北地区，目前已扩散到几乎所有的主要城市。该问题最先引起了IBM,惠普、戴尔、华为、阿尔卡特等硬件供应商的关注，他们经过研究，认为主要是由于2007年开始实施的RoHS标准（电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令，the Restriction of the use of certain hazardous substances in electricaland electronic equipment），越来越多的IT和电子设备厂商陆续改进技术，使产品符合RoHS标准，带来电子产品耐腐蚀性下降。于此同时，我国的空气污染情况也继续恶化，城市空气中的腐蚀性气体如硫化物、氮氧化物、氯气等都对数据中心内IT硬件的可靠性造成了巨大威胁。硬件供应商确信腐蚀性造成电路腐蚀是造成硬件设备高损坏率的元凶，并纷纷将数据中心腐蚀控制的要求加入了各自的数据中心环境要求条款中。

关于数据中心中腐蚀性气体，现有对数据中心腐蚀性控制的方案采用空气净化措施的较多，比如在新风机或精密空调中加装滤除腐蚀性气体的装置或材料，可以较好的防止腐蚀性气体对设备的影响，但无法了解到经滤除后残留的腐蚀性气体对设备的影响程度。也有采用气体传感器对腐蚀性气体进行监测来评估整个数据中心气体环境，但腐蚀性气体对数据中心不同设备其影响程度是不一样的，同样浓度下对某设备有大的影响，对另外的设备未必有影响，而且腐蚀性气体在不同温湿度环境、不同气流速度下对设备的影响程度也是不一样的，一样的浓度，在某个温湿度、气流速度环境下对设备仅是轻微影响，但在另外一个温湿度、气流速度环境下，对设备的运行可能造成破坏，在该方案上，即使加上温湿度传感器、气流速度传感器，也无法了解到数据中心所有的设备所处的气体及温湿度微环境对设备的影响程度，因为不可能在数据中心每个设备都部署上气体及温湿度传感器，但同一时间测量数据中心不同区域，其温差超过7℃、相对湿度差超过10%也是比较常见的，区间的温湿度差异足以影响评估腐蚀性气体对设备的影响。为了了解腐蚀性气体对数据中心设备的影响程度，还有采用银、铜试样进行在线观测或后期分析的，该方法可以直观了解到数据中心中各种腐蚀性气体对数据中心设备的综合影响，但该在线方法无法在线了解到具体哪种腐蚀性气体对设备产生了影响，后期分析可以了解到具体的哪种气体，但无法实时了解。

为了评估腐蚀性气体对具体设备的影响，除了知道设备本身的抗腐蚀性气体信息外，还需要知道该设备所处的具体的气流速度、温湿度、腐蚀性气体浓度等数据，本发明通过CFD技术和三维空间建模，辅以部署有限的气体传感器传感器、温湿度传感器及其它附属设备，掌握了具体设备所处的气流速度、温湿度、腐蚀性气体浓度等数据，可以精细、实时地掌握腐蚀性气体对数据中心具体设备的影响程度，保障设备的可靠运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对腐蚀性气体对数据中心设备运行可能造成的影响，提出一种腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统及方法，根据CFD计算得出的具体设备所处的气流、温湿度、腐蚀性气体浓度等数据以及设备的抗腐蚀性气体信息，实时评估数据中心中各设备所处的腐蚀性气体环境对设备的影响程度，保障设备的可靠运行。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统，它包括：

气体传感器组，用于采集数据中心设备周围环境的对数据中心设备有腐蚀影响的气体数据；

温湿度传感器组，对数据中心设备周围环境的温湿度数据进行采集；

各传感器和服务器之间通过通讯网络连接在一起；

服务器，一台或若干台主机或利用云计算平台进行数据处理的运算设备，根据采集到的有限的实时气体浓度数据以及温湿度数据，依托数据中心的空间模型，采用CFD技术，计算出数据中心具体设备所处的微环境数据，包括腐蚀性气体浓度值和温湿度值，根据不同种类的腐蚀性混合气体在不同温湿度环境下对不同设备的影响程度模型，评估腐蚀性气体对数据中心各设备的影响。

所述有腐蚀影响的气体包括硫化物、氮氧化物、氯气、氨气。

所述通讯网络是有线网络、无线网络或者有线与无线的混合网络。

一种腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统的评估方法，该方法包括步骤：

S1进行腐蚀性混合气体实验，该实验是对设备的耐腐蚀性能力进行测试，源于电子产业20世纪80年代，通过实验建立腐蚀性气体在不同浓度、温湿度环境、气流速度情况下对设备产生不同腐蚀影响的模型，在该模型中，确定腐蚀性气体浓度、温湿度值、气流速度与设备腐蚀影响程度存在的一一对应的映射关系；

S2建立数据中心的包含设备具体位置信息、抗腐蚀性气体信息的三维空间模型，三维空间模型是指以三维的形式把数据中心各种设备的空间信息建立起来，主要包括以下信息，数据中心结构（数据中心的长、宽、高等信息，活动地板的高度、墙壁厚度等）、送风口尺寸及位置、数据中心空调系统布局信息（气流组织形式、各空调的最大制冷量、空调的摆放位置及长、宽、高等尺寸信息）、数据中心机柜（机柜数量、各机柜在数据中心内的部署位置、各机柜门的开孔率、各机柜的长、宽、高等信息）、上架设备（各上架设备诸如服务器、交换机、路由器、光端机或存储设备等的设备类型信息，以及在机架上的位置和尺寸信息）、其它设备的布局信息（UPS、照明、安防、配线架等的安装位置及长、宽、高等尺寸信息），如果数据中心还有其它部署于其间的设备，也需要把该设备一并以三维的形式把其空间模型建立起来，此外该三维模型中还包括各具体设备抗腐蚀性气体的信息；

S3根据S2建立的三维空间模型中空调系统布局及其它设备的位置信息，采用CFD技术进行仿真计算，得到不同设备所处环境的包含气流速度在内的气流环境数据；

S4根据S2建立的三维空间模型中空调系统布局及其它设备的位置信息，对气体扩散CFD建模敏感性进行分析，该分析方法即从众多影响模拟结果的不确定性因素中找出对建模有重要影响的方面，分析的CFD建模要素有网格划分、边界条件、求解控制参数等，通过监测、分析其对模拟结果的影响程度，进而选定最佳建模要素的一种不确定性分析方法。通过该方法，确定温湿度传感器、腐蚀性气体传感器在被评估数据中心中部署的位置及个数，并部署相应的传感器进行数据采集，采集的数据作为CFD建模计算的边界条件；

S5依据S2建立的三维空间模型、S3计算出的气流环境数据及S4采集到的温湿度数据、腐蚀性气体浓度数据，通过CFD仿真计算出各具体设备所处包含腐蚀性气体浓度数据、温湿度数据在内的微环境数据；

S6将S2建立的不同设备所处的具体位置信息、抗腐蚀性气体信息，S3计算获得的具体设备所处的气流速度数据，S5计算获得的温湿度数据、腐蚀性气体浓度数据分别与S1建立的模型进行比对，实现腐蚀性气体对数据中心设备影响进行实时评估。

按照本发明提供的腐蚀性气体对数据中心设备影响实时评估系统及方法，采用以下步骤实现评估：

搭建实验系统，进行混合性气体实验，建立腐蚀性气体在不同浓度、温湿度环境、气流速度情况下对设备不同影响的模型；

建立数据中心的建筑结构，以及包含空调系统、机架、配电架等在内的基础设施的三维空间模型，该空间模型中还包含有具体设备的抗腐蚀性气体信息；

采用CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）技术进行仿真计算出各具体设备所处的包含气流速度在内的气流环境数据，计算时采用的参数为上述建立的三维空间模型中空调系统布局及设备位置信息；

根据上述建立的三维空间模型中空调系统布局及设备位置信息，对气体扩散CFD建模的要素，对网格划分、边界条件、求解控制参数等进行CFD建模敏感性分析，建模敏感性分析的步骤为：对整个数据中心的三维空间进行网格化处理，通过调整网格划分的参数，评估计算成本与效果之间的平衡，选择最佳的现场CFD仿真计算网格；根据所确定的最佳网格，分析不同边界条件对仿真计算结果的影响，最后再进行求解控制参数的选择，在计算成本与计算效果之间寻找平衡点。选定最佳建模参数，构建合适的计算模型，在进行边界条件分析和求解控制参数选择时，为了提高计算精度，减少运算时间，在数据中心适当的位置部署适当数量的温湿度传感器、腐蚀性气体传感器进行温湿度、腐蚀性气体浓度数据的采集，以求边界条件更加精确，在减少计算时间成本的同时，提高CFD仿真计算结果的准确性；

依据以上建立的三维空间模型、计算出的气流环境数据及采集到的温湿度数据、腐蚀性气体浓度数据，通过CFD仿真计算出各具体设备所处包含腐蚀性气体浓度数据、温湿度数据在内的微环境数据；

将以上所建立的设备所处的具体位置信息、抗腐蚀性气体信息，计算获得的具体设备所处的气流速度数据，计算获得的温湿度数据、腐蚀性气体浓度数据和建立的模型进行实时比对，实时评估腐蚀性气体对数据中心设备的影响。

本发明对比现有技术的有益效果是：通过部署有限的气体传感器、温湿度传感器及其它附属设备，掌握了具体设备所处的气流速度、温湿度、腐蚀性气体浓度等数据，可以精细、实时地掌握腐蚀性气体对数据中心具体设备的影响程度，保障设备的可靠运行。

附图说明

图1是本发明的实现流程图。

图2是本发明具体实现的实施例图。

其中，1.气体传感器组，2.温湿度传感器组，3.通讯网络，4.服务器。

具体实施方式

根据本发明系统的设计目标和要实现的功能，下面结合附图2对本发明做详细说明。本实施实例给出了详细的实施方式和具体的操作步骤是在以本发明为前提下进行实施的，但本发明保护的范围不限于下述的具体实施例。

具体实施例中数据中心共有1～4＃隔间，面积分别为88、92、92、88平米，以及一条宽3.04米，长31.4的走廊，数据中心部署有2组UPS、45台机柜、7个配电柜、3台空调、9扇门等。通过对数据中心的气体进行采样分析，腐蚀性气体二氧化硫和氯气浓度值明显超出数据中心中设备要求的最低环境标准，对数据中心设备运行影响较大；而其它腐蚀性气体如硫化氢、氨气没有超标，对数据中心设备的运行影响几乎可以忽略。

为了更好地掌握腐蚀性气体对各设备的影响程度，采用本发明的系统和方法，在该数据中心实时评估腐蚀性气体对设备的影响。

根据源于电子产业20世纪80年代的混合性气体腐蚀实验进行设备耐腐蚀性的测试方法，搭建气体腐蚀实验系统。系统的温度设定范围为15℃-75℃，相对湿度范围35%-85%，内部腔室尺寸为Φ100mm*100mm,配气系统控制进入实验系统的气体种类、浓度和流速，混合气体在进入实验系统前进行充分混合后，再喷散入实验系统腔室内，抽气系统对气体进行无害化处理后将其排放到大气中。通过混合性气体实验，建立各种类型的腐蚀性混合气体在不同浓度、温湿度环境、气流速度情况下对设备不同影响的模型。考虑到腐蚀性气体对设备的影响实际上是腐蚀设备的金属器件，而金属器件的主要成分是（包括但不限于）铜、银，所以建立模型的方法是通过测试已知的常见腐蚀性气体（包括但不限于H₂S、SO₂、NO₂、Cl₂和NH₃等）在不同混合浓度、不同温湿度、不同气流速度环境中对铜、银等金属片的腐蚀。通过对试验数据的分析，建立起腐蚀性气体在不同浓度、温湿度环境、气流速度情况下对设备不同影响的模型，了解到不同种类的腐蚀性混合气体在不同环境下对设备的影响程度，这些数据输入到服务器中，本实施例中，服务器4为一台普通的刀片式服务器，为后面的具体评估提供基础数据。

在服务器4上通过建立数据中心的建筑结构以及包含空调系统、机架、配线架、UPS、IT设备（诸如服务器、路由器、交换机、光端机）等在内的基础设施的三维空间模型，在该三维空间模型中，还包含有各具体设备抗腐蚀性气体的信息，以便于分析相同微环境对不同设备的影响程度。

在服务器4上采用CFD技术，根据建立的三维空间模型中空调系统参数、基础设施布局信息等，仿真计算出不同设备所处的包含气流速度在内的气流环境数据。根据前期检测确定腐蚀性气体主要为SO₂和Cl₂，再对气体扩散CFD建模的要素(网格划分、边界条件、求解控制参数等)进行CFD建模敏感性分析，在网格划分中选取计算结果不依赖于网格变化的最低数量网络以仿真计算，选定最佳建模要素，构建计算模型，综合考虑计算精度和运算时间，确定部署二氧化硫和氯气传感器各10台组成气体传感器组1，温湿度传感器60支组成温湿度传感器组2，这些传感器部署到数据中心的指定位置，部分位于通风口处，部分位于机柜，还有一些位于配线架上，各传感器采集的数据作为CFD仿真计算的边界条件，这些传感器通过通讯网络3和服务器4连接。其中通讯网络3可使用2.4G无线，但不限于无线网络。

服务器4根据气体传感器组1和温湿度传感器组2组成的传感器组所上传的数据，计算出的气流环境数据以及数据中心的三维空间模型，再通过CFD技术，计算出数据中心各设备所处的微环境情况（包括腐蚀性气体浓度、温湿度环境、包含气流速度在内的气流环境数据），并以云图的形式进行直观展示，再根据通过混合性气体实验在服务器上建立的腐蚀性气体在不同浓度、温湿度环境、气流速度情况下对设备不同影响的模型，评估出各设备所处微环境中腐蚀性气体对设备的影响程度，根据预先设定的流程在三维图上进行彩色标示，可以是声光报警方式，也可以是提供运维建议的方式或者其它方式。为数据中心运维人员提供直观建议，减少数据中心设备硬件故障的发生。

当然，传感器数据的采集和传输除了本实施例外，还可以有很多其它的替代方案，例如，通过有线的气体传感器、温湿度传感器同样可以获取数据中心设备所处的微环境数据；后台运算服务器可以不是一台服务器，也可以是多台服务器的协同处理等；评估结果的展示可以用三维，也可以用二维展示等。

Claims

1.腐蚀性气体对数据中心设备影响的实时评估系统的评估方法，所述系统包括：

各传感器和服务器之间通过通讯网络连接在一起；

服务器，一台或若干台主机或利用云计算平台进行数据处理的运算设备，根据采集到的有限的实时气体浓度数据以及温湿度数据，依托数据中心的空间模型，采用CFD技术，计算出数据中心具体设备所处的微环境数据，包括腐蚀性气体浓度值和温湿度值，根据不同种类的腐蚀性混合气体在不同温湿度环境下对不同设备的影响程度模型，评估腐蚀性气体对数据中心各设备的影响；

该方法包括步骤：

S1进行腐蚀性混合气体实验，通过实验建立腐蚀性气体在不同浓度、温湿度环境、气流速度情况下对设备产生不同腐蚀影响的模型，在该模型中，确定腐蚀性气体浓度、温湿度值、气流速度与设备腐蚀影响程度存在的一一对应的映射关系；

S2建立数据中心的包含设备具体位置信息、抗腐蚀性气体信息的三维空间模型；

S4根据S2建立的三维空间模型中空调系统布局的位置信息，对气体扩散CFD建模敏感性进行分析，分析的CFD建模要素有网格划分、边界条件、求解控制参数，确定温湿度传感器、腐蚀性气体传感器在被评估数据中心中部署的位置及个数，并部署相应的传感器进行数据采集，采集的数据作为CFD建模计算的边界条件；

2.如权利要求1所述的评估方法，其特征是，所述三维空间模型是指以三维的形式把数据中心各种设备的空间信息建立起来，主要包括以下信息：数据中心结构、送风口尺寸及位置、数据中心空调系统布局信息、数据中心机柜信息、上架设备信息、以及UPS、照明、安防、配线架信息。

3.如权利要求1所述的评估方法，其特征是，所述有腐蚀影响的气体包括硫化物、氮氧化物、氯气、氨气。

4.如权利要求1所述的评估方法，其特征是，所述通讯网络是有线网络、无线网络或者有线与无线的混合网络。