CN103493386A - 使用电力线载波通信的通信分配系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于数据中心或其他分布的电子设备的传感器通信分配系统，该系统包括安装在多个设备机架中的多个通信分配单元。通信分配单元中的每一个包含配置成安装在设备机架中的框架、由框架支撑且耦接到电力分配网络的电力总线以及（例如经由连接器和/或无线地）耦接到电力总线和多个外部传感器的电力线载波通信接口电路。电力可以从通信分配单元提供到传感器和/或机架中的设备。

Description

使用电力线载波通信的通信分配系统、设备和方法

技术领域

本发明涉及电力和通信分配，且更具体而言涉及用于诸如数据中心和电信设备的大规模电子系统的通信和电力分配。

背景技术

诸如数据中心和电信交换中心的大规模分布的电子设备典型地包括容纳诸如服务器、路由器、交换机、存储装置等模块化电子设备单元的多个设备机架。典型的数据中心包括用于向设备机架提供电力的电力分配网络。电力分配系统可以包括一个或多个电网馈电、一个或多个发电机馈电以及可以用于提供备用电力的一个或多个不间断电源（UPS）。这些电源可以连接到诸如传输交换机或柜式电力分配单元（PDU）之类的分配设备，该配电单元包括向多个支路分配电力的断路器。设备机架可以连接到这种支路，且可以包括安装在其中用于针对单独件设备提供电力连接的较小PDU（例如电力带）。数据中心电力分配技术的示例例如在Rasmussen等人的美国专利No.7,358,439以及Johnson,Jr的美国专利No.7,561,141中描述。

数据中心还典型地包括监控系统，该监控系统包括各种传感器，这些传感器例如可以用于监控诸如温度和湿度之类的环境条件，且监控诸如机架本身或与之相关的支撑设备之类的各件设备的状态。这种传感器可位于设备机架之中、之上或附近，且可以经由通信网络在中心位置被监控。这种传感器系统通常使用以太网线缆联网。

发明内容

在本发明技术主题的一些实施方式中，传感器通信分配系统包括安装在多个设备机架中的多个通信分配单元。通信分配单元中的每一个包括配置成安装在设备机架中的框架、由框架支撑且耦接到至少一个电力分配网络的电力总线以及耦接到多个传感器和电力总线的电力线载波通信接口电路。

在一些实施方式中，通信分配单元可以包括由框架支撑且耦接到电力线载波通信接口电路和传感器中的相应传感器的多个通信总线连接器。在一些实施方式中，每个通信分配单元还包括耦接到电力总线且配置成向通信总线连接器的电力导线提供电力的电力转换器电路。每个通信分配单元还可以包括由框架支撑、耦接到电路总线且耦接到安装在设备机架中的设备的电力输入的多个电力连接器。

在一些实施方式中，电力线载波通信接口电路无线耦接到多个传感器。每个通信分配单元还可以包括由框架支撑、耦接到电力总线且耦接到安装在设备机架中的设备的电力输入的多个电力连接器。

系统还可以包括耦接到至少一个电力分配网络的电力线载波网关。系统还可以包括耦接到电力线载波网关的监控设备。在一些实施方式中，监视器设备可以耦接到通信分配单元中的一个的电力线载波通信接口电路。

附加实施方式提供一种通信分配单元，该通信分配单元包括配置成安装到电子设备机架的框架、由框架支撑的多个通信总线连接器以及由框架支撑且配置成耦接到设备机架的至少一个电力分配网络的电力总线。通信分配单元还包括耦接到多个通信总线连接器和电力总线的电力线载波通信接口电路以及耦接到电力总线且配置成向通信总线连接器的电力导线提供电力的电力转换器电路。

另外的其他实施方式提供一种电力和通信分配单元，该电力和通信分配单元包括配置成安装在电子设备机架上的框架、由框架支撑的多个电力连接器、由框架支撑且电气耦接到多个电力连接器的电力总线以及耦接到电力总线且配置成耦接到外部传感器的电力线载波通信接口电路。在一些实施方式中，单元可以包括由框架支撑的多个通信总线连接器且电力线载波通信接口电路可以配置成经由多个通信总线连接器耦接到外部传感器。单元还可以包括耦接到电力总线且配置成向通信总线连接器的电力导线提供电力的电力转换器电路。在另外的实施方式中，电力线载波通信接口电路可以配置成无线耦接到外部传感器。

附图说明

图1是说明根据本发明主题的一些实施方式的通信分配系统的示意图。

图2是说明根据本发明主题的一些实施方式的通信分配单元的示意。

图3是说明根据本发明主题的一些实施方式的电力和通信分配系统的示意图。

图4是说明根据本发明主题的一些实施方式的电力和通信分配单元的示意图。

图5是说明根据本发明主题的另一些实施方式的电力和通信分配单元的平面图。

图6是说明根据本发明主题的一些实施方式的电力和通信分配系统的示意图。

图7是说明根据本发明主题的另一些实施方式的电力和通信分配系统的示意图。

图8是说明根据本发明主题的一些实施方式的电力和通信分配系统的示意图。

图9是说明根据本发明主题的一些实施方式的电力和通信分配单元的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明主题的具体实施方式。然而本发明的主题可以以很多不同形式实施且不应解读为限制于在此处描述的实施方式；而是，提供这些实施方式使得本公开将更透彻和完整，且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。在附图中，相似的数字表示相似的元件。应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其它元件或可以存在中间元件。当在此使用时，术语“和/或”包括相关列举项的一个或多个的任意或所有组合。

在此处使用的术语仅用于描述特定实施方式目的且并不旨在用作本发明主题的限制。当在此使用时，除非另外明确声明，单数形式“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“包括”和/或“包含”指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。

除非特别限定，在此处使用的所有术语（包括技术和科学术语）全都具有如本发明主题所属领域技术人员通常理解的相同意思。还应当理解，诸如在常用词典中限定的那些术语应当被解读为具有与本说明书和相关技术语境中它们的意义相一致的意义，且除非明确如此限定，否则不应以理想化或过于正式的意义解读。

本领域技术人员将意识到，本发明主题可以实施为系统和方法。本发明主题的一些实施方式可以包括硬件和/或硬件和软件的组合。本发明的一些实施方式包括配置成提供在此处描述的功能的电路。应当意识到，这种电路可以包括模拟电路、数字电路以及模拟和数字电路的组合。

下面参考根据本发明的各个实施方式的系统和方法的框图描述本发明主题的实施方式。应当理解，框图的每个方框和框图中方框的组合可以通过模拟和/或数字硬件和/或计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以被提供到通用目的计算机、专用目的计算机、ASIC和/或其他可编程数据处理设备的处理器，使得经由计算机和/或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实施框图中指定的功能/动作的方式。

本发明主题的一些实施方式源于这种实现：通过使用配置为提供用于连接到传感器设备的标准接口且通过在数据中心的电力分配网络上使用电力线载波通信合并这些传感器的通信的模块化通信分配单元，可以实现在数据中心和类似设备中配置或维护传感器系统中明显的成本节省和有效性。以这种方式，传感器通信所需的线缆和其他基础设施可以减少。在其他实施方式中，这种通信分配单元还可以向传感器提供电力。在另外其他实施方式中，电力和通信分配单元可以用于支撑在诸如数据和电信中心之类的环境中到机架安装设备的传感器通信和电力分配。

图1说明根据本发明主题的一些实施方式用于数据中心或类似环境的传感器通信系统100。数据中心包括N个设备机架10，设备机架10中的每一个包括诸如服务器20的多个电子设备模块。应当意识到，机架10可以包括诸如路由器、桥接器、网络交换机等其他类型的电子设备。

如进一步说明的，机架10中的每一个耦接到电力分配网络30，该电力分配网络30向安装在机架中的服务器或其他电子设备提供电力。电力分配网络30可采用若干形式中的任意一种，包括如在数据中心中常用的单相和三相AC电力分配网络部件或如电信中心中常用的DC电力分配网络组件。

通信系统100还包括多个通信分配单元120，其中的相应单元安装在设备机架10的相应机架中。通信分配单元120中的每一个耦接到多个传感器110。传感器110例如可以用于监控周围环境条件（例如温度、湿度、振动、气流、烟雾内容等）。传感器110还可以包括监控诸如数据中心的特定部件的状态之类的其他项的装置。例如，传感器110可以包括监控机械参数的传感器，所述机械参数诸如是与机架10相关的冷却或其他设备的状态和/或机架的各个部件的状态，诸如是开启的机架门的检测。

通信分配单元120还耦接到电力分配网络30。如下面更详细解释的，通信分配单元120可以在电力分配网络30上提供在传感器110的总线通信和电力线载波（PLC）通信之间的接口。例如，如图1所示，通信分配单元120可以通过电线、光学或诸如以太网总线、通用串行总线（USB）或其他标准化和/或专用通信总线之类的其他通信总线从传感器110接收传感器数据，且可以在电力分配系统30上将该数据传送到网关130且经由网络140传送到在计算机150上运行的应用。通信分配单元120可以执行诸如路由和网络桥接之类的各种网络相关功能以及诸如从传感器110接收的数据的处理和/或合并之类的其他通信处理。

图2说明根据本发明主题的其他实施方式的通信分配单元220。通信分配单元220包括电力输入221（例如电力导线或用于连接到数据中心的电力分配系统的类似装置）和多个通信总线连接器223。通信总线连接器223配置成向各个传感器210提供通信总线连接，例如以太网或USB连接。应当意识到，总线连接器223可以相似或可以是支持各种不同通信协议的连接器的组合，诸如是以太网、USB或具有类似功能性的其他类型的标准连接器和/或专用连接器的组合。

通信分配单元220还包括执行经由电力输入221的电力线载波通信和经由通信总线连接器223的总线通信之间的转换的电力线载波通信（PLCC）接口电路222。特别地，PLCC接口电路222可以配置成在耦接到电力输入221的电力分配网络上接收经由电力线载波传送的消息且响应性地在耦接到总线连接器223的一个或多个通信总线上发送相应消息。PLCC接口电路221还可以配置成在连接到总线连接器223的一个或多个总线上接收消息且响应性地在耦接到电力输入221的电力分配网络上发送电力线载波消息。

在一些实施方式中，PLCC接口电路222可以执行物理层转换，使得例如在传感器210和用户装置（例如图1的计算机150）之间发送的因特网协议（IP）包可以透明地经过通信分配装置220。在其他实施方式中，PLCC接口电路222还可以提供各种附加功能其中任意一种。例如，PLCC接口电路222可以执行各种联网功能和/或对通过其的数据进行选择，诸如重新格式化、复用或合并从传感器210中的多个传感器接收的传感器数据以用于被诸如监控应用程序的特定终端用户装置使用。PLCC接口电路222还可执行诊断功能，诸如检测与传感器210的特定传感器的通信的丢失且响应性地在附连到电力输入的电力分配网络上将状态信息传送到终端用户装置。

如进一步所说明的，通信分配单元220还可以包括配置成向总线连接器223和连接的传感器210其中至少一些提供电力的电力转换器电路224。例如，如果耦接到电力输入221的电力分配网络是AC电力分配网络且总线连接器支持诸如以太网供电（PoE）和/或供电USB之类的供电总线标准，则电力转换器电路224可以包括产生用于总线连接器223的一个或多个适当DC电力输出的整流器和/或其他电力转换电路。这例如可以减小或消除使用插拔式电力转换器以向传感器210提供电力的需要。

图3说明根据其他实施方式用于数据中心或类似应用的电力分配和通信系统300。系统300包括位于相应设备机架10处的相应电力和通信分配单元320。电力和通信分配单元320中的每一个被配置为提供用于传感器310的电力线载波接口且从电力分配系统30向机架10中的电子设备（例如服务器20）提供电力。PLCC网关330耦接到电力分配系统30且使用电力分配网络30上的电力线载波通信与电力和通信分配单元320通信。PLCC网关330可以配置成与监控装置通信，所述监控装置诸如是执行监控应用且经由网络340耦接到网关330的计算机350。

图4说明可以在图3的系统300中使用的电力和通信分配单元420。电力和通信分配单元420包括电力输入421和多个输出电力连接器425。电力输出连接器425可以配置成耦接到设备机架中的各个负载（诸如服务器20）。电力输入421可以直接连接到电力输出连接器425和/或中间交换机，电力调节电路或其他设备可以耦接在电力输入421和电力输出连接器425之间。

电力和通信分配单元420还包括配置成耦接到各个传感器410的多个通信总线连接器423。电力和通信分配单元420还包括配置成在连接到通信总线连接器423的通信总线上的通信和在耦接到电力输入421的电力分配网络上的电力线载波通信之间提供接口的PLCC接口电路422。沿着上面参考图2讨论的线路，PLCC接口电路422可以简单地执行物理层转换或还可以提供各种其他功能中的任意一个，诸如用作网络路由器、桥接器或交换机、复用或合并从传感器410中的多个接收的传感器数据和/或诊断功能，所述诊断功能诸如是检测与传感器410中的特定传感器的通信的丢失以及响应性地在附连到电力输入的电力分配网络上将状态信息传送到终端用户装置。

电力和通信分配单元420还可以包括配置成向总线连接器423和连接的传感器410中的至少一些提供电力的电力转换器电路424。例如，如果耦接到电力输入421的电力分配网络是AC电力分配网络且总线连接器支持诸如以太网供电（PoE）和/或供电USB之类的供电总线标准，则电力转换器电路424可以包括产生用于总线连接器423的一个或多个适当DC电力输出的整流器和/或其他电力转换电路。

图5说明根据一些实施方式用于电力和通信分配单元500的物理配置的示例。电力和通信分配单元500包括框架，该框架在此处包括配置成例如使用安装孔515可移除地安装在设备机架中的细长外壳510。电力和通信分配单元500还包括多个通信总线连接器，此处示为由外壳510支撑且安装在外壳510的表面的RJ-45以太网连接器520。应当意识到，诸如DB9、DB29和RJ8之类的其他类型的连接器以及各种不同类型的标准或专用连接器的组合可以在一些实施方式中使用。连接器520配置成耦接到位于在其中安装电力和通信分配单元500的设备机架之中、之上或附近的传感器。电力和通信分配单元500还包括由外壳510支撑且安装在与RJ-45总线连接器520在外壳510的相同表面的多个电力输出，此处示为多个单相AC插座530。应当意识到图5说明一个示例，但是其他实施方式可以使用不同配置，例如USB连接器、多相电力插座等。

图6说明根据本发明主题的其他实施方式用于数据中心的电力和通信分配系统600。数据中心包括容纳服务器20或其他类型的电子单元的多个设备机架10。机架10通过包括连接到相应电力分配链的第一和第二电力分配总线30a、30b的冗余电力分配网络供电，每个电力分配链包括分配面板40（例如局部断路器面板）、较大电力分配单元（PDU）50、压降变压器60和不间断电源（UPS）70。UPS70可以经由开关设备80（例如转换开关组件）选择性地从AC电网源92和发电机94馈送。在一些实施方式中，第一和第二电力分配总线30a、30b可以是独立的，例如，可以从单独的电网源馈电。

机架10中的每一个具有安装在其中的第一和第二电力和通信分配单元620，每个机架中的电力和通信分配单元620的相应单元耦接到电力分配总线30a、30b中的相应总线。电力和通信分配单元620连接到位于相应机架10之中、之上或附近的传感器610，且向安装在机架10上的设备模块（例如服务器20）提供冗余电力。电力和通信分配单元620中的每一个可以配置成沿着上面参考图3和4描述的线路提供电力分配和通信功能，且可以具有沿着上面参考图5描述的线路的形式因子。PLCC网关630用于连接监控装置（例如计算机650）以与传感器610通信。这种监控装置可以直接连接到PLCC网关630，或如图所示，可以经由中间网络640连接到网关630。PLCC网关630可以在UPS70其中一个或两个中和/或在诸如PDU50之类的其他电力分配系统部件中实施。

电力系统部件其中的一些或全部（例如分配面板40、PDU50和/或UPS70）还可以配置成支持电力线载波通信。除了传感器610提供的信息，这些单元例如可以向监控计算机650传送状态信息。这种PLCC能力单元还可以配置成与传感器610通信。在一些实施方式中，PLCC网关（诸如网关630）可以合并到这些电力系统部件中的一个中，诸如合并到PDU50和/或UPS70中，使得监控计算机或其他监控装置可以经由这种嵌入式网关与传感器通信。

图7说明根据其他实施方式的电力和通信分配系统700。图7中示出的电力系统部件与图6中示出的部件相同，且将不重复其描述。在系统700中，监控设备（例如计算机750）耦接到电力和通信分配单元620中的一个的通信总线连接器中的一个，而不是经由单独的PLCC网关。这种布置可以提供灵活性，例如，大的分布数据中心中的维护人员能够在任意特定位置插入到网络中以监控传感器610和/或与电力分配系统的各种部件（诸如分配面板40、PDU50和/或UPS70）通信。应当意识到，图6和7中示出的布置可以组合，例如多个装置可以经由电力和通信分配单元620使用PLCC网关和/或总线连接与传感器610通信。

根据其他实施方式，电力和通信分配系统可以针对传感器接口使用无线链接。用于数据中心或类似应用的这种电力分配和通信系统800的示例在图8中说明。系统800包括位于相应设备机架10的相应电力和通信分配单元820。电力和通信分配单元820中的每一个配置成提供用于无线链接（例如经由无线电或光学链接）到电力和通信分配单元830的传感器810的电力线载波接口且从电力分配系统30向机架10中的电力设备（例如服务器20）提供电力。用于传感器810的无线链接例如可以包含射频（RF）、光、可见光、红外和/或超声波链接，包括但不限于在无线局域网中使用的链接，诸如但不限于，IEEE802.11及其所有变型（例如但不限于801.11a；801.22b；802.11g）、IEEE802.15及其所有变型（例如但不限于802.15.1；801.15.3；801.15.4）、IEEE802.16及其所有变型、其他无线通信标准（例如但不限于ZigBee^TM联盟标准）、HyperLan、DECT、PWT、寻呼机、PCS、WiFi、Bluetooth^TM和蜂窝。

PLCC网关830耦接到电力分配系统30且使用电力分配网络30上的电力线载波通信与电力和通信分配单元820通信。PLCC网关830可以配置成与监控装置通信，所述监控装置诸如是执行监控应用且经由网络840耦接到网关830的计算机850。

图9说明可以在图8的系统800中使用的电力和通信分配单元920。电力和通信分配单元920包括电力输入921和多个输出电力连接器925。电力输出连接器925可以配置成耦接到设备机架中的各个负载（诸如服务器20）。电力输入921可以直接连接到电力输出连接器925和/或中间交换机，电力调节电路或其他设备可以耦接在电力输入921和电力输出连接器925之间。

电力和通信分配单元920还包括配置成在无线（例如无线电或光学）通信链路上与传感器910的通信和在耦接到电力输入921的电力分配网络上的电力线载波通信之间提供接口的无线PLCC接口电路922。无线PLCC接口电路922可以简单地执行物理层转换或还可以提供各种其他功能（诸如用作网络路由器、桥接器或交换机、复用或合并从传感器910中的多个接收的传感器数据）和/或诊断功能（诸如检测与传感器910中的特定传感器的通信的丢失以及在附连到电力输入的电力分配网络上响应性地将状态信息传送到终端用户装置）中的任意一个。

在其他实施方式中，沿着上面参考图1-9描述的线路具有不同能力的通信分配单元可以与诸如数据中心的设备一同使用。例如，用于数据中心的电力和传感器通信分配系统可以包括（有线地或无线地）提供分配的传感器通信的通信分配单元以及为数据中心中的传感器和/或其他设备提供通信和电力分配功能二者的单元。

在附图和说明书中，已经描述了本发明主题的示例性实施方式。尽管采用了指定术语，这些术语仅用于一般和描述性意义且不用于限制，本发明主题的范围由下面的权利要求限定。

Claims (21)

1.一种传感器通信分配系统，该系统包含：

安装在多个设备机架中的多个通信分配单元，所述通信分配单元中的每一个包括配置成安装在设备机架中的框架、由所述框架支撑且耦接到至少一个电力分配网络的电力总线以及耦接到多个传感器和所述电力总线的电力线载波通信接口电路。

2.根据权利要求1所述的系统，还包含由所述框架支撑且将所述电力线载波通信接口电路耦接到所述传感器中的相应传感器的多个通信总线连接器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中每个通信分配单元还包含耦接到所述电力总线且配置成向所述通信总线连接器的电力导线提供电力的电力转换器电路。

4.根据权利要求2所述的系统，其中每个通信分配单元还包含由所述框架支撑、耦接到所述电路总线且耦接到安装在所述设备机架中的设备的电力输入的多个电力连接器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述电力线载波通信接口电路无线耦接到所述多个传感器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中每个通信分配单元还包含由所述框架支撑、耦接到所述电路总线且耦接到安装在所述设备机架中的设备的电路输入的多个电力连接器。

7.根据权利要求1所述的系统，还包含耦接到所述至少一个电力分配网络的电力线载波网关。

8.根据权利要求7所述的系统，还包含耦接到所述电力线载波网关的监控装置。

9.根据权利要求1所述的系统，还包含监控装置，该监控装置耦接到所述通信分配单元中的一个的电力线载波通信接口电路。

10.根据权利要求1所述的系统，其中每个通信分配单元还包含由所述框架支撑、耦接到所述电力总线且耦接到安装在所述设备机架中的设备的电力输入的多个电力连接器。

11.一种通信分配单元，包含：

框架，其被配置成安装到电子设备机架；

多个通信总线连接器，其由所述框架支撑；

电力总线，其由所述框架支撑且配置成耦接到所述设备机架的至少一个电力分配网络；

电力线载波通信接口电路，其耦接到所述多个通信总线连接器和所述电力总线；以及

电力转换器电路，其耦接到所述电力总线且配置成向所述通信总线连接器的电力导线提供电力。

12.一种传感器系统，包含安装到相应电子设备机架中且耦接到电力分配总线的根据权利要求11所述的相应通信分配单元以及耦接到所述通信分配单元的通信总线连接器的多个传感器。

13.根据权利要求12所述的传感器系统，还包含耦接到所述电力分配总线的电力线载波网关以及耦接到所述电力线载波网关的监控装置。

14.根据权利要求12所述的传感器系统，还包含耦接到所述通信分配单元中的至少一个的通信总线连接器的监控装置。

15.一种电力和通信分配单元，包含：

框架，其配置成安装到电子设备机架；

多个电力连接器，其由所述框架支撑；

电力总线，由所述框架支撑且电气耦接到所述多个电力连接器；以及

电力线载波通信接口电路，其耦接到所述电力总线且配置成耦接到外部传感器。

16.根据权利要求15所述的电力和通信分配单元，还包含由所述框架支撑的多个通信总线连接器，且其中所述电力线载波通信接口电路配置成经由所述多个通信总线连接器耦接到所述外部传感器。

17.根据权利要求16所述的电力和通信分配单元，还包含耦接到所述电力总线且配置成向所述通信总线连接器的电力导线提供电力的电力转换器电路。

18.根据权利要求15所述的电力和通信分配单元，其中所述电力线载波通信接口电路配置成无线耦接到所述外部传感器。

19.根据权利要求15所述的电力和通信分配单元，其中所述框架包含细长外壳且其中所述电力连接器安装在所述外壳的表面。

20.根据权利要求19所述的电力和通信分配单元，其中所述外壳配置成可移除地附连到设备机架。

21.一种系统，包含安装在相应电子设备机架中且经由电力分配网络耦接到电力线载波网关的根据权利要求15所述的相应电力和通信分配单元以及耦接到所述电力和通信分配单元的多个传感器。

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