CN106899431A - 智能任务关键的环境监视以及能量管理系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及智能任务关键的环境监视以及能量管理系统。本发明是用于任务关键的设施创建安全的环境和能量高效的CRAC系统的完整解决方案。本发明的系统实时收集任务关键的设施容量环境和能量数据，并使用大数据分析来提供对CRAC的自适应群控制。数据在2D以及3D图形、仪表盘、历史曲线以及报告中在本地以及通过云被可视化。本发明还提供用户管理以允许授权用户查看以及控制这些用户拥有或租借的机架/设备。本发明包括四个同伴专利：1)电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块，2)智能多信道无线数据获取网关，3)任务关键的设施三维温度轮廓生成器，以及4)自适应自动CRAC主控制方法。

Description

智能任务关键的环境监视以及能量管理系统
技术领域
本发明涉及物联网(IoT)和大数据分析，并且尤其涉及任务关键的设施(missioncritical facility)物联网和大数据分析。
背景技术
对于任务关键的设施来说，安全的环境以及高能效是为设施所有者保持长的设施寿命期限的两个重要因素。现实中，大多数现有的任务关键的设施不能为其机架和服务器提供100％保证的安全环境。随着时间的推移，设施管理者担心设施故障。大多现有的任务关键的设施还具有大于2.0的电力利用效率(PUE，最小值＝1.0，越小越好)的低能量效率。安全环境以及能量有效系统从任务关键的设施的每个角落的传感器开始，到数据网关和服务器中的数据传输和分析，到计算机机房空调(CRAC)的反馈控制。每一步需要周密的计划来形成任务关键的设施的完整解决方案。市场上没有产品提供这样的完整解决方案。在市场上有三类产品可实现任务中的一些任务。第一种类型是无线传感器网络。第二种类型是数据可视化软件程序。第三种类型是能量管理控制器或软件程序。一些公司提供无线传感器网络，用于测量温度、湿度以及其他环境参数。在这些无线传感器网络中，数据可以通过预定义的间隔传送，但是用户不能改变它的频率或增加本地数据分析功能。大多这些产品使用功率适配器，因此安装是个问题。它们中的一些使用电池但是传感器寿命被限制到1到5年。传感器中的一些具有多于10年的寿命但是具有有限的灵活性和显著较高的成本。很多公司提供数据可视化软件程序，以用于从安装的传感器收集数据并且使数据图形化地显示给用户。然而，这些产品不知道或不在意传感器实际测量什么以及参数意味着什么。这些数据可视化软件程序起初可以吸引一些用户，但由于它缺乏对计算机机房空调(CRAC)系统的反馈循环控制，因此很少能持续长时间。一些CRAC以及楼宇自动化系统(BAS)供应商提供能量管理控制器以及软件程序。这些控制器或程序使用传统的单区域平均返回温度来控制本地CRAC的运行。该方法缺乏对空间环境参数的考虑，因此在一些情况下有偏差且不准确。一些公司声称它们提供完整解决方案，但是当遇到细节时就会发现它们或者缺乏智能本地数据分析以及警报功能，或者缺乏像相对湿度的某些参数或基于云的服务。
提供完整的具有传感器、数据收集器、数据可视化以及自适应控制器的反馈系统将会是有利的。
提供可以应用于来自任意供应商的服务器、机架以及CRAC的独立的系统将会是有利的。
提供用于通过使用智能的多信道无线传感器网络来收集容量热传感器数据(温度和相对湿度两者)的机制将会是进一步有利的。
提供用于可视化热环境以及示出热点和冷点的特有任务关键的设施三维动态温度轮廓生成器将会是进一步有利的。
提供自适应自动CRAC群控制方法将会是进一步有利的。
提供用户管理以允许授权用户查看以及控制这些用户所拥有或租借的机架/设备将会是进一步有利的。
发明内容
根据本发明，提供了用于任务关键的设施创建安全环境以及能量有效的CRAC系统的完整解决方案。本发明的系统实时收集任务关键的设施容量环境以及能量数据，并使用大数据分析以提供对CRAC的自适应群控制。数据在2D以及3D图形、仪表盘、历史曲线以及报告中在本地以及通过云被可视化。本发明还提供用户管理以允许授权用户查看和控制这些用户拥有或租借的机架/服务器。本发明包括四个同伴专利(companion patent)：1)电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块，2)智能多信道无线数据获取网关，3)任务关键的设施三维温度轮廓生成器，以及4)自适应自动CRAC主控制方法。
附图说明
对本发明的完整理解可通过参考附图来获得，结合如下详细描述进行考虑，其中：
附图1是系统拓扑的详细视图。
为了清楚和简洁的目的，相同的元素和部件将以相同的标示和编号在整个附图中呈现。
具体实施方式
本发明是一种智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，用于使用体传感器(volume sensor)监视任务关键的环境，并使用测量的数据用于可视化、警报、故障检测以及控制计算机机房空调以确保安全环境和高能效，包括数据获取系统100、本地显示和控制系统200以及基于云的显示和控制设备300。
数据获取系统100是传感器、网关和路由器的组，用于感应环境数据、实行本地数据分析以及将其传送至数据库服务器210。它由温度和湿度传感器模块110、智能网关120、空气速度传感器121、颗粒物(PM)传感器122、路由器130、BAS数据150以及功率表140的组构成。
温度和湿度传感器模块110是严密的、无线、长寿命、电池供电的，用于同时收集温度和相对湿度数据，并将数据无线地传送至智能网关120。
智能网关120是无线的、多信道、多协议、多传感器的，用于获取并处理传感器数据，并通过各种通信协议将数据传送至数据库服务器210，智能网关120协同连接至所述温度和湿度传感器模块110。
空气速度传感器121是智能网关120的一部分，用于测量空气速度，其被牢固地安装在所述智能网关120上。
PM传感器122是智能传感器120的一部分，用于测量颗粒物，其被牢固地安装在所述智能网关120上。
路由器130具有WIFI协议、具有以太网协议，用于从智能网关120接收和传送数据包至数据库服务器210，路由器130持续连接至所述智能网关120。
BAS数据150是楼宇自动化系统数据，用于将电气和CRAC数据提供至数据库服务器210以用于综合分析，该BAS数据150持续连接至所述路由器130。
功率表140安装在机架或机架列中，用于测量单独/群组机架和CRAC的电功率以及能量消耗，该功率表140持续连接至所述路由器130。
本地显示和控制系统200由数据分析器、网络服务器220、自适应群控制器230、终端浏览器250组成，用于系统地分析体传感器数据、使3D数据生动地可视化且使用测量的数据来实施反馈控制。
数据库服务器210是在局域网或广域网中的MySQL数据库和守护进程(daemon)，用于从各个传感器收集数据并将数据组织到正确的数据库表中，该数据库服务器210持续连接至所述路由器130。
网络服务器220在局域网或广域网中，用于向客户站/终端浏览器提供因特网信息服务，并行地互连至所述数据库服务器210。网络服务器还提供用户管理从而允许授权用户查看并控制这些用户拥有的或租借的机架/设备。
终端浏览器250与Internet Explorer、Google Chrome以及Firefox兼容，用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等之类的不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示，该终端浏览器250安全地互连至所述网络服务器220。
自适应群控制器230是软件程序，使用自适应算法来控制CRAC的群组，用于自动地控制每个CRAC的开/关，返回温度设置点以及风扇速度(fan speed)，从而确保任务关键的热环境用于服务器的安全运行且优化能量使用，该自适应群控制器230并行地互连至所述网络服务器220。
计算机机房空调240是控制对象，用于提供对任务关键的设施的冷却、加热、通风、加湿以及去湿，该计算机机房空调240协同地连接至所述自适应群控制器230；
基于云的显示和控制设备300是云数据库、软件和应用、大数据分析，用于可视化云中的数据以及实施云级别的控制策略。它由云服务器310、客户浏览器320以及移动应用330组成。
云服务器310是因特网服务器以及远程守护进程，用于提供数据存储以及为从分布在世界各处的任务关键的设施传输的数据进行处理，该云服务器310安全地互连至所述数据库服务器210。云服务器还提供用户管理从而允许授权用户查看和控制这些用户拥有的或租借的机架/服务器。
客户浏览器320是基于浏览器的软件程序，其可位于任意地方，用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示，该客户浏览器320安全地互连至所述云服务器310。
移动应用330是移动设备应用，与客户浏览器320类似，用于提供用户交互式数据显示，该移动应用330安全地互连至所述云服务器310。
附图1是系统拓扑的详细视图。
为了说明的目的，前面的描述已参考实施例进行描述。然而，上述说明性的讨论并不意图是穷尽的或者将本发明限制到公开的精确形式。通过上述教导，很多修改以及变形是可能的。该实施例被选择和描述是为了更好地解释技术的原理以及其实际的应用。其他本领域技术人员因此能够更好地使用该技术，且具有不同的修改的各种实施例可适于预想到的特定用途。
虽然本公开和示例已经通过参考附图被完整地描述，但还需注意不同的改变和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。这种改变和修改应理解为被包括在由权利要求限定的公开和示例的范围内。

Claims (17)

1.一种智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，用于使用体传感器来监视任务关键的环境，并使用测量的数据用于可视化、警报、故障检测以及控制计算机机房空调，以确保安全环境和能量效率，所述智能任务关键的环境监视以及能量管理系统包括：
用于感测环境数据、实行本地数据分析以及将数据传送至数据库服务器的装置；
用于系统地分析体传感器数据、使3D数据生动地可视化以及使用测量的数据来实施反馈控制的装置；
用于可视化云中的数据以及实施云级别控制策略的装置；
用于同时收集温度数据和相对湿度数据并将该数据无线地传送至智能网关的装置；
用于获取和处理传感器数据，并通过不同的通信协议将数据传送至数据库服务器的装置，该装置协同地连接至所述用于同时收集温度数据和相对湿度数据并将该数据无线地传送至智能网关的装置；
用于测量空气速度的装置，该装置被牢固地安装至所述用于获取和处理传感器数据，并通过不同的通信协议将数据传送至数据库服务器的装置；
用于测量颗粒物的装置，该装置被牢固地连接至所述用于获取和处理传感器数据，并通过不同的通信协议将数据传送至数据库服务器的装置；
用于从智能网关接收数据包并将该数据包传送至数据库服务器的装置，该装置持续地连接至所述用于获取和处理传感器数据，并通过不同的通信协议将数据传送至数据库服务器的装置；
用于从不同传感器收集数据并将该数据组织到正确的数据库表中的装置，该装置持续地连接至所述从智能网关接收数据包并将该数据包传送至数据库服务器的装置；
用于向客户站/终端浏览器提供因特网信息服务的装置，该装置并行地互连至所述用于从不同传感器收集数据并将该数据组织到正确的数据库表中的装置；
用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示的装置，该装置安全地互连至所述向客户站/终端浏览器提供因特网信息服务的装置；
用于自动地控制每个CRAC的开/关、返回温度设置点和风扇速度，从而确保任务关键的热环境用于服务器的安全运行并且优化能量使用的装置，该装置并行地互连至所述向客户站/终端浏览器提供因特网信息服务的装置；
用于提供数据存储并且为从分布在世界各处的任务关键的设施到来的数据进行处理的装置，该装置安全地互连至所述用于从不同传感器收集数据并将该数据组织到正确的数据库表中的装置；
用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示的装置，该装置安全地互连至所述用于提供数据存储并且为从分布在世界各处的任务关键的设施到来的数据进行处理的装置；
用于与客户浏览器类似地提供用户交互式数据显示的装置，该装置安全地互连至所述用于提供数据存储并且为从分布在世界各处的任务关键的设施到来的数据进行处理的装置；以及
用于提供用户管理以允许授权用户查看和控制这些用户拥有或租借的机架/设备的装置。
2.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于感测环境数据、实行本地数据分析以及将数据传送至数据库服务器的装置包括传感器、网关和路由器、硬件数据获取系统。
3.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于系统地分析体传感器数据、使3D数据生动地可视化以及使用测量的数据来实施反馈控制的装置包括数据分析器、网络服务器、自适应群控制器、终端浏览器本地显示和控制系统。
4.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于可视化云中的数据以及实施云级别控制策略的装置包括云数据库、软件和应用、基于大数据分析云的显示和控制设备。
5.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于同时收集温度数据和相对湿度数据并将该数据无线地传送至智能网关的装置包括严密的、无线的、长寿命的、电池供电的温度和湿度传感器模块。
6.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于获取和处理传感器数据，并通过不同的通信协议将数据传送至数据库服务器的装置包括无线、多信道、多协议、多传感器的智能网关。
7.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于测量空气速度的装置包括智能网关空气速度传感器的一部分。
8.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于测量颗粒物的装置包括智能网关PM传感器的一部分。
9.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于从智能网关接收数据包并将该数据包传送至数据库服务器的装置包括具有WIFI协议、具有以太网协议的路由器。
10.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于从不同传感器收集数据并将该数据组织到正确的数据库表中的装置包括MySQL数据库、守护进程、局域网数据库服务器。
11.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于向客户站/终端浏览器提供因特网信息服务的装置包括因特网信息服务、局域网网络服务器。
12.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示的装置包括与Internet Explorer、Google Chrome以及Firefox兼容的终端浏览器。
13.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于自动地控制每个CRAC的开/关、返回温度设置点和风扇速度，从而确保任务关键的热环境用于服务器的安全运行并且优化能量使用的装置包括软件程序的、使用自适应算法来控制CRAC群组的自适应群控制器。
14.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于提供数据存储并且为从分布在世界各处的任务关键的设施到来的数据进行处理的装置包括因特网、远程、守护进程云服务器。
15.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示的装置包括客户浏览器，该客户浏览器是基于浏览器的软件程序并能够位于任意位置。
16.根据权利要求1所述的智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，其中所述用于与客户浏览器类似地提供用户交互式数据显示的装置包括移动设备应用。
17.一种智能任务关键的环境监视以及能量管理系统，用于使用体传感器来监视任务关键的环境，并使用测量的数据用于可视化、警报、故障检测以及控制计算机机房空调来确保安全环境和能量效率，所述智能任务关键的环境监视以及能量管理系统包括：
传感器、网关和路由器、硬件数据获取系统，用于感测环境数据、实行本地数据分析以及将数据传送至数据库服务器；
数据分析器、网络服务器、自适应群控制器、终端浏览器本地显示和控制系统，用于系统地分析体传感器数据、使3D数据生动地可视化以及使用测量的数据来实施反馈控制；
云数据库、软件和应用、基于大数据分析云的显示和控制设备，用于可视化云中的数据以及实施云级别控制策略；
严密的、无线的、长寿命的、电池供电的温度和湿度传感器模块，用于同时收集温度数据和相对湿度数据并将该数据无线地传送至智能网关；
无线、多信道、多协议、多传感器的智能网关，用于获取和处理传感器数据，并通过不同的通信协议将数据传送至数据库服务器，该无线、多信道、多协议、多传感器的智能网关协同地连接至所述温度和湿度传感器模块；
作为智能网关的一部分的空气速度传感器，用于测量空气速度，该空气速度传感器牢固地安装至所述智能网关；
作为智能网关的一部分的PM传感器，用于测量颗粒物，该PM传感器牢固地安装至所述智能网关；
具有WIFI协议和以太网协议的路由器，用于从智能网关接收数据包并将该数据包传送至数据库服务器，该路由器持续地连接至所述智能网关；
MySQL数据库、守护进程、局域网数据库服务器，用于从不同传感器收集数据并将该数据组织到正确的数据库表中，该MySQL数据库、守护进程、局域网数据库服务器持续地连接至所述路由器；
因特网信息服务、局域网网络服务器，用于向客户站/终端浏览器提供因特网信息服务，该因特网信息服务、局域网网络服务器并行地互连至所述数据库服务器；
与Internet Explorer、Google Chrome以及Firefox兼容的终端浏览器，用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示，该终端浏览器安全地互连至所述网络服务器；
基于软件程序的、使用自适应算法来控制CRAC群组的自适应群控制器，用于自动地控制每个CRAC的开/关、返回温度设置点和风扇速度，从而确保任务关键的热环境用于服务器的安全运行并且优化能量使用，该自适应群控制器并行地互连至所述网络服务器；
用户管理系统，用于允许授权用户查看以及控制这些用户拥有或租借的机架/设备；
基于因特网的、远程的、守护进程云服务器，用于提供数据存储并且为从分布在世界各处的任务关键的设施到来的数据进行处理，该基于因特网的、远程的、守护进程云服务器安全地互连至所述数据库服务器；
能够位于任意位置的客户浏览器软件程序，用于以诸如2D和3D图形、仪表盘、历史曲线、表、报告等不同格式提供测量的数据、计算的指数以及处理的数据的用户交互式显示，该客户浏览器软件程序安全地互连至所述云服务器；以及
移动设备应用，用于与客户浏览器类似地提供用户交互式数据显示，该移动设备应用安全地互连至所述云服务器。
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