CN111611133A - 一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法 - Google Patents

一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法，包括S1、针对数据中心的动力设备，利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集；S2、利用数据收集器，收集各个监控单元所采集的能耗数据，并传送给监控服务器；S3、为监控服务器配置各个动力设备的负荷过载告警阈值；S4、根据数据收集器收集的各个监控单元所采集的能耗数据，计算各个动力设备的负荷指标，并分别判断各个动力设备的负荷指标与其相应的告警阈值的大小关系，当动力设备的负荷指标大于该动力设备的告警阈值，则发出该动力设备的告警信息。优点是：能够提高数据中心能效，有效降低数据中心的单位服务成本，进而降低运营成本。

Description

一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法
技术领域
本发明涉及能耗管理领域，尤其涉及一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法。
背景技术
近年来，随着企业业务发展和对利用信息技术发展业务的依赖性提高，对信息技术基础设施建设投入的不断加大，对数据中心的需求量也越来越大，数据中心能耗所带来的支出己经成为信息技术相关运营成本的主要构成部分。
目前大型数据中心为能耗密集型产业。数据中心的各种类型动力设备是由大量电气元件构成复杂系统，在经年累月的运行过程中，不可避免会产生各种故障，将大大影响动力设备运行效率，据统计由于动力设备故障导致的能耗损失能够占到总能耗的10％-40％，在低能效的数据中心甚至更高。因此，亟需一种高效的能耗管理方法，以提高数据中心能效，有效降低数据中心的单位服务成本，进而降低运营成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法，所述管理方法包括如下步骤，
S1、针对数据中心的动力设备，利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集；
S2、利用数据收集器，收集各个监控单元所采集的能耗数据，并传送给监控服务器；
S3、为监控服务器配置各个动力设备的负荷过载告警阈值；
S4、根据数据收集器收集的各个监控单元所采集的能耗数据，计算各个动力设备的负荷指标，并分别判断各个动力设备的负荷指标与其相应的告警阈值的大小关系，当动力设备的负荷指标大于该动力设备的告警阈值，则发出该动力设备的告警信息；
S5、判断动力设备的告警信息的类型，并对不同类型的负荷过载告警信息采用相应的处理方法，以避负荷过载；
S6、根据当前开关电源设备的负荷率，判断数据中心的当前负荷率是否进入低负荷区间，若是，则关闭数据中心的部分工作服务器，若否，则保持当前数据中心工作服务器数量不变。
优选的，所述数据中心的动力设备包括高、中压配电设备，柴油发电机组设备，开关电源设备和冗余蓄电池组设备；步骤S1中利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集，具体为
监控单元读取集中控制台表头的电流和电压数据，以获取高、中压配电设备的能耗数据；
监控单元读取智能通信接口输出的电流和电压数据，以获取柴油发电机组设备的能耗数据；
监控单元读取开关电源自带的智能模块输出的直流参数数据，以获取开关电源设备的能耗数据；
监控单元读取蓄电池智能监测仪输出的总电压和充放电电流数据，以获取冗余蓄电池组设备的能耗数据。
优选的，步骤S2具体为，采用工业控制网络CAN把数据收集器和各个监控单元进行组网，以采集各类型的动力设备的能耗数据；各个监控单元把采集到的能耗数据发送给CAN总线，数据收集器则从所述CAN总线中读取数据；数据收集器按照设定的周期获取监控单元采集到的能耗数据，每获取完一个周期的数据，则将该周期数据传送给监控服务器，由监控服务器进行数据分析。
优选的，步骤S3具体为，
设置高、中压配电设备和柴油发电机组设备的负荷率H告警阈值为90％；
设置开关电源设备的负荷率B告警阈值为80％；
设置冗余蓄电池组设备的负荷率C告警阈值为85％。
优选的，步骤S4具体为，
高、中压配电设备和柴油发电机组设备的负荷指标为负荷率H，所述负荷率H通过公式一计算获取，
H＝S/Se (公式一)
其中，S＝1.732UI；U为线电压；I为线电流；Se为变压器的额定容量；
开关电源设备的负荷指标为负荷率B，所述负荷率B通过公式二计算获取，
B＝(As*K-Ax)/As*K (公式二)
其中，As为开关电源设备的单个电源模块容量；K为当前工作的电源模块数；Ax为开关电源设备的蓄电池充电容量；
冗余蓄电池组设备的负荷指标为负荷率C，所述负荷率C通过公式三计算获取，
P＝Ps*n*z/Pc (公式三)
其中，Ps为冗余蓄电池组设备中单个蓄电池模块的可用容量；n是冗余蓄电池组中蓄电池模块数量；z为冗余蓄电池组设备的利用率系数；Pc为冗余蓄电池组的额定容量；
对比各动力设备的告警阈值与其负荷率之间的大小关系，当某动力设备的负荷率大于相应的告警阈值时，则发出该动力设备负荷过载的告警信息。
优选的，负荷过载包括两种情况，
A、动力设备故障导致的负荷过载；
B、网络用户请求过多导致的所有当前启动的工作服务器超负荷工作导致的负荷过载；
则根据相应动力设备负荷过载的告警信息出现前后的负荷率变化，就能够判断该告警信息属于那种类型的负荷过载情况，具体为，
若该告警信息出现前后的负荷率发生了突变，即负荷率在第一设定时间内突破告警阈值，则判断为动力设备故障导致的负荷过载；
若该告警信息出现前后的负荷率没有发生突变，即负荷率在第二设定时间内逐步增加突破告警阈值，则判断为所有当前启动的工作服务器都超负荷工作导致的负荷过载。
优选的，针对动力设备故障导致的负荷过载，可将告警信息发送给维护部门，对相应的动力设备进行维护；
针对所有当前启动的工作服务器都超负荷工作导致的负荷过载，首先判断是否有关闭的备用工作服务器，
若否，则将告警信息发送给应用部门，进行用户流量控制；
若是，自动启动T台备用工作服务器，T是每次备用工作服务器启动的基本数量单位，若启动T台备用工作服务器之后，仍旧收到负荷过载的告警信息，则继续启动备用工作服务器，直到各动力设备的负荷率恢复正常并且告警信息消除；当所有备用工作服务器都启动，仍旧收到负荷过载的告警信息，则将告警信息发送给应用部门，进行用户流量控制。
优选的，由于开关电源设备负责直接向数据中心内的工作服务器供电，则可根据当前开关电源设备的负荷率判定数据中心的当前负荷率是否进入低负荷区间，具体为，
收集一定周期的开关电源负荷率B的历史负荷率数据，得到开关电源负荷率B数据集合；
确定数据集合中的低四分位数Q1，并将Q1作为低负荷区间判定点；
判断当前开关电源设备的负荷率与Q1之间的大小关系，若当前开关电源设备的负荷率小于Q1，则认为当前数据中心的应用负载低，可关闭T'台工作服务器，T'是每次工作服务器关停的基本数量单位；若否，则认为当前数据中心的应用负载正常。
优选的，步骤S6之后还包括如下内容，
若关闭T'台工作服务器之后，当前数据中心的应用负载仍然低，即当前开关电源设备的负荷率低于Q1，则继续关闭工作服务器，直到当前开关电源设备的负荷率不低于Q1。
本发明的有益效果是：1.本发明能够及时诊断出动力设备故障，能够提高数据中心基础设施运行效率，降低数据中心能耗。2.本发明通过采集充分、全面、准确的数据中心能耗数据，对数据中心超负荷工作状态和低负荷工作状态进行识别，进而采取有效的措施，调整当前开机的工作服务器数量，能够提高数据中心基础设施运行效率，降低数据中心能耗。3、本发明能够提高数据中心能效，有效降低数据中心的单位服务成本，进而降低运营成本。
附图说明
图1是本发明实施例中管理方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例中提供了一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法，所述管理方法包括如下步骤，
S1、针对数据中心的动力设备，利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集；
S2、利用数据收集器，收集各个监控单元所采集的能耗数据，并传送给监控服务器；
S3、为监控服务器配置各个动力设备的负荷过载告警阈值；
S4、根据数据收集器收集的各个监控单元所采集的能耗数据，计算各个动力设备的负荷指标，并分别判断各个动力设备的负荷指标与其相应的告警阈值的大小关系，当动力设备的负荷指标大于该动力设备的告警阈值，则发出该动力设备的告警信息；
S5、判断动力设备的告警信息的类型，并对不同类型的负荷过载告警信息采用相应的处理方法，以避负荷过载；
S6、根据当前开关电源设备的负荷率，判断数据中心的当前负荷率是否进入低负荷区间，若是，则关闭数据中心的部分工作服务器，若否，则保持当前数据中心工作服务器数量不变。
本实施例中，所述数据中心的动力设备包括高、中压配电设备，柴油发电机组设备，开关电源设备和冗余蓄电池组设备；步骤S1中利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集，具体为
监控单元读取集中控制台表头的电流和电压数据，以获取高、中压配电设备的能耗数据；
监控单元读取智能通信接口输出的电流和电压数据，以获取柴油发电机组设备的能耗数据；
监控单元读取开关电源自带的智能模块输出的直流参数数据，以获取开关电源设备的能耗数据；
监控单元读取蓄电池智能监测仪输出的总电压和充放电电流数据，以获取冗余蓄电池组设备的能耗数据。
本实施例中，步骤S2具体为，采用工业控制网络CAN把数据收集器和各个监控单元进行组网，以采集各类型的动力设备的能耗数据；各个监控单元把采集到的能耗数据发送给CAN总线，数据收集器则从所述CAN总线中读取数据；数据收集器按照设定的周期获取监控单元采集到的能耗数据，每获取完一个周期的数据，则将该周期数据传送给监控服务器，由监控服务器进行数据分析。
采用CAN总线传输方式的原因是：CAN采用差动信息传输方式；其待机模式下电流超低，单节点发生故障的情况下不会影响到总线上其它节点，同时速度可达1MBd，对电磁干扰有超高的抗干扰能力。
本实施例中，步骤S3具体为，
设置高、中压配电设备和柴油发电机组设备的负荷率H告警阈值为90％；
设置开关电源设备的负荷率B告警阈值为80％；
设置冗余蓄电池组设备的负荷率C告警阈值为85％。
本实施例中，步骤S4具体为，
高、中压配电设备和柴油发电机组设备的负荷指标为负荷率H，所述负荷率H通过公式一计算获取，
H＝S/Se (公式一)
其中，S＝1.732UI；U为线电压；I为线电流；Se为变压器的额定容量；公式一既能计算高、中压配电设备的负荷率也能计算柴油发电机组设备的负荷率；当计算高中压配电设备时，线电压/电流指代的是配电设备的线电压/电流；当计算柴油发电机组设备时，线电压/电流指代的是柴油发电机组设备的线电压/电流。
开关电源设备的负荷指标为负荷率B，所述负荷率B通过公式二计算获取，
B＝(As*K-Ax)/As*K (公式二)
其中，As为开关电源设备的单个电源模块容量；K为当前工作的电源模块数；Ax为开关电源设备的蓄电池充电容量；
冗余蓄电池组设备的负荷指标为负荷率C，所述负荷率C通过公式三计算获取，
P＝Ps*n*z/Pc (公式三)
其中，Ps为冗余蓄电池组设备中单个蓄电池模块的可用容量；n是冗余蓄电池组中蓄电池模块数量；z为冗余蓄电池组设备的利用率系数，如当冗余蓄电池组设备包括两个蓄电池模块时z＝0.4；Pc为冗余蓄电池组的额定容量；
对比各动力设备的告警阈值与其负荷率之间的大小关系，当某动力设备的负荷率大于相应的告警阈值时，则发出该动力设备负荷过载的告警信息。
本实施例中，负荷过载包括两种情况，
A、动力设备故障导致的负荷过载；此类负荷过载属于稀有事件；比如，空调故障导致的服务器过热，导致的动力系统过载；
B、网络用户请求过多导致的所有当前启动的工作服务器超负荷工作导致的负荷过载；此类型负荷过载属于非稀有事件；属于负载过重导致的负荷过载；
则根据相应动力设备负荷过载的告警信息出现前后的负荷率变化，就能够判断该告警信息是属于哪种类型，具体为，
若该告警信息出现前后的负荷率发生了突变，即负荷率在第一设定时间内(很短时间，通常小于30分钟)突破告警阈值，则判断为动力设备故障导致的负荷过载；
若该告警信息出现前后的负荷率没有发生突变，即负荷率在第二设定时间内(较长时间，通常大于30分钟)逐步增加突破告警阈值，则判断为所有当前启动的工作服务器都超负荷工作导致的负荷过载。
本实施例中，针对动力设备故障导致的负荷过载，可将告警信息发送给维护部门，对相应的动力设备进行维护；
针对所有当前启动的工作服务器都超负荷工作导致的负荷过载，首先判断是否有关闭的备用工作服务器，
若否，则将告警信息发送给应用部门，进行用户流量控制；
若是，自动启动T台备用工作服务器，T是每次备用工作服务器启动的基本数量单位，比如5台；若启动T台备用工作服务器之后，仍旧收到负荷过载的告警信息，则继续启动备用工作服务器，直到各动力设备的负荷率恢复正常并且告警信息消除；当所有备用工作服务器都启动，仍旧收到负荷过载的告警信息，则将告警信息发送给应用部门，进行用户流量控制。
本实施例中，由于开关电源设备负责直接向数据中心内的服务器供电，则可根据当前开关电源设备的负荷率判定数据中心的当前负荷率是否进入低负荷区间，具体为，
收集一定周期的开关电源负荷率B的历史负荷率数据，得到开关电源负荷率B数据集合；
确定数据集合中的低四分位数Q1，并将Q1作为低负荷区间判定点；
判断当前开关电源设备的负荷率与Q1之间的大小关系，若当前开关电源设备的负荷率小于Q1，则认为当前数据中心的应用负载低，可关闭T'台工作服务器，T'是每次工作服务器关停的基本数量单位，比如5台；若否，则认为当前数据中心的应用负载正常。
本实施例中，步骤S6之后还包括如下内容，
若关闭T'台工作服务器之后，当前数据中心的应用负载仍然低，即当前开关电源设备的负荷率低于Q1，则继续关闭工作服务器，直到当前开关电源设备的负荷率不低于Q1。关闭工作服务器之后，工作服务器减少，当前负荷率会逐渐上升，脱离低负荷区间；从而实现达到节约能源的作用。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供了一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法，该能耗管理方法能够及时诊断出动力设备故障，能够提高数据中心基础设施运行效率，降低数据中心能耗。该能耗管理方法通过采集充分、全面、准确的数据中心能耗数据，对数据中心超负荷工作状态和低负荷工作状态进行识别，进而采取有效的措施，调整当前开机的工作服务器数量，能够提高数据中心基础设施运行效率，降低数据中心能耗。该能耗管理方法能够提高数据中心能效，有效降低数据中心的单位服务成本，进而降低运营成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：所述管理方法包括如下步骤，
S1、针对数据中心的动力设备，利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集；
S2、利用数据收集器，收集各个监控单元所采集的能耗数据，并传送给监控服务器；
S3、为监控服务器配置各个动力设备的负荷过载告警阈值；
S4、根据数据收集器收集的各个监控单元所采集的能耗数据，计算各个动力设备的负荷指标，并分别判断各个动力设备的负荷指标与其相应的告警阈值的大小关系，当动力设备的负荷指标大于该动力设备的告警阈值，则发出该动力设备的告警信息；
S5、判断动力设备的告警信息的类型，并对不同类型的负荷过载告警信息采用相应的处理方法，以避负荷过载；
S6、根据当前开关电源设备的负荷率，判断数据中心的当前负荷率是否进入低负荷区间，若是，则关闭数据中心的部分工作服务器，若否，则保持当前数据中心工作服务器数量不变。
2.根据权利要求1所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：所述数据中心的动力设备包括高、中压配电设备，柴油发电机组设备，开关电源设备和冗余蓄电池组设备；步骤S1中利用监控单元对各类型的动力设备进行能耗数据采集，具体为
监控单元读取集中控制台表头的电流和电压数据，以获取高、中压配电设备的能耗数据；
监控单元读取智能通信接口输出的电流和电压数据，以获取柴油发电机组设备的能耗数据；
监控单元读取开关电源自带的智能模块输出的直流参数数据，以获取开关电源设备的能耗数据；
监控单元读取蓄电池智能监测仪输出的总电压和充放电电流数据，以获取冗余蓄电池组设备的能耗数据。
3.根据权利要求2所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：步骤S2具体为，采用工业控制网络CAN把数据收集器和各个监控单元进行组网，以采集各类型的动力设备的能耗数据；各个监控单元把采集到的能耗数据发送给CAN总线，数据收集器则从所述CAN总线中读取数据；数据收集器按照设定的周期获取监控单元采集到的能耗数据，每获取完一个周期的数据，则将该周期数据传送给监控服务器，由监控服务器进行数据分析。
4.根据权利要求3所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：步骤S3具体为，
设置高、中压配电设备和柴油发电机组设备的负荷率H告警阈值为90％；
设置开关电源设备的负荷率B告警阈值为80％；
设置冗余蓄电池组设备的负荷率C告警阈值为85％。
5.根据权利要求4所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：步骤S4具体为，
高、中压配电设备和柴油发电机组设备的负荷指标为负荷率H，所述负荷率H通过公式一计算获取，
H＝S/Se (公式一)
其中，S＝1.732UI；U为线电压；I为线电流；Se为变压器的额定容量；
开关电源设备的负荷指标为负荷率B，所述负荷率B通过公式二计算获取，
B＝(As*K-Ax)/As*K (公式二)
其中，As为开关电源设备的单个电源模块容量；K为当前工作的电源模块数；Ax为开关电源设备的蓄电池充电容量；
冗余蓄电池组设备的负荷指标为负荷率C，所述负荷率C通过公式三计算获取，
P＝Ps*n*z/Pc (公式三)
其中，Ps为冗余蓄电池组设备中单个蓄电池模块的可用容量；n是冗余蓄电池组中蓄电池模块数量；z为冗余蓄电池组设备的利用率系数；Pc为冗余蓄电池组的额定容量；
对比各动力设备的告警阈值与其负荷率之间的大小关系，当某动力设备的负荷率大于相应的告警阈值时，则发出该动力设备负荷过载的告警信息。
6.根据权利要求5所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：负荷过载包括两种情况，
A、动力设备故障导致的负荷过载；
B、网络用户请求过多导致的所有当前启动的工作服务器超负荷工作导致的负荷过载；
则根据相应动力设备负荷过载的告警信息出现前后的负荷率变化，就能够判断该告警信息属于那种类型的负荷过载情况，具体为，
若该告警信息出现前后的负荷率发生了突变，即负荷率在第一设定时间内突破告警阈值，则判断为动力设备故障导致的负荷过载；
若该告警信息出现前后的负荷率没有发生突变，即负荷率在第二设定时间内逐步增加突破告警阈值，则判断为所有当前启动的工作服务器都超负荷工作导致的负荷过载。
7.根据权利要求6所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：
针对动力设备故障导致的负荷过载，可将告警信息发送给维护部门，对相应的动力设备进行维护；
针对所有当前启动的工作服务器都超负荷工作导致的负荷过载，首先判断是否有关闭的备用工作服务器，
若否，则将告警信息发送给应用部门，进行用户流量控制；
若是，自动启动T台备用工作服务器，T是每次备用工作服务器启动的基本数量单位，若启动T台备用工作服务器之后，仍旧收到负荷过载的告警信息，则继续启动备用工作服务器，直到各动力设备的负荷率恢复正常并且告警信息消除；当所有备用工作服务器都启动，仍旧收到负荷过载的告警信息，则将告警信息发送给应用部门，进行用户流量控制。
8.根据权利要求7所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：由于开关电源设备负责直接向数据中心内的工作服务器供电，则可根据当前开关电源设备的负荷率判定数据中心的当前负荷率是否进入低负荷区间，具体为，
收集一定周期的开关电源负荷率B的历史负荷率数据，得到开关电源负荷率B数据集合；
确定数据集合中的低四分位数Q1，并将Q1作为低负荷区间判定点；
判断当前开关电源设备的负荷率与Q1之间的大小关系，若当前开关电源设备的负荷率小于Q1，则认为当前数据中心的应用负载低，可关闭T'台工作服务器，T'是每次工作服务器关停的基本数量单位；若否，则认为当前数据中心的应用负载正常。
9.根据权利要求8所述的基于智能监控的数据中心能耗管理方法，其特征在于：步骤S6之后还包括如下内容，
若关闭T'台工作服务器之后，当前数据中心的应用负载仍然低，即当前开关电源设备的负荷率低于Q1，则继续关闭工作服务器，直到当前开关电源设备的负荷率不低于Q1。
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