CN115130329B - 用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法，属于电数字数据处理技术领域。该方法属于一种数据处理方法，具体是特别适用于特定功能的计算机辅助设计方法；该方法获取目标交换机在当前时间段的目标温度序列和数据包转发率序列，并计算了目标交换机当前时间段的工作可靠程度和性能相对优异系数，并结合工作负载序列计算了目标交换机当前时间段的散热风险指标，根据散热风险指标调节目标交换机中散热风扇的功率。本发明的方法可以实现大数据资源服务和数据库等互联网数据服务，可应用于新一代海量信息智能搜索软件开发和数据挖掘软件开发。本发明解决了现有风扇常年定速对交换机进行散热方法存在的能源浪费的问题。

Description

用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法

技术领域

本发明涉及电数字数据处理领域，具体涉及用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法。

背景技术

通信电子设备包括基站、交换机、计算机、电话、服务器等等，随着社会科技的发展，通信电子设备越来越智能化，通信电子设备智能化的同时，通信电子设备都在朝着小型化发展。小型化意味着通信电子设备中的电子器件的密度增大，电源、晶体管等发热大的电子器件会使设备的温度增高，温度不能充分散热从而导致电子器件加速老化以及损坏。工业级交换机是用于电（光）信号转发的网络设备，可以使用在恶劣的工业现场和室外环境。交换机中的半导体制成的电子器件是在一定的温度范围内进行工作的，半导体的工作温度升高会使其寿命减小和故障率增加，器件的工作可靠性大大降低。

交换机的散热方式有：风扇辅助散热、CPU加装散热器、交换机外壳辅助散热和主板用热传导硅胶片散热等。现有技术中风扇辅助散热中风扇常年定速对交换机进行散热，这种方式容易在交换机外部内部积灰，而且风扇转动产生噪音以及电力浪费。

发明内容

为了解决现有风扇常年定速对交换机进行散热方法存在的能源浪费的问题，本发明提供了一种用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法的技术方案，包括以下步骤：

获取目标交换机在当前时间段的目标温度序列和数据包转发率序列，所述目标温度序列包括交换机电源温度序列、交换机CPU温度序列、交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列，所述当前时间段为距离当前时刻不大于设定时间阈值的各历史采集时刻的集合；

根据目标交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列计算目标交换机当前时间段的通风度；

根据所述通风度、所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度；

根据目标交换机当前时间段的通风度和工作负载序列将目标交换机划分到预设标准类别，根据交换机与所属标准类别对应的所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机的性能相对优异系数；

根据目标交换机当前时间段的工作可靠程度、工作负载序列和所述性能相对优异系数计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，若所述散热风险指标不大于第一设定风险阈值，则不开启目标交换机中散热风扇；若所述散热风险指标大于第一设定风险阈值，则根据所述散热风险指标调节目标交换机中散热风扇的功率。

有益效果：本发明根据交换机的实际情况对交换机的散热风扇是否开启以及工作功率进行控制，解决了现有风扇常年定速对交换机进行散热方法存在的能源浪费的问题；且相较于只根据交换机CPU温度或者外壳温度控制散热风扇是否开启以及工作功率的方法，本发明不但将交换机的电源温度、CPU温度和工作负荷作为调节交换机散热风扇的参考因素，还将交换机的通风度作为调节交换机散热风扇的参考因素，在交换机的通风度较大时，本发明可以减小散热风扇的工作功率，减小能源的消耗；在交换机的通风度较小时，本发明可以增大散热风扇的工作频率，保证对交换机的散热效果。本发明属于一种数据处理方法，属于电数字数据处理领域，适用于特定功能的计算机辅助设计方法；该方法可以实现大数据资源服务和数据库等互联网数据服务，可应用于新一代海量信息智能搜索软件开发和数据挖掘软件开发。

进一步地，所述若所述散热风险指标大于第一设定风险阈值，则根据所述散热风险指标调节目标交换机中散热风扇的功率，包括：

将当前时间段的散热风险指标与第二设定风险阈值进行比较，所述第二设定风险阈值大于第一设定风险阈值；当当前时间段的散热风险指标大于第二设定风险阈值时，进行预警，提醒相关人员对目标交换机是否还能够正常工作进行检测；当当前时间段的散热风险指标不大于第二设定风险阈值时，将当前时间段的散热风险指标与预设的多个散热风险等级区间进行比较，判断当前时间段的散热风险指标所处的散热风险等级区间，将与当前时间段的散热风险指标所处的散热风险等级区间相对应的散热风扇的档位作为散热风扇对应的目标档位。

进一步地，所述根据目标交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列计算目标交换机当前时间段的通风度，包括：

利用如下公式计算目标交换机当前时间段的通风度：

=KGPPMCC(,)

其中，G为目标交换机表面通风孔的面积；K是调节系数；PPMCC(,)为和的皮尔逊相关系数，为目标交换机当前时间段的通风度。

进一步地，所述根据所述通风度、所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度，包括：

利用如下计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度：

=

其中，为的均值，为目标交换机在当前时间段的交换机电源温度序列；为的均值，为目标交换机在当前时间段的交换机CPU温度序列；为的均方差；为的均方差；U是归一化处理后的目标交换机当前时间段的通风度；是目标交换机当前时间段的工作可靠程度。

进一步地，所述根据目标交换机当前时间段的工作可靠程度和工作负载序列计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，包括：

计算所述工作负载序列中各元素的均值，根据所述工作负载序列中各元素的均值、所述目标交换机当前时间段的工作可靠程度和性能相对优异系数计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，所述工作负载序列中各元素的均值与目标交换机当前时间段的散热风险指标成正相关关系，所述目标交换机当前时间段的工作可靠程度与目标交换机当前时间段的散热风险指标成负相关关系；所述性能相对优异系数与目标交换机当前时间段的散热风险指标成负相关关系。

进一步地，利用如下计算公式计算目标交换机当前时间段的散热风险指标：

Y=

其中，Y为交换机在当前时间段的散热风险指标；为工作负载序列中各元素的均值，是目标交换机当前时间段的工作可靠程度，为目标交换机的性能相对优异系数。

进一步地，所述根据目标交换机当前时间段的通风度和工作负载序列将目标交换机划分到预设标准类别，包括：

利用如下计算公式计算目标交换机与各标准交换机类别之间的差异指标：

其中，为第z个标准交换机类别对应的工作负载序列，为第z个标准交换机类别对应的通风度，为目标交换机与第z个标准交换机类别之间的差异指标，P为交换机在当前时间段的交换机的工作负载序列，U为归一化处理后的目标交换机当前时间段的通风度；

将与目标交换机差异指标最小的标准交换机类别作为目标交换机所属类别。

进一步地，所述根据交换机与所属标准类别对应的所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机的性能相对优异系数，包括：

利用如下公式计算目标交换机的性能相对优异系数：

其中，为的均值，为目标交换机所属类别对应的电源温度序列；为的均值，为目标交换机所属类别对应的CPU温度序列；为的均方差；为的均方差；为目标类别交换机的性能相对优异系数，为目标交换机在当前时间段的交换机电源温度序列；为目标交换机在当前时间段的交换机CPU温度序列。

附图说明

图1是本发明的用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行介绍。

为了解决现有风扇常年定速对交换机进行散热方法存在的能源浪费的问题，本实施例的用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法包括以下步骤：

（1）获取目标交换机在当前时间段的目标温度序列和数据包转发率序列，所述目标温度序列包括交换机电源温度序列、交换机CPU温度序列、交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列，所述当前时间段为距离当前时刻不大于设定时间阈值的各历史采集时刻的集合；

本实施例按照设定采集频率实时采集与目标交换机相关的一些位置的温度，这些温度包括交换机电源温度、交换机CPU温度、交换机外壳温度和交换机所处环境温度；本实施了还实时获取目标交换机的工作负载，交换机的工作负载用交换机的数据包转发率表示。接下来对获取各数据的过程进行说明：

①获取交换机电源温度。

电源是交换机发热主要的部件。本实施例在交换机内部电源周围安装温度传感器测量其实时温度，每1s采集一次温度，将距离当前时刻1min测量的温度数据记为，为当前时刻前59s采集的电源温度，为当前时刻前58s采集的电源温度，为当前时刻采集的电源温度，为交换机在当前时间段的交换机电源温度序列。

②获取交换机CPU温度。

CPU是交换机发热主要的部件。本实施例在CPU周围安装温度传感器检测CPU工作温度，每1s采集一次温度，将距离当前时刻1min测量的温度数据记为，为当前时刻前59s采集的CPU温度，为当前时刻前58s采集的CPU温度，为当前时刻采集的CPU温度，为交换机在当前时间段的交换机CPU温度序列。

③获取交换机外壳温度。

交换机通常有前进风后出风或者左进风右出风，以通过外壳对交换机温度进行辅助散热。本实施例基于温度传感器采集交换机外壳温度，每1s采集一次温度，将距离当前时刻1min测量的温度数据记为，为当前时刻前59s采集的交换机外壳温度，为当前时刻前58s采集的交换机外壳温度，为当前时刻采集的交换机外壳温度，为交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列。

④获取交换机所处环境温度。

本实施例基于温度传感器采集交换机所处环境温度，每1s采集一次温度，将距离当前时刻1min测量的温度数据记为，为当前时刻前59s采集的交换机所处环境温度，为当前时刻前58s采集的交换机所处环境温度，为当前时刻采集的交换机所处环境温度，为交换机在当前时间段的交换机所处环境温度序列。

⑤获取交换机的数据包转发率。

数据包转发率(PPS)即交换机每秒转发了多少个数据包；数据包转发率可以表示交换机在使用过程中的工作负载量。交换机的工作负载量增加会使得交换机产生更多的热量，本实施例利用交换机的PPS表示交换机的工作负载量，并将通过CPU提取得到距离当前时刻1min的交换机的数据包转发率数据记为，为当前时刻前59s提取的交换机的数据包转发率，为当前时刻前58s提取的交换机的数据包转发率，为当前时刻提取的交换机的数据包转发率，为交换机在当前时间段的交换机的数据包转发率序列。

本实施例中当前时间段为距离当前时刻1min的各历史采集时刻的集合，作为其他实施方式，也可以是距离当前时刻30s的各历史采集时刻的集合或者距离当前时刻其它时间段的各历史采集时刻的集合。本实施例中每1s采集一次数据，作为其他实施方式，也可以每0.5s采集一次数据或者采用其他采样频率。

至此，可以获得交换机在当前时间段的交换机电源温度序列、交换机CPU温度序列、交换机外壳温度序列、交换机所处环境温度序列以及交换机的工作负载序列。

（2）根据目标交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列计算目标交换机当前时间段的通风度；

一方面，交换机外壳温度与交换机所处环境温度差别小，说明交换机所在位置通风状况良好；交换机外壳温度与交换机所处环境温度差别大，说明此时交换机所在位置的通风状况较差。另一方面，交换机表面通风孔的面积越大，交换机的通风状况越好；交换机表面通风孔的面积越小，交换机的通风状况越差。基于此，本实施例利用如下公式计算交换机当前时间段的通风度：

=KGPPMCC(,)

其中，G是交换机表面通风孔的面积，其是交换机的固有信息，可以根据存储交换机相关参数的存储库得到；K是调节系数，为一常数；PPMCC(,)为和的皮尔逊相关系数，为交换机当前时间段的通风度，越大，交换机的通风度越好。

至此，可以得到目标交换机当前时间段的通风度。对得到的通风度进行归一化处理，将归一化处理后的目标交换机当前时间段的通风度记为。

（3）根据所述通风度、所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度；

电源和CPU产生的温度增高会对交换机的可靠程度降低，使交换机内部电子器件（尤其是半导体制成的器件）的寿命降低及损坏的可能性增加，即交换机电源温度和CPU温度越高且越不稳定，越可能导致交换机内部电子器件的异常，使得交换机的工作可靠程度越低；交换机的通风度越差，交换机内部的热量越不容易散发出来，使得交换机的工作可靠程度越低。本实施例利用如下计算交换机工作可靠程度：

=

其中，为的均值，即序列内各元素的均值；为的均值，即序列内各元素的均值；为的均方差，即序列内各元素与内各元素的均值的差异的平方的均值；为的均方差，即序列内各元素与内各元素的均值的差异的平方的均值；U是交换机当前时间段的通风度；是交换机当前时间段的工作可靠程度。

（4）根据目标交换机当前时间段的通风度和工作负载序列将目标交换机划分到预设标准类别，根据交换机与所属标准类别对应的所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机的性能相对优异系数；

交换机的通风度反映的是交换机所处的外界条件，交换机的工作负载序列反映的是交换机的工作量，不同交换机在相同外界条件和相同工作量的情况下对应的交换机的电源温度和CPU温度可能不同，电源和CPU温度相对较低且温度波动较小的交换机的性能较好。

本实施例预先设置有多个标准交换机类别，标准交换机类别的数量较多，基本上覆盖了交换机在各种工作负载量和通风度下工作的情形，标准交换机类别和其对应的信息存储在数据库中，应用时可以从数据库中调取标准交换机类别和其对应的信息；各标准交换机类别对应一组数据，不同标准交换机类别对应的数据不同，上述一组数据包括交换机在正常工作情况下的1min内的工作负载序列、通风度、电源温度序列和CPU温度序列；本实施例利用如下计算公式计算目标交换机与各标准交换机类别之间的差异指标：

其中，为第z个标准交换机类别对应的工作负载序列，为第z个标准交换机类别对应的通风度，为目标交换机与第z个标准交换机类别之间的差异指标。

将与目标交换机差异指标最小的标准交换机类别作为目标交换机所属类别，根据目标交换机与所属类别对应的电源温度序列和CPU温度序列计算目标交换机的性能相对优异系数，公式如下：

其中，为的均值，即序列内各元素的均值，为目标交换机所属类别对应的电源温度序列；为的均值，即序列内各元素的均值，为目标交换机所属类别对应的CPU温度序列；为的均方差，即序列内各元素与内各元素的均值的差异的平方的均值；为的均方差，即序列内各元素与内各元素的均值的差异的平方的均值；为目标交换机的性能相对优异系数，越大，交换机的性能越好。

（5）根据目标交换机当前时间段的工作可靠程度、工作负载序列和性能相对优异系数计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，若所述散热风险指标不大于第一设定风险阈值，则不开启目标交换机中散热风扇；若所述散热风险指标大于第一设定风险阈值，则根据所述散热风险指标调节目标交换机中散热风扇的功率。

交换机的工作负载越大，交换机的工作可靠程度越低，交换机需要散热的量越大，由于散热不及时导致交换机存在损坏的风险越大。目标交换机的性能相对优异系数越大，说明目标交换机的性能越好，相同工作负载量和通风度的情况下需要的散热量越少，由于散热不及时导致交换机存在损坏的风险越小。本实施例基于目标交换机当前时间段的工作可靠程度、工作负载序列和性能相对优异系数计算了目标交换机在当前时间段的散热风险指标，具体公式如下：

Y=

其中，Y为交换机在当前时间段的散热风险指标；为的均值，即序列内各元素的均值。

本实施例将当前时间段的散热风险指标与第一设定风险阈值进行比较，若散热风险指标不大于第一设定风险阈值，则不开启交换机中散热风扇，使交换机利用自身的散热孔、CPU的散热器和外界通风进行散热，这种方式能够节约开启散热风扇的电力，减少能源浪费；若所述散热风险指标大于第一设定风险阈值，则根据所述散热风险指标调节交换机中散热风扇的功率，具体为：

一方面，当当前时间段的散热风险指标大于第二设定风险阈值时，判定交换机在当前时间段存在的散热风险较大，可能已经对交换机产生了损坏，此时进行预警，以提醒相关人员对交换机是否还能够正常工作进行检测，若不能正常工作，可以及时对交换机进行维修；若还能正常工作，则控制交换机中散热风扇按照最大功率工作。本实施例中第二设定风险阈值大于第一设定风险阈值，实际应用中可以根据需要对阈值进行设定。

另一方面，当当前时间段的散热风险指标不大于第二设定风险阈值时，根据所述散热风险指标调节交换机中散热风扇的功率，具体调节过程如下：

将当前时间段的散热风险指标与预设的多个散热风险等级区间进行比较，判断当前时间段的散热风险指标所处的散热风险等级区间，将与当前时间段的散热风险指标所处的散热风险等级区间相对应的散热风扇的档位作为散热风扇对应的目标档位。其中，每个散热风险等级区间对应一个散热风扇的档位，散热风险等级区间中对应的散热风险值越大，散热风险等级对应的散热风扇的档位越高，散热风扇的档位越高，散热风扇的功率越大，对交换机的散热效果越好。

本实施例中散热风扇包括多个档位，当前时间段的散热风险指标与散热风扇的某个档位对应，作为其他实施方式，本实施例的散热风扇也可以不包括多个档位，只需根据当前时间段的散热风险指标调节散热风扇的工作功率即可，调节的思想为：当前时间段的散热风险指标与散热风扇的工作功率成正相关关系，即当前时间段的散热风险指标越大，控制散热风扇的工作功率越大。

本实施例根据交换机的实际情况对交换机的散热风扇是否开启以及工作功率进行控制，解决了现有风扇常年定速对交换机进行散热方法存在的能源浪费的问题；且相较于只根据交换机CPU温度或者外壳温度控制散热风扇是否开启以及工作功率的方法，本实施例不但将交换机的电源温度、CPU温度和工作负荷作为调节交换机散热风扇的参考因素，还将交换机的通风度作为调节交换机散热风扇的参考因素，在交换机的通风度较大时，本实施例可以减小散热风扇的工作功率，减小能源的消耗；在交换机的通风度较小时，本实施例可以增大散热风扇的工作频率，保证对交换机的散热效果。

需要说明的是，尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (2)

1.一种用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取目标交换机在当前时间段的目标温度序列和数据包转发率序列，所述目标温度序列包括交换机电源温度序列、交换机CPU温度序列、交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列，所述当前时间段为距离当前时刻不大于设定时间阈值的各历史采集时刻的集合；

根据目标交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列计算目标交换机当前时间段的通风度；

根据所述通风度、所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度；

根据目标交换机当前时间段的通风度和工作负载序列将目标交换机划分到预设标准类别，根据交换机与所属标准类别对应的所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机的性能相对优异系数；

根据目标交换机当前时间段的工作可靠程度、工作负载序列和所述性能相对优异系数计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，若所述散热风险指标不大于第一设定风险阈值，则不开启目标交换机中散热风扇；若所述散热风险指标大于第一设定风险阈值，则根据所述散热风险指标调节目标交换机中散热风扇的功率；

所述根据目标交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列和交换机所处环境温度序列计算目标交换机当前时间段的通风度，包括：

利用如下公式计算目标交换机当前时间段的通风度：

=KGPPMCC(,)

其中，G为目标交换机表面通风孔的面积；K是调节系数；PPMCC(,)为和的皮尔逊相关系数，为目标交换机当前时间段的通风度；为交换机在当前时间段的交换机外壳温度序列；为交换机在当前时间段的交换机所处环境温度序列；

所述根据所述通风度、所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度，包括：

利用如下计算目标交换机当前时间段的工作可靠程度：

=

其中，为的均值，为目标交换机在当前时间段的交换机电源温度序列；为的均值，为目标交换机在当前时间段的交换机CPU温度序列；为的均方差；为的均方差；U是归一化处理后的目标交换机当前时间段的通风度；是目标交换机当前时间段的工作可靠程度；

所述根据目标交换机当前时间段的工作可靠程度、工作负载序列和所述性能相对优异系数计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，包括：

计算所述工作负载序列中各元素的均值，根据所述工作负载序列中各元素的均值、所述目标交换机当前时间段的工作可靠程度和性能相对优异系数计算目标交换机当前时间段的散热风险指标，所述工作负载序列中各元素的均值与目标交换机当前时间段的散热风险指标成正相关关系，所述目标交换机当前时间段的工作可靠程度与目标交换机当前时间段的散热风险指标成负相关关系；所述性能相对优异系数与目标交换机当前时间段的散热风险指标成负相关关系；

利用如下计算公式计算目标交换机当前时间段的散热风险指标：

Y=

其中，Y为交换机在当前时间段的散热风险指标；为工作负载序列中各元素的均值，是目标交换机当前时间段的工作可靠程度，为目标交换机的性能相对优异系数；

所述根据交换机与所属标准类别对应的所述交换机电源温度序列和所述交换机CPU温度序列计算目标交换机的性能相对优异系数，包括：

利用如下公式计算目标交换机的性能相对优异系数：

其中，为的均值，为目标交换机所属类别对应的电源温度序列；为的均值，为目标交换机所属类别对应的CPU温度序列；为的均方差；为的均方差；为目标类别交换机的性能相对优异系数，为目标交换机在当前时间段的交换机电源温度序列；为目标交换机在当前时间段的交换机CPU温度序列；

所述根据目标交换机当前时间段的通风度和工作负载序列将目标交换机划分到预设标准类别，包括：

利用如下计算公式计算目标交换机与各标准交换机类别之间的差异指标：

其中，为第z个标准交换机类别对应的工作负载序列，为第z个标准交换机类别对应的通风度，为目标交换机与第z个标准交换机类别之间的差异指标，P为交换机在当前时间段的交换机的工作负载序列，U为归一化处理后的目标交换机当前时间段的通风度；

将与目标交换机差异指标最小的标准交换机类别作为目标交换机所属类别。

2.根据权利要求1所述的用于通信电子设备散热的计算机辅助优化设计方法，其特征在于，所述若所述散热风险指标大于第一设定风险阈值，则根据所述散热风险指标调节目标交换机中散热风扇的功率，包括：

将当前时间段的散热风险指标与第二设定风险阈值进行比较，所述第二设定风险阈值大于第一设定风险阈值；当当前时间段的散热风险指标大于第二设定风险阈值时，进行预警，提醒相关人员对目标交换机是否还能够正常工作进行检测；当当前时间段的散热风险指标不大于第二设定风险阈值时，将当前时间段的散热风险指标与预设的多个散热风险等级区间进行比较，判断当前时间段的散热风险指标所处的散热风险等级区间，将与当前时间段的散热风险指标所处的散热风险等级区间相对应的散热风扇的档位作为散热风扇对应的目标档位。

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