CN116956759A - 一种调节bmc风扇转速的方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调节BMC风扇转速的方法，包括以下步骤：步骤S10：数据采集，收集BMC系统中多个时间步的温度数据，建立温度的数据集以及风扇转速的数据集；步骤S20：温度数据预处理，对收集到的温度数据进行预处理；步骤S30：构建LSTM‑FNN网络模型，基于LSTM网络以及FNN网络构建LSTM‑FNN模型；步骤S40：对LSTM‑FNN网络模型进行训练；步骤S50：使用训练后的LSTM‑FNN网络模型预测BMC系统中的风扇转速。本发明的有益效果是：该方法可以通过双LSTM神经网络和FNN神经网络实现对BMC系统中风扇转速进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及服务器温度调节领域，具体的说涉及到一种调节BMC风扇转速的方法、系统及装置。
背景技术
BMC，全称基板管理控制器，是服务器特有的管理控制器，BMC可以自动监控服务器运行状态，并及时根据当前状态进行调控，其中主要的一个功能就是获取当前服务器各模块的温度，根据当前温度进行风扇转速控制及告警等操作。
但是AI服务器的散热一直也是按照传统方式的散热方式，会产生大量的热量。为了让系统散热，一般会在系统中加入风扇进行散热，使得芯片温度不至于过高从而对系统造成损坏，但是传统BMC散热的方法都是基于线性或简单非线性模型，然后嵌入到BMC内部，但是这些模型对于复杂系统的建模能力非常有限，不能够很好的预测BMC的风扇转速，因此需要一种更精确的方法来控制服务器风扇转速来进行散热。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种调节BMC风扇转速的方法，该方法可以通过双LSTM神经网络和FNN神经网络实现对BMC系统中风扇的转速进行调节。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种调节BMC风扇转速的方法，包括以下步骤：
步骤S10：数据采集，收集BMC系统中多个时间步的温度数据，建立温度的数据集以及风扇转速的数据集；
步骤S20：温度数据预处理，对收集到的温度数据进行预处理；
步骤S30：构建LSTM-FNN网络模型，基于LSTM网络以及FNN网络构建LSTM-FNN模型；
步骤S301：定义LSTM-F，对于每个时间步t，LSTM-F通过输入门、遗忘门/>、输出门/>以及候选细胞状态/>计算隐藏状态/>和细胞状态/>的更新；
步骤S302：定义LSTM-B，对于每个时间步t，LSTM-B通过输入门、遗忘门/>、输出门/>以及候选细胞状态/>计算隐藏状态/>和细胞状态/>的更新；
步骤S303：构建FNN网络，将LSTM-F中的前向隐藏状态序列和LSTM-B模型中的后向隐藏状态序列/>连接起来得到FNN网络的输入层/>，计算出FNN网络的输出层/>。
步骤S40：训练LSTM-FNN网络模型；
步骤S50：使用训练后的LSTM-FNN网络模型预测并调节BMC系统中的风扇转速。
在上述的步骤中，所述步骤S301中计算隐藏状态和细胞状态/>更新的公式为：
输入门：，
遗忘门：，
输出门：，
候选细胞状态：，
细胞状态更新：，
隐藏状态更新：。
在上述的步骤中，所述步骤S302中计算隐藏状态和细胞状态/>更新的公式为：
输入门：，
遗忘门：，
输出门：，
候选细胞状态：，
细胞状态更新：，
隐藏状态更新：。
在上述的步骤中，所述步骤S303中：
前向隐藏状态序列：/>，
后向隐藏状态序列：/>，
FNN网络输入层：/>，
FNN网络输出层：/>，
其中和/>是可学习的参数。
在上述的步骤中，所述步骤S303中通过线性变换以及非线性激活函数计算得出FNN网络输出层。
在上述的步骤中，所述步骤S40中通过反向传播算法更新LSTM-FNN模型参数，并通过最小化损失函数训练LSTM-FNN模型。
在上述的步骤中，所述步骤S10中温度的数据集：，其中/>是一个长度为m的向量，表示第i个时间步的各个设备的温度；风扇转速数据集：
，/>是第i个时间步的风扇转速。
在上述的步骤中，所述步骤S50中风扇转速的预测值：
，其中/>和/>是可学习的参数，/>表示激活函数。
一种调节BMC风扇转速的系统，包含上述任一所述的调节BMC风扇转速的方法。
一种调节BMC风扇转速的装置，包含上述任一所述的调节BMC风扇转速的方法。
本发明的有益效果是：该方法可以通过双LSTM神经网络和FNN神经网络实现对BMC系统中风扇转速进行调节。
附图说明
图1为本发明一种调节BMC风扇转速的方法步骤流程图。
图2为本发明一种调节BMC风扇转速的方法中温度数据以及预测风扇转速。
图3为本发明一种调节BMC风扇转速的方法的控制图。
图4为本发明中LSTM-FNN网络模型与传统步进算法的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本发明揭示了一种调节BMC风扇转速的方法，具体的，该方法包括以下步骤：
步骤S10：数据采集，首先收集BMC系统中多个时间步的温度数据，包括CPU、GPU、硬盘、RAID卡以及显卡等设备的温度；在本实施例中，时间步长设置为3秒；然后建立温度的数据集以及风扇转速的数据集，其中温度的数据集：
，/>是一个长度为m的向量，表示第i个时间步的各个设备的温度，包含CPU、硬盘、GPU、RAID卡以及其他设备的温度；
风扇转速数据集：
，/>是第i个时间步的风扇转速。
步骤S20：温度数据预处理，对收集到的温度数据进行预处理，其中预处理的方式包括：首先对数据进行归一化，然后将数据分割成训练集以及测试集；
在本实施例中，首先通过归一化将数据转换为均值为0、标准差为1的分布。具体的，先使用Z-score标准化对数据进行归一化，公式如下所示：
；
其中X是原始数据，mean是数据的均值，std是数据的标准差，X'是标准化后的数据。
然后对温度数据进行分割，采用随机划分的方式将温度数据按照一定的比例划分为训练集以及测试集，例如采用70%的数据作为训练集，剩余的30%作为测试集；也可以采用75%的数据作为训练集，剩余的25%作为测试集；也可以采用80%的数据作为训练集，剩余的20%作为测试集。进行数据分割的时候需要将原始数据进行打乱，其中训练集的数据需要多余测试集的数据。在本实施例中，构建完成LSTM-FNN网络模型后，通过80%的训练集合来训练模型的拟合能力,当训练结束得到离线模型后，再使用20%的测试集来验证模型的实际效果。
步骤S30：构建LSTM-FNN网络模型，基于LSTM网络以及FNN网络构建LSTM-FNN模型；具体的步骤S30包括以下步骤：
步骤S301：定义前向LSTM（LSTM-F）：
对于每个时间步t，LSTM-F通过以下公式计算隐藏状态和细胞状态/>的更新：
输入门（input gate）：，
遗忘门（forget gate）：，
输出门（output gate）：，
候选细胞状态（candidate cell state）：
，
细胞状态更新：，
隐藏状态更新：。
步骤S302：定义后向LSTM（LSTM-B）：
对于每个时间步t，LSTM-B通过以下公式计算隐藏状态和细胞状态/>的更新：
输入门（input gate）：，
遗忘门（forget gate）：，
输出门（output gate）：，
候选细胞状态（candidate cell state）：
，
细胞状态更新：，
隐藏状态更新：。
步骤S303：构建FNN网络模型，将LSTM-F模型中的前向隐藏状态序列和LSTM-B模型中的后向隐藏状态序列/>连接起来，其中：
，
，
通过将前向隐藏状态序列以及后向隐藏状态序列/>连接起来就可以得到FNN网络的输入层/>：
；
得到FNN网络的输入层后，通过线性变换以及非线性激活函数计算FNN网络的输出层/>：
，其中/>和/>是可学习的参数。
具体的，线性变换指的是(),非线性激活函数指的是/>，本实施例中使用的是sigmoid函数，公式为：
，
其中，exp表示自然指数函数，x为输入值。sigmoid函数能够将将输入值映射到一个范围在0到1之间的实数。
步骤S40：对LSTM-FNN模型进行训练；
步骤S401：定义损失函数以及均方误差（Mean Squared Error），均方误差公式为：
，其中/>为模型预测的风扇转速；
步骤S402：通过反向传播算法更新LSTM-FNN模型的参数，并通过最小化损失函数训练LSTM-FNN模型。损失函数 (loss function)是用来估量模型的预测值f(x)与真实值的不一致程度，它是一个非负实值函数,通常使用L(Y,f(x)来表示，损失函数越小，模型的鲁棒性就越好。在本方案中使用最小化损失函数来训练LSTM-FNN模型有比较好的效果，不仅能调整模型参数还可以减小预测的误差。
具体的，和/>参数学习的过程如下：
1.初始化参数:将权重矩阵和偏置向量/>初始化为随机值或零值；
2.前向传播:将输入层的输入通过线性变换和非线性激活函数计算得到输出层的输出/>；
3.计算损失函数：将输出层的输出与真实标签进行比较，计算损失函数的值，可以使用均方误差；
4. 反向传播：根据损失函数，使用链式法则计算相对于权重矩阵和偏置向量的梯度，梯度表示了损失函数关于参数的变化率；
5.参数更新：以学习率0.01进行梯度下降更新；
6.重复2-5的步骤，达到损失函数收敛；
并且在整个学习过程的目标是通过不断调整权重矩阵和偏置向量/>，使得损失函数最小化，从而使得输出层/>的预测结果与真实标签尽可能接近。
步骤S50：通过LSTM-FNN模型计算风扇转速预测值；将训练过的LSTM-FNN模型接入至BMC系统中，此时传感器会将温度的数据集X传入，LSTM-FNN模型开始计算风扇的转速预测值。
具体的，当温度的数据集X传入后，LSTM-FNN模型首先会通过LSTM-F网络计算隐藏状态序列，接着通过LSTM-F网络计算隐藏状态序列/>；将LSTM-F网络中的隐藏状态序列/>与LSTM-F网络中的隐藏状态序列/>连接起来，将LSTM-F网络中的隐藏状态序列/>与LSTM-F网络中的隐藏状态序列/>连接后即可得到FNN的输入层/>：
；
得到FNN的输入层后，因为此时LSTM-FNN模型已经训练完成，即可算出风扇转速的预测值/>：
，其中/>和/>是可学习的参数，/>表示激活函数。
将预测值映射回风扇转速的范围，即是最终的风扇转速，此时BMC系统通过I2C来控制服务器风扇的转速。
参照图2所示，图2为不同的设备温度时，通过本发明中的LSTM-FNN模型调节BMC风扇转速。
参照图3所示，将各个设备的温度数据传入至BMC系统中，然后BMC系统中的传感器以及原始底层接口调用I2C对BMC的风扇转速进行预测并调节风扇转速。
参照图4所示，对比传统的步进算法（直线）和本发明中的LSTM-FNN的AI调速算法(圆点)，LSTM有更好的拟合能力和更精确的控制维度，通过GPU温度进行对比，实际上圆点位置往往位于传统调速的下方，这就说明在功能和节能上，此算法也好于传统的算法。
本发明还公开了一种调节BMC风扇转速的系统，包含上述任一所述的调节BMC风扇转速的方法。
本发明还公开了一种调节BMC风扇转速的装置，包含上述任一所述的调节BMC风扇转速的方法。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10：数据采集，收集BMC系统中多个时间步的温度数据，建立温度的数据集以及风扇转速的数据集；
步骤S20：温度数据预处理，对收集到的温度数据进行预处理；
步骤S30：构建LSTM-FNN网络模型，基于LSTM网络以及FNN网络构建LSTM-FNN模型；
步骤S301：定义LSTM-F，对于每个时间步t，LSTM-F通过输入门、遗忘门/>、输出门/>以及候选细胞状态/>计算隐藏状态/>和细胞状态/>的更新；
步骤S302：定义LSTM-B，对于每个时间步t，LSTM-B通过输入门、遗忘门/>、输出门/>以及候选细胞状态/>计算隐藏状态/>和细胞状态/>的更新；
步骤S303：构建FNN网络，将LSTM-F中的前向隐藏状态序列和LSTM-B模型中的后向隐藏状态序列/>连接起来得到FNN网络的输入层/>，并计算出FNN网络的输出层/>；
步骤S40：训练LSTM-FNN网络模型；
步骤S50：使用训练后的LSTM-FNN网络模型预测并调节BMC系统中的风扇转速。
2.根据权利要求1所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S301中计算隐藏状态和细胞状态/>更新的公式为：
输入门：,
遗忘门：,
输出门：,
候选细胞状态：,
细胞状态更新：,
隐藏状态更新：。
3.根据权利要求1所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S302中计算隐藏状态和细胞状态/>更新的公式为：
输入门：，
遗忘门：，
输出门：，
候选细胞状态：，
细胞状态更新：，
隐藏状态更新：。
4.根据权利要求1所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S303中：
前向隐藏状态序列：/>,
后向隐藏状态序列：/>,
FNN网络输入层：/>,
FNN网络输出层：/>，其中/>和/>是可学习的参数。
5.根据权利要求4所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S303中通过线性变换以及非线性激活函数计算得出FNN网络输出层。
6.根据权利要求1所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S40中通过反向传播算法更新LSTM-FNN模型参数，并通过最小化损失函数训练LSTM-FNN模型。
7.根据权利要求1所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S10中温度的数据集：，其中/>是一个长度为m的向量，表示第i个时间步的各个设备的温度；
风扇转速数据集：，/>是第i个时间步的风扇转速。
8.根据权利要求1所述的一种调节BMC风扇转速的方法，其特征在于，所述步骤S50中风扇转速的预测值：
，
其中和/>是可学习的参数，/>表示激活函数。
9.一种调节BMC风扇转速的系统，其特征在于，包含上述权利要求1-8任一所述的调节BMC风扇转速的方法。
10.一种调节BMC风扇转速的装置，其特征在于，包含上述权利要求1-8任一所述的调节BMC风扇转速的方法。
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