JP4688112B2 - Ｉｃｔ機器とファシリティの連係制御システム及び連係制御方法 - Google Patents

Description

本発明はＩＣＴ機器と空調設備及び電力供給設備を含むファシリティの連係制御システムに係り、特に、情報通信機械室（データセンタ）におけるファシリティ制御として好適なＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システムに関する。

近年、社会のＩＴ化の進展に伴い、情報通信機器・装置（以下、ＩＣＴ機器と総称）の高速化、大容量化、高密度化が急速に進んでいる。これらの機器は、米国ＩＥＡ規格に準ずる１９インチサーバラックに格納され、情報通信機械室（データセンタ）に収容されるのが一般的である。サーバラックは前面から冷気を吸込み、上面又は背面から排気するタイプが多く、各ラックは同方向を向けて横一列に配置される。機械室内にはこのようなラック列が、隣接する列の吸気面と吸気面、排気面と排気面とを対向させて、複数列配置される。このような機械室の空調は、ラック列を複数のゾーンに区画し、各ゾーンに空調機を配置してゾーン単位に制御するケースがある（例えば、特許文献１）。

一方、ＩＣＴ機器に対する電力供給品質（信頼度）の設計については、従来、データセンタのサービスグレードに応じて行われている。図１０は、従来のデータセンタにおけるＩＣＴ機器及び空調機に対する電力供給（給電）系統例を示す図である。同図において、高レベルの信頼度が要求されるサービスを提供するゾーン（Ｚ１１−Ｚ１３）については、無停電電源設備（ＵＰＳ）１０１ａ−１０１ｃが設置されている。各ＵＰＳの容量（バックアップ時間）は、要求信頼度に応じて異なる時間に設計されており、非常用エンジン１０２の起動失敗を考慮すべきゾーン（Ｚ１３、Ｚ１２）については、比較的長時間（ここでは、それぞれ３時間、１時間）のバックアップを確保している。非常用エンジン起動を前提としたゾーン（Ｚ１１）では、起動に要する必要最小限（ここでは１５分）のバックアップ時間の確保としている。また、サービス一時停止が許されるゾーン（Ｚ１４）には、ＵＰＳは設置されていない。さらに、空調設備としてのゾーン空調機１０５ａ−１０５ｄについては、同図に示すようにＵＰＳが付設されることは稀であり、非常用エンジン１０２のみの給電バックアップが一般的である。
特表２００８−５０２０８２号公報

このような従来の給電系統では、各ゾーン内においての実際の情報処理量や処理信頼度の変化に対応して、データ処理中に給電品質をダイナミックに変更することは困難である。このため、停電時等に品質（信頼度）要求の高いゾーンがサービス停止となる一方、品質要求の低いゾーンが延命されるという、サービスレベルの逆転現象を招くことも起こりうる。この場合、全てのゾーンの給電品質を上げることにより問題は解消するが、コスト負担が過大となり現実的でない。
さらに、上述のようにＩＣＴ機器と空調設備の給電品質が異なるため、停電時等にＩＣＴ機器が稼動継続しても、空調機の運転停止により室温が上昇し、システムダウンするという事例もある。このことは、ＩＣＴ機器をＵＰＳに接続する意義を損うものである。しかしながら全ての空調設備を無停電化することは、コスト負担が過大となる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであって、サービスすべき情報処理量又は品質に応じた給電品質、空調品質を担保する連係制御技術を提供する。
本発明は以下の内容をその要旨とする。すなわち、本発明に係るＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システムは、
（１）情報通信機械室内において、一以上の空調機の運転制御と、各空調機が分担する複数の空調ゾーンに属する一以上のＩＣＴ機器のデータ処理制御と、商用電源及び非常用電源を含んで構成されＩＣＴ機器群及び空調機に給電する給電系統制御と、を連係させて制御するＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システムであって、与えられたデータ処理負荷について、処理品質レベルに従い空調ゾーン数に分類したデータ処理負荷を、対応する各空調ゾーンに属するＩＣＴ機器群に分担する手段と、各空調ゾーンの給電品質を、該処理品質レベルに対応させる給電品質対応手段と、を備えて成ることを特徴とする。

本発明において、「ＩＣＴ機器」とは、サーバ、ストレージ、ルータ等の情報通信機器・装置を含む。
「処理品質」とは、データ処理中にサービス停止を発生させない信頼度をいう。
「給電品質」とは、停電等の商用電源遮断時におけるバックアップレベルをいう。

（２）上記（１）において、給電品質が、商用電源系統と非常用発電装置系統の組み合わせ、商用電源系統と非常用発電装置系統と無停電電源装置（ＵＰＳ）系統の組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする。
（３）上記各発明において、ＵＰＳ系統は、異なるバックアップ時間を有する複数のＵＰＳ系統を備えて成ることを特徴とする。
（４）上記各発明において、給電品質対応手段が、無瞬断で給電品質を切り替える給電系統切替手段であることを特徴とする。

また、本発明に係るＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法は、
（５）情報通信機械室内において、一以上の空調機の運転制御と、各空調機が分担する複数の空調ゾーンに属する一以上のＩＣＴ機器（以下、対象ＩＣＴ機器群という）のデータ処理制御と、商用電源及び非常用電源を含んで構成されＩＣＴ機器群及び空調機に給電する給電系統制御と、を連係させて制御するＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法であって、与えられたデータ処理負荷を処理品質レベルに応じて空調ゾーン数に分類するステップと、分類されたデータ処理負荷を、対応する各空調ゾーンに属するＩＣＴ機器群に分担するステップと、空調ゾーンの給電品質を、無瞬断で該処理品質レベルに対応させるステップと、を備えて成ることを特徴とする。

（６）情報通信機械室内において、対象ＩＣＴ機器群のデータ処理制御と、商用電源及び非常用電源を含んで構成されＩＣＴ機器群及び空調機に給電する給電系統制御と、を連係させて制御するＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法であって、与えられたデータ処理負荷において停電により空調機が全停止した場合に、当該ゾーンの再給電猶予時間を推定するステップと、再給電猶予時間を考慮したときに処理品質レベル以上となるように、空調ゾーンの給電品質を無瞬断で変更するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明は、ＩＣＴ機器側が無停電電源バックアップされている場合において、空調機側の給電品質をＩＣＴ機器側とはリンクさせないシステムを想定しており、停電時に非常用発電装置（エンジン）起動までの間、室温の許容限界温度以下を保証するためのものである。具体的には、停電時の空調機全停止を想定して室温上昇予測を行ったうえで、空調システム側の給電品質を選択（例えば無停電電源レス、エンジン起動を想定した１５分ＵＰＳバックアップ、ｅｔｃ．）する。
ここに「再給電猶予時間」とは、ＩＣＴ機器側が無停電バックアップされているゾーンにおいて、与えられたデータ処理負荷（∝消費電力）にときに空調機が全停止した場合に、当該ゾーンが許容限界温度に達するまでの時間をいう。

本発明によれば、データセンタにおけるデータ処理サービスの処理品質（信頼度）を、要求通りにダイナミックに制御することが可能になる。
また、ＩＣＴ機器と空調設備の給電品質を同一にするため、ＩＣＴ機器と空調機の稼動を同調させることが可能になる。
また、必要最小限の設備により要求品質に応じたデータ処理が可能となるため、コストパフォーマンスに優れる。

以下、本発明の各実施形態について、図１乃至８を参照してさらに詳細に説明する。重複説明を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いている。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るＩＣＴ機器と空調設備及び電力供給設備を含むファシリティとの連係制御システム（以下、連係制御システム）１の全体構成を示す図である。
図２は、連係制御システム１の給電系統の構成を示す図である。
図３は、本実施形態における給電系統切り替え状態を示す図である。
図４は、本実施形態における連係制御フローを示す図である。

図１を参照して、連係制御システム１は、情報通信機械室２内のサーバラック（以下、ラック）４に格納される複数のＩＣＴ機器・装置（以下、ＩＣＴ機器と総称）４ａと、ＩＣＴ機器群を冷却するためのゾーン空調機（空調機5-1乃至5-4）と、ＩＣＴ機器群へのデータ処理分配、給電系統の切り替え、及び空調機運転を相互に連係させて統合的に制御する連係制御装置７と、これらの装置に電力供給する電源部１１と、を主要構成として備えている。

横一列に並んだ同一モジュールの複数のラック４により、ラック列６が構成されている。ラック４内には複数のＩＣＴ機器・装置（以下、ＩＣＴ機器と総称）４ａが積層されており、各ＩＣＴ機器４ａはそれぞれ冷却ファン４ｂを備えている。これにより、ラック全体として前面から冷気を吸込み、機器内部を冷却したのち高温空気を背面から排気するように構成されている。
各ラック４は、隣接する列の吸気面と吸気面、排気面と排気面が対向するように配置されており、これにより、吸気面側にはコールドアイル９が、排気面側にはホットアイル１０が形成されている。

各ラック列６において、内部発熱の大きなＩＣＴ機器を格納するラック近傍には、ゾーン空調機として空調機5-1乃至5-4が配置されている。空調機5-1を例にとると、蒸発器５ｅ、送風機５ｂ、制御部５ｄを主要構成として備えた室内機５ａと、いずれも不図示の圧縮機、凝縮器を主要構成として備えた室外機（図示せず）と、これらを接続する冷媒配管５ｃを備えている。空調機5-2乃至5-4についても同様である。
コールドアイル９内には、空調機5-1乃至5-4がそれぞれ分担する冷却対象ゾーンＺ１乃至Ｚ４が設定されている。各空調機は、分担する制御対象空間の冷熱・風量バランスを維持するように冷気を供給する。

次に図２を参照して、連係制御システム１の給電系統は、商用電源１２、非常用エンジン発電機１４、系統連係装置１３を備えた電源部１１と、無停電電源装置（ＵＰＳ）１６ａ−１６ｃと、給電系統切替機構１５と、これらと各ゾーンの空調機、ＩＣＴ機器及び連係制御装置７とを接続する電力ラインＥ１−Ｅ１７により構成されている。
各ＵＰＳは、いずれも不図示のバッテリー、整流器、インバータを主要構成として備え、商用電源遮断時にバッテリー給電に切り替え可能に構成されている。各ＵＰＳは、それぞれ異なるバックアップ可能時間（ＵＰＳ１６ａは３時間、ＵＰＳ１６ｂは１時間、ＵＰＳ１６ｃは１５分）のバッテリー容量を備えている。
給電系統切替機構１５は、電力ラインＥ６−Ｅ９を介して供給される電力供給を、電力ラインＥ１０−Ｅ１７のいずれかに適宜切り替える機能を有する。なお、連係制御装置７の電力は、常に最長のバックアップ容量を備えたＵＰＳ１６ａを介して供給されるように構成されている。

次に連係制御装置７は、ＩＣＴ機器管理サーバ７ａ、給電管理サーバ７ｂ、及びこれらを連係させるための連係制御サーバ７ｃにより構成されている。
以上の構成により、連係制御装置７はホストコンピュータ（図示せず）から指令されるデータ処理負荷について、処理データごとに予め定められている要求処理品質（データ処理中にサービス停止を発生させない信頼度）に基づいて各空調ゾーンの給電系統を設定する。

次に図３、４を参照して、本実施形態における連係制御方法について説明する。ホストコンピュータから一定量のデータ処理負荷が指令されると、連係制御装置７は、処理データごとに予め設定されているサービス品質（信頼性）に応じて４段階（Ａ〜Ｄランク）に分類する（Ｓ１０１）。次いで、同等サービス品質の処理データを同一空調ゾーンのＩＣＴ機器群に移送する（Ｓ１０２）。ここでは、Ａランクの処理負荷についてはゾーンＺ３、Ｂランクの処理負荷についてはゾーンＺ１、Ｃランクの処理負荷についてはゾーンＺ４、Ｄランクの処理負荷についてはゾーンＺ２のＩＣＴ機器群に移送されるものとする。
次いで給電系統切替機構１５により、各ゾーンの処理品質に対応する給電系統に無瞬断で切り替えられる（Ｓ１０３）。その後、データ処理が実行される（Ｓ１０４）。
以上の制御により、データ処理サービス中に停電等により商用電源１２が遮断したとしても、要求品質の高いゾーンＺ３、Ｚ１、Ｚ４については、無瞬断でバッテリー給電に切り替えられる。さらに、非常用エンジン発電機１４の起動後は、これによる電力供給に切り替えられる。さらに、万一、エンジン発電機１４の起動失敗があったとしても、各ゾーンの要求品質に応じたバックアップが確保されるため、データ処理停止リスクを最小限に抑えることができる。

（第二の実施形態）
次に図５を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。同図は、第二の実施形態に係る連係制御システム２０の給電系統の構成を示す図である。
本実施形態の構成が上述の実施形態と異なる点は、連係制御システム１については給電系統切替機構１５により、各ゾーンの給電系統を任意に選択可能に構成されているのに対して、連係制御システム２０についてはゾーン給電系統が固定されており、より単純なシステム構成となっていることである。すなわち、ゾーンＺ１の空調機5-1及びＩＣＴ機器群4-1は、常にＵＰＳ１６ｃを介して電力供給を受ける。同様に、ゾーンＺ２、３についてはそれぞれＵＰＳ１６ｂ、１６ａを介して電力供給を受ける。また、ゾーンＺ４については、ＵＰＳを介すことなく直接、電源部１１から電力供給を受けるように構成されている。
なお、連係制御装置７は、上述の実施形態と同様、処理すべきデータが要求する品質ランクに対応するＩＣＴ機器群に、当該データ処理を分配する機能を備えている。その他の構成は上述の実施形態と同一であるので、重複説明を省略する。
このような構成により、常にＡランクの処理負荷についてはゾーンＺ３、Ｂランクの処理負荷についてはゾーンＺ２、Ｃランクの処理負荷についてはゾーンＺ１、Ｄランクの処理負荷についてはゾーンＺ４のＩＣＴ機器群に分配されることになる。
なお、本実施形態における連係制御方法については、給電系統の切り替えを除いて第一の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（第三の実施形態）
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。図６は、第三の実施形態に係わる連係制御システム３０の給電系統を示す図である。図７は、本実施形態の連係制御フローを示す図である。図８は、ゾーン処理負荷と許容限界温度に達するまでの時間（再給電猶予時間）の関係テーブルを模式的に示す図である。図９は、再給電猶予時間を考慮した空調ゾーン給電系統切り替え を模式的に示す図である。
図６を参照して、本実施形態の構成が第一の実施形態と異なる点は、以下の通りである。連係制御システム１については、各ゾーンの給電系統をＩＣＴ機器群及び空調機をセットで選択するように構成されている。これに対して連係システム３０については、ＩＣＴ機器群と空調機の給電系統を別個に選択するように構成されている。すなわち、ＩＣＴ機器群4-1〜4-4については非常用エンジン１４の起動を前提として、停電からエンジン起動までのデータ処理継続を保証する給電系統（ここでは、バックアップ時間３０分）としている。一方、空調機5-1〜5-4側については、ＵＰＳ３１ａ−３１ｃ又は無停電電源なし、を給電系統切替機構１５により選択可能としている（ここでは、各ＵＰＳのバックアップ時間は、２０分、１０分、５分としている）。さらに、連係制御装置７は、再給電猶予時間関係テーブル（図８）を備えている。かかる構成により、以下に示すように再給電猶予時間を考慮したとき、ＩＣＴ機器側のバックアップ時間内に合わせることができる。
その他の構成は上述の実施形態と同一であるので、重複説明を省略する。

次に、図７乃至９を参照して、連係制御システム３０における給電系統切替制御フローについて説明する。図７を参照して、Ｓ２０１，Ｓ２０２については、第一の実施形態のＳ１０１，Ｓ１０２と同一である。次いで、図８のテーブルにより各ゾーンの再給電猶予時間が演算される（Ｓ２０３）。ここでは、図９に示すようにゾーンＺ１−Ｚ４の再給電猶予時間が、それぞれｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４であるとする。この場合、ＩＣＴ機器群のバックアップ時間（３０分）以上とするためには、給電系統をゾーンＺ１：ＵＰＳ３１ｂ（１０分）、ゾーンＺ１：ＵＰＳ３１ａ（２０分）、ゾーンＺ１：ＵＰＳなし、ゾーンＺ４：ＵＰＳ３１ｃ（５分）に切り替えればよいことになる。切り替え終了後、データ処理が実行される（Ｓ２０４）。
なお、各ＵＰＳのバックアップ時間等は例示であって、実態に応じたＵＰＳ容量を選択することができる。

本発明は、情報通信機械室（データセンタ）のみならず、ＩＣＴ機器と空調設備及び電力供給設備を備えた施設等の連係制御システムとして広く適用可能である。

第一の実施形態に係る連係制御システム１の全体構成を示す図である。 連係制御システム１の給電系統を示す図である。 第一の実施形態における給電系統切り替え状態を示す図である。 第一の実施形態の連係制御フローを示す図である。 第二の実施形態に係る連係制御システム２０の給電系統を示す図である。 第三の実施形態に係る連係制御システム３０の給電系統を示す図である。 連係制御システム３０の連係制御フローを示す図である。 ゾーン処理負荷と再給電猶予時間の関係テーブルを示す図である。 再給電猶予時間を考慮した空調ゾーン給電系統選択方法を示す図である。 従来の従来のデータセンタにおけるＩＣＴ機器及び空調機の給電系統例を示す図である。

符号の説明

１、２０、３０・・・・連係制御システム
２・・・・情報通信機械室
４・・・・サーバラック
４ａ・・・ＩＣＴ機器
５-１〜５-４・・・・空調機
６・・・・ラック列
７・・・・連係制御装置
９・・・・コールドアイル
１０・・・ホットアイル
１１・・・電源部
１２・・・商用電源
１３・・・系統連係装置
１４・・・非常用エンジン発電機
１５・・・給電系統切替機構
１６ａ−１６ｃ、３１ａ−３１ｄ・・・無停電電源装置（ＵＰＳ）
Ｅ１−Ｅ１７、Ｅ３０−Ｅ３４・・・電力ライン
Ｚ１〜Ｚ４・・・冷却対象ゾーン

Claims (6)

1. 情報通信機械室内において、一以上の空調機の運転制御と、各空調機が分担する複数の空調ゾーンに属する一以上のＩＣＴ機器（以下、対象ＩＣＴ機器群という）のデータ処理制御と、商用電源及び非常用電源を含んで構成されＩＣＴ機器群及び空調機に給電する給電系統制御と、を連係させて制御するＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システムであって、
   与えられたデータ処理負荷について、データ処理中にサービス停止を発生させない信頼度である処理品質レベルに従い空調ゾーン数に分類したデータ処理負荷を、対応する各空調ゾーンに属するＩＣＴ機器群に分担する手段と、
   各空調ゾーンの停電等の商用電源遮断時におけるバックアップレベルである給電品質を、該処理品質レベルに対応させる給電品質対応手段と、
   を備えて成ることを特徴とするＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システム。
2. 前記給電品質が、商用電源系統と非常用発電装置系統の組み合わせ、商用電源系統と非常用発電装置系統と無停電電源装置（ＵＰＳ）系統の組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システム。
3. 前記ＵＰＳ系統は、異なるバックアップ時間を有する複数のＵＰＳ系統を備えて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システム。
4. 前記給電品質対応手段が、無瞬断で給電品質を切り替える給電系統切替手段であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のＩＣＴ機器とファシリティの連係制御システム。
5. 情報通信機械室内において、一以上の空調機の運転制御と、各空調機が分担する複数の空調ゾーンに属する一以上のＩＣＴ機器（以下、対象ＩＣＴ機器群という）のデータ処理制御と、商用電源及び非常用電源を含んで構成されＩＣＴ機器群及び空調機に給電する給電系統制御と、を連係させて制御するＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法であって、
   与えられたデータ処理負荷を、データ処理中にサービス停止を発生させない信頼度である処理品質レベルに応じて空調ゾーン数に分類するステップと、
   分類されたデータ処理負荷を、対応する各空調ゾーンに属するＩＣＴ機器群に分担するステップと、
   空調ゾーンの停電等の商用電源遮断時におけるバックアップレベルである給電品質を、無瞬断で前記処理品質レベルに対応させるステップと、
   を含むことを特徴とするＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法。
6. 情報通信機械室内において、一以上の空調機の運転制御と、対象ＩＣＴ機器群のデータ処理制御と、商用電源及び非常用電源を含んで構成されＩＣＴ機器群及び空調機に給電する給電系統制御と、を連係させて制御するＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法であって、
   与えられたデータ処理負荷において停電により空調機が全停止した場合に、当該ゾーンの再給電猶予時間を推定するステップと、
   再給電猶予時間を考慮したときに、データ処理中にサービス停止を発生させない信頼度である処理品質レベル以上となるように、空調ゾーンの停電等の商用電源遮断時におけるバックアップレベルである給電品質を無瞬断で変更するステップと、
   を含むことを特徴とするＩＣＴ機器とファシリティの連係制御方法。
   

Images