TWI440276B - 用於產生及控制虛擬電源分配單元之系統及方法 - Google Patents

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Description

用於產生及控制虛擬電源分配單元之系統及方法
電源分配單元(「PDU」)通常被用在需要複數個電功率插座的系統中。該等插座可提供各種電壓及電流能力，或可能全部是相同的。PDU之使用的實例包含電腦機房、網路房間或機櫃、醫院手術室、通信系統、軍事設施、生產設施等。通常一電源分配單元從一中心供應接收一高功率電饋送，該PDU接著並行提供複數個電源插座(有時被命名為「電源埠」)，允許單獨負載連接至提供適合於該單獨負載之電功率的某些插座。通常一PDU具有一保護整個單元的斷路器，以及可實體地或遠端地接通或斷開該PDU。一單獨插座還可單獨地具有某些其他特徵，如接地故障中斷(「GFI」)單元、特殊雜訊濾波、雜訊抑制、突波保護或一給定負載所需之其他特徵。
在先前技術中，在地理上配置複數個PDU。也就是說，每個PDU在實體上被放置於它被使用處附近。然而，連接至一給定PDU的各種負載可能具有很多用途。例如，一設施可能具有一PDU，該PDU為一電腦機櫃、冷卻設備、安全設備、照明、安全警報及其他不同負載提供電源。在一些系統中，在該PDU中做出規定用於遠端控制及/或監視。該遠端規定可包含經由一區域網路控制或監視一PDU的能力。若該區域網路包含一至網際網路的閘道，則該PDU還可包含遠端控制及監視的能力，其嚴格說來可在世界的任何地方完成。
控制及監視系統提供用於管理複數個PDU的構件，其包含從一中心位置控制及監視。然而，以與其被配置相同的方式(作為一整體單元)處理每個PDU。功能的程式化(例如照明排程和入口/出口閘電源排程)需要該使用者保持追蹤每個PDU之每個電源插座的指派及其他資訊(其中該PDU是被指派負載的PDU)，使得很難正確且有效地理解和控制該等負載的全部。
需要的是一種管理由與該具體PDU無關之單獨PDU電源插座供電的各種負載及負載種類的方法，一電源插座被實體地併入在該具體PDU內。亦需要能夠決定在一公共PDU內不是用實體例示之電源插座之一集合的總使用及特徵。
本發明提供一種用於產生一虛擬PDU或「VPDU」的方法，其中一VPDU包括複數個來自複數個單獨PDU的實體電源插座，在邏輯上組合和管理該等插座，猶如該VPDU是一單個實體PDU。一使用者或控制器將一VPDU理解為與傳統或所謂的「真實」PDU相同的PDU。然而，一VPDU的各種插座可位於世界的任何地方，一中心控制器諸如經由一LAN或一網際網路連接而對其具有信號存取。該VPDU係經由使用根據本發明之系統及軟體「產生」，其中一使用者選擇不同的單獨PDU插座以與某一集合相關。接著該使用者可與該使用者正常管理一單個實體PDU完全一樣地管理該集合。也就是說，作為一實體PDU，一VPDU可被當作一單個單元管理，或可個別地管理與該VPDU相關之該等插座的一子集。此外，可收集特徵及使用資料用於該VPDU或該VPDU的一子集，大部分與在一典型PDU中可得者相同。例如，一校園的所有內部照明在邏輯上可由軟體映射至一單個VPDU，此後該整個VPDU排程該等內部照明被接通或斷開的時間。在一些實施例中，PDU提供用於量測和報告功率特性(如峰值電流、過壓或欠壓、跳脫式斷路器、所用瓦特-小時及其他資料)的構件，接著一VPDU報告猶如該等個別報告，且它們的集合係關於一真實PDU，該真實PDU包括先前被選擇為與該VPDU相關的該等插座。
在一說明本發明之公用程式的實例中，將一VPDU考慮定義為供電至配置在一工業園區中之HVAC空氣調節設備的電氣插座之一集合，每個空氣調節單元由一不同實體PDU供電。該設施可能已經與其電源供應者商定一較低額定電功率，該商定係藉由同意容許該電源供應者在諸如該區域內受熱浪侵襲而容量不足時，在白天特定時間期間將至該HVAC空氣調節設備的電源斷開。該電源供應者具有經由一網際網路連接而遠端地將提供至該空氣調節設備之該電源接通或斷開的能力。同樣地，一設施的該等照明可被虛擬地併入至一「照明VPDU」及一由該使用者提供的時間表中，以在電源中斷或緊急情況(如火災)期間斷開某些照明同時保留其他照明接通。在本發明的一實施例中，為了電源冗餘，從兩個或更多分離的實體PDU提供電源至一關鍵電氣設備。定義為提供電源至該公共設備的該兩個或更多插座的一VPDU可被接通或斷開，從而同時接通或斷開所有插座。熟習此項技術者將知道本發明之公用程式的許多其他情況。
圖1(先前技術)為一典型PDU 100，其包括電源插座106的一庫0(Bank0)102(通常在一或多個庫中有複數個插座)以及有時包括一類似庫1(Bank1)104；一電源公共源114，例如60 Hz 110 VAC；一自該電源之源114內部分配至該等各種插座106(未顯示)的供應匯流排或電纜116；一介面電路112，其中該介面電路112包含用於從該公共源114連接或斷開連接至一給定個別電源插座106之電源的構件；一NIC電路118，其中該NIC電路118提供控制信號或命令至該介面電路112以及進一步其中該NIC電路118經由電子構件108被連接108至一LAN或該「網際網路雲」110。電子構件108可能是各種連接方法(如乙太網路連接、wifi信號、電話或電纜或DSL調變解調器)之任何一個並且可能或可能不包含一路由器或閘道。該PDU 100接著可由可經由該電子構件108連接至該NIC 118的任何構件遠端控制，從而提供命令至該介面112。該介面112回應該介面112接收之命令以接通或斷開一選定電源插座106。在許多實施例中，該介面電路112包含用於感測或量測及報告資訊的構件，如提供至一給定負載或一負載集合的瞬間或峰值電流、在某一時間視窗期間所使用的能量、在某一時間視窗內的最大功率的此資訊，以及可由一給定實體電源分配單元的該設計致能的其他資訊。一PDU 100的一實例是一型號Dualcom(雙通)1630ViCB，其可從「Cyber Switching,Inc.,1281 Wayne Ave,San Jose,CA 95131」獲得。
圖2(先前技術)說明一安裝，其中複數個PDU 100(顯示為PDU.0 202.0到PDU.n 202.n；幾個或統一稱為「PDU 202」)經由一公共資料網路204(例如一LAN)被電氣連接。應指出，其他類型的電源分配裝置可被替代一給定PDU 202。例如，在一些實施例中，一包括一或多個斷路器及/或繼電器的電源管理電路被連接至該資料網路204，該一或多個斷路器及/或繼電器提供電源至下游設備(其等任何一個可能是一PDU 100)的。每個PDU 202被指派一IP位址。一伺服器206經由該資料網路204提供控制信號至每個PDU 202，如圖1中更詳細地顯示。
圖3說明本發明的一實施例。為了清晰起見，圖3中所示的PDU將被給予一不同參考數字，但是應明白，每個此PDU與圖1的該PDU 100及圖2的該PDU 202是一致的。沒有顯示一些內部細節(如NIC卡)以便不會混淆由本發明所使用的該等連接。考慮一PDU0 302和一PDU1 304的該最小實例，其中沒有將該等PDU 302、304設在同一位置。PDU0 302被連接至一伺服器/閘道303以及PDU1 304被連接至一伺服器/閘道305。每個PDU 302、304及其各自伺服器303、305之間的該連接可能是經由有線LAN、光纖電纜、藍芽無線電信號、wifi無線電信號或網路連接的其他方式。該等伺服器303、305被顯示經由該網際網路雲連接至一控制系統340。在一實施例中，該控制系統340包括一控制器308和一顯示控制臺310。該控制系統340的幾個架構是有可能的並且在本發明的該範圍內。實例包含該控制器308位於一位置中而該顯示控制臺310位於其他地方。在另一實例中，該顯示控制臺310是一經由一網際網路連接(未顯示)而連接至該控制器308的PC。在一些實施例中，該控制器被連接至一對於該等伺服器303、305來說是公共的LAN，因此不用經由網際網路連接至該等伺服器303、305。在一些實施例中，該控制器308被併入在該等伺服器其中之一中，在其他實施例中，該控制器308位於遠端並且經由該網際網路雲306只有被連接至該等伺服器303、305。在一實施例中，該控制系統340包括一PC。
在圖3的該實例中，一電源分配單元PDU0 302具有四個插座310.0到310.3以及另一電源分配單元PDU1 304具有三個插座312.0到312.2。PDU的數目以及每個PDU的插座數目是任意的，它們每個可能是任何數量的。該控制器308包含一處理器及在軟體控制下作業所共同需要的其他資源，如RAM、大容量儲存器及輸入/輸出終端，並且該控制器可被連接至該顯示控制臺310以及其他人機介面裝置，如一電腦滑鼠或觸摸螢幕。該控制系統340可能類似於一具有一作業系統(如Windows、Linux或MAC OS)的個人電腦(「PC」)或可能是一自定義設計的控制器，該控制器為了明確目的經由執行編碼程式指令或一邏輯設計體現本發明的該方法。
在一些實施例中，混合該複數個PDU的控制。也就是說，可經由一LAN連接或按下按鈕而在本地控制一給定PDU，以及不管整個PDU或該等PDU電源插座的一子集，控制為一VPDU的一成員的該相同PDU被併入到該VPDU中。
為了描述方便及理解清晰，本發明的該方法將被描述為體現在由該控制器308執行的軟體或韌體中。繼續看圖3，為了說明之目的，假設該等PDU 302、304之該等電源插座被連接至如表1中所示的例示性負載。
可從該兩個PDU 302、304定義和使用各種VPDU。例如，插座310.0和312.0供應冗餘電源給一網路伺服器。經由將該兩個插座組合為一VPDU，一控制系統340可用一單個命令接通或斷開至該網路伺服器322的電源。若該等插座310.0、312.0其中之一出現故障或在該等PDU 302、304其中之一中的一斷路器斷開，則其他插座(310.0或312.0)提供電源至該網路伺服器322，以及在一實施例中，該故障或該無故障插座將該故障報告給該控制器308。經由組合提供電源至一照明電路326及一照明電路324(分別由插座312.1和310.1供電)的該等插座可定義另一VPDU，致能報告照明所使用的能量。此等簡單地說是在實體分離的PDU中的電源插座為了控制及監視之目的而在邏輯上是如何相關的兩個任意實例。當然，在一單個公共PDU上的複數個插座也可能是相關的以形成一VPDU。
在本發明的一些實施例中產生「虛擬斷路器」，其中為某一插座或插座集指定電流限制，接著當由該PDU報告的該瞬間電流在一預定持續時間內超過該預定最大電流值時停用該(該等)插座。同樣地，高及/或低電流限制可能是預定的並且當超過此等限制時報告被提供至該控制器308。例如，一指定插座的一低電流限制可被用於決定連接至該插座的該負載是否已經出現故障或該負載是否已經被從該PDU電源插座拔出。應注意，可由多個控制器308存取PDU的一集合。一給定插座還可被定義為在一個以上VPDU/控制系統340上的一VPDU的一部分。取決於一PDU的該設計，由該PDU自己經由將一行動報告給該控制器308可執行電流或其他條件之監視以及在一超過規格的條件下採取行動，或該PDU可能只報告該條件並且該控制控制臺308例如經由命令斷開一插座而採取行動。
一給定電源插座的管理可能只有ON和OFF控制，只有某些特徵或狀態的監視或兩者都有。組合形成一VPDU的有形資產的一集合的管理主要是一資料庫管理程式。雖然熟習此項技術者將明白許多替代性資料庫管理技術同樣適用於體現本發明的該方法，該等技術是在本發明的該範圍內，但是以下描述說明具有程式的此資料庫管理結構的一實施例。該資料庫被描述為具有記錄的欄位，然而，一與例如一電腦相關的控制程式對於觀察者而言可將某些資料庫表顯示為具有子檔案夾、檔案等的檔案夾。考慮圖4和圖5，圖4顯示兩個網路伺服器(伺服器＿A 402和伺服器＿B 404)和三個PDU(PDU6 406、PDU8 408、PDU9 409)，其中伺服器＿A 402和伺服器＿B 404被載入至該等PDU 406、408、409。伺服器＿A 402經由PDU6 406和PDU8 408被提供電源至其各種子系統(伺服器子系統以及它們的各種互連未顯示)。在所示的該實例中，伺服器＿A 402被連接至PDU6 406之電源插座OUT61 412和OUT62 414及PDU8 408之OUT81 418。伺服器＿B 404經由PDU6 406、PDU8 408和PDU9 409被提供電源至其各種子系統(未顯示)。伺服器＿B 404被連接至插座OUT63 416、OUT82 420、OUT91 422。當然，每個PDU可能具有作為其他目的(未顯示)的其他插座。
圖5為一對應於圖4中所示的該等連接的資料庫表的一實例。圖5的該資料庫表的該等欄位被定義在以下表2中。
一顯示控制臺310可能以一種建議檔案夾和檔案的方式顯示圖5中的該表的該資料，如圖6中的該實例。可容易地看出此配置的公用程式。例如，伺服器伺服器＿A 402和伺服器＿B 404可被安裝在一辦公大樓的該電子機櫃房間中，其中個別辦公室由不同承租人承租，以及進一步其中伺服器＿A由一辦公室承租人擁有或租賃給一辦公室承租人以及伺服器＿B由另一辦公室承租人擁有或租賃給另一辦公室承租人。雖然他們共用一些PDU，但是每個承租人可能需要支付由於累積所使用的與他們各自VPDU相關的能量導致的由指派給每個承租人的該伺服器所消耗的能量。同樣，現在很方便地在週末斷開一伺服器，而其他另一伺服器保持供電。每個承租人可能對其自己的指派VPDU被給予網路存取，猶如每個承租人實際上有一與他的伺服器相關的不同實體PDU。用於管理該資料庫以及用於呈現資料給使用者的替代性技術是在本發明的該範圍內。
如上文所述，一VPDU的控制可被實施為一電腦程式、嵌入式韌體、自定義邏輯或管理資料的其他方式，如狀態變數。為了清晰起見，圖7係提供為一軟體控制程式的流程圖，且該圖是一任何類型之控制器如何控制一或多個VPDU之一實施例的實例。該整個邏輯流程被稱為「控制流程700」。在步驟702，接收一用於一或多個虛擬插座(即，在一實體PDU內例示之一實體插座，其中該實體電源插座形成一虛擬PDU的一部分)的命令。該命令可由另一控制器、由在一電腦控制台打字的人、由一電源公用程式啟動，這些和其他資源先前已經被列出。應指出，該命令可能已經從該控制程式自身「接收」，如某一預定條件的結果，白天時間、溫度等。在步驟704，產生一對應於該接收命令702之相關(即，處理過的)實體插座的列表。在一實例中，接收之該命令將添加一插座至一VPDU中之電源插座之該列表。同樣回應的其他命令可包含從該VPDU偵測一插座、接通或斷開一插座的命令，亦即，由在該實體PDU中之該實體插座支援且具有相互通信之該構件的任何命令。另一類命令將是來自一PDU之資料之一請求，如上文所討論。
在圖7的實例中，下個步驟是(例如)經由將該虛擬ID 710及相應實體ID 712寫入到半導體記憶體(或大容量儲存裝置)中以更新該實體至虛擬PDU/插座列表，併同圖5和圖4進一步討論。為了擴展該實例，考慮從步驟708起，步驟702的該命令是一使在一選定插座產生一回應的命令。在步驟708，對於找到的每個實體插座(步驟704)，一次執行步驟714至步驟724中所述之該過程一次。在步驟714，選擇該第一(或下個)實體插座。至該實體插座的該命令可能是該相應實體插座能夠回應的任何命令。對於將插座添加至該列表的該實例，一示例命令可被用於請求該插座、最後電流讀取等718的狀態。如果有必要，在步驟720儲存該命令之該結果718。結果包含一交接信號、電流讀取、狀態信號或根本沒有。也就是說，並不是所有命令都有一相應之回應信號。在步驟722，一標記被設定成指示已經成功處理該即時插座。在一些實施例中，保存一狀態位元組。在步驟724，步驟708的該列表經測試(例如，經由檢查所有標記及/或狀態位元組)以決定是否已經處理所有選定插座704。這也可經由使用一堆疊來實現，將選定插座之該位元址壓入至該堆疊，接著將它們彈出直到該堆疊清空。步驟726形成一訊息用於回傳給該請求者，在步驟728採取該回應步驟。
控制流程700的細節取決於該控制器的設計及由每個PDU和PDU插座提供的該等資源而改變。例如，一些實施例並不包含一交接或返回回應。圖7及其描述為了清晰而顯示順序的一次一個的過程。然而，也可使用並行處理。例如，該等步驟714至724被描述用於一次一個虛擬電源插座，但是當然所示的該順序可被同時執行用於任意數目的虛擬電源插座，應注意，在該多個虛擬電源插座之間沒有相關性。所有此等變化都係在本發明的該範圍內。
100．．．電源分配單元
102．．．庫0
104．．．庫1
106．．．電源插座
108．．．電子構件
110．．．網際網路雲
112．．．介面電路
114．．．電源公共源
116．．．電纜
118．．．NIC電路
202．．．電源分配單元
204．．．公共資料網路
206．．．伺服器
302．．．電源分配單元
303．．．伺服器/閘道
304．．．電源分配單元
305．．．伺服器
306．．．網際網路雲
308．．．控制器
310．．．顯示控制臺
310.0-310.3．．．插座
312.0-312.2．．．插座
322．．．網路伺服器
324．．．照明電路
326．．．照明電路
328．．．安全系統
330．．．HVAC系統
332．．．火災控制系統
340．．．控制系統
402．．．伺服器＿A
404．．．伺服器＿B
406．．．電源分配單元
408．．．電源分配單元
409．．．電源分配單元
412．．．電源插座
414．．．電源插座
416．．．電源插座
418．．．電源插座
420．．．電源插座
422．．．電源插座
圖1為一先前技術的例示性電源分配單元系統；圖2為先前技術的複數個電源分配單元的一連接模型的一實例；圖3為根據本發明的複數個電源分配單元的一連接模型的一實例；圖4為連接至多個電源負載的複數個電源分配單元的一實例；圖5為根據本發明的一資料庫表的一實例；圖6為一顯示控制臺如何可在一電源分配系統中呈現連接的一實例；及圖7為用於管理至一虛擬電源分配單元的命令的控制邏輯的一實例。
無元件符號說明

Claims (19)

  1. 一種用於管理從一或多個電源分配單元選出之複數個電源插座的系統，其中該一或多個電源分配單元中之每個包含用於個別管理該電源分配單元之每個選定電源插座的構件，且進一步包含一用於接收電子信號之輸入終端，從而形成一虛擬電源分配單元，該系統包括：一控制器，其包括：一電子資料儲存裝置，其用於儲存對應於該等電源插座中之每個的預定資料，及將信號發送至一輸出終端的構件，其中每個信號對應該資料之一部分，該部分對應於一給定電源分配單元之一特定電源插座；及一電子路徑，其用於將該信號從該控制器之該輸出終端攜帶至每個電源分配單元之該輸入終端。
  2. 如請求項1之系統，其中該儲存裝置是半導體記憶體。
  3. 如請求項1之系統，其中該儲存裝置是一硬碟驅動器。
  4. 如請求項1之系統，其中該儲存裝置是一可移動軟碟。
  5. 如請求項1之系統，其中該儲存裝置是一光碟。
  6. 如請求項1之系統，其中用於將一輸出信號提供至該輸出終端的該構件包括：一用於儲存該資料之儲存裝置；一用於儲存程式指令之儲存裝置；及一用於執行該等程式指令之微處理器。
  7. 如請求項6之系統，其中用於儲存該資料之該裝置是半 導體記憶體。
  8. 如請求項6之系統，其中用於儲存程式指令之該裝置是半導體記憶體。
  9. 如請求項1之系統，其中該電子路徑包括一區域網路。
  10. 如請求項1之系統，進一步包括一至該控制器的輸入終端，及一自該一或多個電源分配單元之至少其中之一的輸出終端。
  11. 如請求項10之系統，其中該電子路徑包含一至網際網路之連接。
  12. 如請求項10之系統，其中該電子資料路徑進一步包含一閘道。
  13. 如請求項10之系統，其中該電子資料路徑進一步包含一伺服器。
  14. 一種用於管理從一或多個電源分配單元選出之複數個電源插座以形成一虛擬電源分配單元的方法，該方法包括以下步驟：a.接收一命令；b.產生一電源插座之列表，根據該命令之一含義選擇該等電源插座，其中每個電源插座具有一唯一識別符號，每個識別符號對應於與一特定虛擬電源分配單元相關之一虛擬電源插座之一唯一識別符號；c.在一資料庫記錄上回應於該命令以執行一作業，其中該資料庫記錄對應於來自該電源插座列表之一特定電源插座；以及 d.為對應於在該電源插座列表上之每個電源插座之每個資料庫記錄，從步驟「c.」重複該方法，直到在該電源插座列表上之所有電源插座都已經回應該命令。
  15. 如請求項14之方法，其中該命令之該含義是接通一電源插座。
  16. 如請求項14之方法，其中該命令之該含義是斷開一電源插座。
  17. 如請求項14之方法，其中該命令之該含義是從該電源插座請求資料。
  18. 如請求項14之方法，其中該命令之該含義是使一選定電源插座與一給定虛擬電源分配單元之一選定虛擬電源插座相關聯。
  19. 如請求項14之方法，其中該命令之該含義是使一選定電源插座與一給定虛擬電源分配單元之一選定虛擬電源插座脫離關聯。
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