專利名稱：用于數(shù)據(jù)中心的基于知識(shí)的模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心分析，并且更具體地，涉及用于數(shù)據(jù)中心中基于知識(shí)的熱建模的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著能量成本的增加，能量的供應(yīng)和需求以及急需電力的信息和通信技術(shù)(ICT)設(shè)備的激增，電力和能耗已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵問題。數(shù)據(jù)中心消耗大約全部電力的2%或者說1830千瓦時(shí)的功率，并且這個(gè)消耗以每年12%的比率遞增。由于很多關(guān)鍵原因，包括電力成本上升、電力需求增加、從電網(wǎng)獲取電力成為很多數(shù)據(jù)中心的問題、能量使用造成數(shù)據(jù)中心中過量的熱負(fù)荷、意識(shí)到綠色技術(shù)和碳足跡影響以及引入行為的行業(yè)范圍碼以及綠色信息技術(shù)(IT)的立法，能量效率現(xiàn)在成為數(shù)據(jù)中心管理者的關(guān)鍵工作參數(shù)。在典型的數(shù)據(jù)中心中，電力使用可以被分解成ICT設(shè)備的工作使用的電力和基礎(chǔ)設(shè)施(例如冷卻器、加濕器、空氣調(diào)節(jié)單元(ACU)、電力分配單元(PDU)、不間斷電源(UPS)、光和電力分配設(shè)備)所需的電力。例如，在由電力生產(chǎn)和傳送導(dǎo)致?lián)p失和冷卻需求導(dǎo)致?lián)p失之后，僅供應(yīng)到數(shù)據(jù)中心的約15%的電力用于IT/計(jì)算，其余是開銷。參見P. Scheihing^Creating Energy-Efficient Data Centers,，T)ata Center Facilities andEngineering Conference,Washington,DC(2007 年 5 月 18 日)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。因此，需要用于提高數(shù)據(jù)中心能效的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于數(shù)據(jù)中心分析的技術(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種對(duì)數(shù)據(jù)中心中的熱分布進(jìn)行建模的方法。該方法包括以下步驟。對(duì)于數(shù)據(jù)中心中的多個(gè)位置，獲得垂直溫度分布數(shù)據(jù)。每個(gè)位置的垂直溫度分布數(shù)據(jù)被繪制成S曲線，其中垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映了每個(gè)位置處的物理狀況，這通過S曲線的形狀得以反映。每個(gè)s曲線由表征該s形曲線的形狀參數(shù)集表示，其中s曲線表示構(gòu)成預(yù)定義s曲線類型的知識(shí)庫(kù)模型，可據(jù)此分析數(shù)據(jù)中心中多個(gè)位置的熱分布以及相關(guān)聯(lián)的物理狀況?？梢垣@得時(shí)刻T = 0的垂直溫度分布數(shù)據(jù)，并且該方法還可包括以下步驟?？梢垣@得時(shí)刻T = I的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，其中該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在空間密度上小于時(shí)刻T = O獲得的數(shù)據(jù)?？梢詫⒃搶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)插值到針對(duì)時(shí)刻T = 0獲得的數(shù)據(jù)，以獲得多個(gè)位置的更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)。每個(gè)位置的更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)可被繪制為S曲線，其中垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映了每個(gè)位置處的更新物理狀況，這通過s曲線的形狀得以反映。更新的s曲線可與知識(shí)庫(kù)模型中預(yù)定義s曲線類型匹配。通過參考下列詳細(xì)說明和圖將獲得本發(fā)明更完整的理解以及本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的示例性數(shù)據(jù)中心的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式用于數(shù)據(jù)中心中熱分布建模的示例性方法的框圖；圖3A是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的作為用于完整Navier-Stokes計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(NS-CFD)模型、簡(jiǎn)化物理模型和統(tǒng)計(jì)模型需要輸入?yún)?shù)的數(shù)目的函數(shù)的計(jì)算速度/復(fù)雜度的圖示；圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的作為用于完整NS-CFD模型、簡(jiǎn)化物理模型和統(tǒng)計(jì)模型的模型準(zhǔn)確度的函數(shù)的數(shù)據(jù)中心的變化程度的圖示；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的數(shù)據(jù)中心的移動(dòng)測(cè)量技術(shù)(MMT)掃描的片段的圖像；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的繪出圖4中數(shù)據(jù)中心的12個(gè)服務(wù)器機(jī)架的入口溫 度的圖示；圖6是繪出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的S曲線的示例性表示的圖；圖7是繪出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的S曲線的另一示例性表示的圖；圖8A-圖80是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的小型數(shù)據(jù)中心中15個(gè)服務(wù)器機(jī)架的垂直溫度分布的圖示；圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的對(duì)圖4的數(shù)據(jù)中心中12個(gè)服務(wù)器機(jī)架的入口溫度應(yīng)用當(dāng)前S曲線表示的結(jié)果的示例性表；圖IOA和圖IOB是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于對(duì)預(yù)定義S曲線的形狀進(jìn)行定型的示例性加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的框圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于對(duì)預(yù)定義S曲線的形狀進(jìn)行定型的示例性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于建立知識(shí)庫(kù)的模式的框圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的如何將物理行為輸入到模型中的框圖；以及圖14是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于數(shù)據(jù)中心中熱分布建模的示例性裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式在此給出的是用于數(shù)據(jù)中心中的溫度分布建模的技術(shù)。通過能夠更好地理解數(shù)據(jù)中心中的熱狀況，可以實(shí)現(xiàn)最佳的能量實(shí)踐，由此提高總能效。注意，雖然本技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的上下文中被描述，但是在此提出的概念一般地適用于空間中的溫度分布分析，例如建筑物、工廠(特別是半導(dǎo)體工廠)、或者建筑物的組合(城市)以及在數(shù)據(jù)中心中(位置被選擇，例如，基于熱密度，熱量越多，管理能量越重要)。圖I是示出示例性數(shù)據(jù)中心100的框圖。數(shù)據(jù)中心100具有服務(wù)器機(jī)架101和帶有空氣調(diào)節(jié)單元(ACU) 102 (也可稱為機(jī)房空氣調(diào)節(jié)(CRAC))的活動(dòng)地板冷卻系統(tǒng)，其吸入熱空氣(通常通過A⑶中一個(gè)或多個(gè)空氣回流而從上方吸入)并且將經(jīng)冷卻的空氣排出到下面的下層地板通風(fēng)道。流經(jīng)數(shù)據(jù)中心100的熱空氣通過淺色箭頭110表示，流經(jīng)數(shù)據(jù)中心100的經(jīng)冷卻空氣通過深色箭頭112表示。在下文描述中，下層地板通風(fēng)道上面的數(shù)據(jù)中心可簡(jiǎn)稱為活動(dòng)地板，并且下層地板通風(fēng)道可簡(jiǎn)稱為通風(fēng)道。因此，僅通過舉例，如圖I所示，A⑶從活動(dòng)地板帶入熱空氣并且將經(jīng)冷卻的空氣排出到通風(fēng)道中(見下)。在圖I中，服務(wù)器機(jī)架101使用“從前向后”冷卻，并且定位在活動(dòng)地板106上，下面是下層地板104。換言之，根據(jù)本方案，經(jīng)冷卻的空氣通過每個(gè)機(jī)架的前方(入口)被吸入，并且熱空氣從每個(gè)機(jī)架的后方(出口)被排出。吸入機(jī)架前方的冷卻空氣被供應(yīng)給其中的每個(gè)IT設(shè)備組件(例如，服務(wù)器)的空氣入口。活動(dòng)地板106與下層地板104之間的空間限定下層地板通風(fēng)道108。下層地板通風(fēng)道108充當(dāng)用于將例如經(jīng)冷卻空氣從ACU102輸送到機(jī)架的通道。在適當(dāng)組織的數(shù)據(jù)中心(例如，數(shù)據(jù)中心100)中，機(jī)架101按照“熱通道-冷通道”配置而被布置，即，在交替的方向中具有空氣入口和排氣出口。換言之，冷卻空氣從下層地板通風(fēng)道108通過活動(dòng)地板106中被穿孔的地板磚114(也稱為通風(fēng)孔)被吹入冷通道。經(jīng)冷卻空氣繼而經(jīng)由空氣入口在機(jī)架的空氣入口側(cè)被吸入機(jī)架101中，并且經(jīng)由排氣出口在機(jī)架的排氣出口側(cè)被排出并且進(jìn)入熱通道。A⑶通常從冷卻制冷設(shè)備(未示出)接收冷水。每個(gè)A⑶通常包括鼓風(fēng)電動(dòng)機(jī)用以使空氣循環(huán)通過ACU，并且將冷卻的空氣吹到例如下層地板通風(fēng)道中。這樣，在多數(shù)數(shù)據(jù)中 心中，A⑶是簡(jiǎn)單的熱交換器，主要消耗將冷卻的空氣吹進(jìn)下層地板通風(fēng)道中所需的功率。通常，存在一個(gè)或多個(gè)功率配送單元(PDU)(未示出)，用于向服務(wù)器機(jī)架101配送功率。圖2是示出用于對(duì)數(shù)據(jù)中心(例如，上文結(jié)合圖I描述的數(shù)據(jù)中心100)中的熱分布進(jìn)行建模的示例性方法200的框圖。在步驟202，在數(shù)據(jù)中心的多個(gè)位置獲得垂直溫度分布數(shù)據(jù)。可以使用例如移動(dòng)測(cè)量技術(shù)(MMT)來獲得垂直分布數(shù)據(jù)。根據(jù)示例性實(shí)施方式，對(duì)服務(wù)器機(jī)架的空氣入口側(cè)的垂直溫度輪廓進(jìn)行建模(見下文)。因此，在這種情況下，在數(shù)據(jù)中心中的一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器機(jī)架中的每一個(gè)的空氣入口側(cè)獲得垂直溫度分布數(shù)據(jù)。如下文詳述，MMT數(shù)據(jù)是空間密集的，但在時(shí)間上是稀疏的(讀取通常僅大約一年一次，因?yàn)檫@種廣泛的掃描需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間完成)。因此，例如，通過例如MMT而獲得時(shí)刻T = 0的垂直溫度分布數(shù)據(jù)。但是，數(shù)據(jù)例如可以利用使用數(shù)據(jù)中心中的傳感器獲得的“實(shí)時(shí)”溫度數(shù)據(jù)來進(jìn)行更新(見下文)。如下文詳述，這些實(shí)時(shí)傳感器可提供時(shí)間上密集的讀取，但是與MMT掃描相比在空間上是稀疏的(例如，每個(gè)機(jī)架一個(gè)傳感器)。在步驟204，每個(gè)位置處的垂直溫度分布數(shù)據(jù)被繪制為S曲線。S曲線將在下文詳細(xì)描述。然而一般地，本教導(dǎo)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)中心中例如機(jī)架入口側(cè)的垂直溫度輪廓被繪制為溫度和高度的函數(shù)時(shí)，其展現(xiàn)s曲線形狀，在頂部和底部是平坦的。有利地，垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)位置處的物理狀況，其通過s曲線的形狀得以反映。僅通過舉例，數(shù)據(jù)中心中存在的可能影響S曲線形狀的物理狀況包括但不限于數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器機(jī)架位置、服務(wù)器機(jī)架到空氣調(diào)節(jié)單元的距離、服務(wù)器機(jī)架高度、熱足跡、服務(wù)器機(jī)架暴露程度、天花板高度、到最近地磚的距離、從空氣調(diào)節(jié)單元傳遞到服務(wù)器機(jī)架的氣流、服務(wù)器機(jī)架中的開口、服務(wù)器的功耗以及服務(wù)器機(jī)架的氣流需求。換言之，這些上述狀況可能影響垂直溫度輪廓，并且由此影響產(chǎn)生的S曲線的形狀。如下詳述，該發(fā)現(xiàn)允許利用精簡(jiǎn)參數(shù)集(例如，表征S曲線形狀的參數(shù))來表示物理狀況。為此，在步驟206，利用表征s曲線形狀的參數(shù)集來表示每個(gè)s曲線。這些S曲線表示構(gòu)成了預(yù)定義S曲線類型的知識(shí)庫(kù)模型，可以由此分析熱分布和數(shù)據(jù)中心中的多個(gè)位置的相關(guān)物理狀況。根據(jù)示例性實(shí)施方式，參數(shù)包括以下一個(gè)或多個(gè)s形曲線的下部平坦段、s形曲線的上部平坦段、s形曲線的上部的s形程度、s形曲線的下部的s形程度以及達(dá)到S形曲線中間點(diǎn)的高度。這些參數(shù)將在下文詳述。參數(shù)集優(yōu)選地還包括描述數(shù)據(jù)中心的特定位置的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，其中S形曲線是垂直溫度分布的圖形。參見下文。在步驟208中，可以基于參數(shù)相似性對(duì)預(yù)定義s曲線類型分組。僅通過舉例，s曲線類型可由50%點(diǎn)處的斜率而被分組，例如具有從10°C /英尺到20°C /英尺斜率的這些s曲線被分組在一起，具有從21°C /英尺到30°C /英尺斜率的s曲線被分組在一起，等等。由于，如以上所述，預(yù)定義s曲線類型反映數(shù)據(jù)中心中的物理狀況，例如，服務(wù)器機(jī)架到空氣調(diào)節(jié)單元的距離等等，因此，通過將這些s曲線類型分組在一起,模式(pattern)將會(huì)出現(xiàn)。此外，因?yàn)閟曲線優(yōu)選地與特定位置有關(guān)(即，通過描述數(shù)據(jù)中心中 的特定位置的參數(shù)，其中s形曲線是垂直溫度分布的圖形，見上文)，模式也可與數(shù)據(jù)中心的特定區(qū)域關(guān)聯(lián)。參見下文。在步驟210，獲取時(shí)刻T = I的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。如上所述，這些實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)可從實(shí)時(shí)傳感器獲得。雖然從實(shí)時(shí)傳感器獲得的數(shù)據(jù)在空間密集度上不及例如從MMT掃描獲得的數(shù)據(jù)，但是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可用于更新MMT數(shù)據(jù)，從而反映數(shù)據(jù)中心中例如從時(shí)刻T = 0到時(shí)刻T = I發(fā)生的任何變化。在步驟212，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被插值到在時(shí)刻T = 0獲得的數(shù)據(jù)，以獲得多個(gè)位置的更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)。下問將詳述示例性插值技術(shù)。在步驟214，每個(gè)位置的更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)被繪制為s曲線。如上所述，垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)位置的物理狀況(在此例中是更新的物理狀況)，其通過s曲線的形狀得以反映。在步驟216，更新的s曲線與知識(shí)庫(kù)模型中預(yù)定義s曲線類型匹配。匹配/定型技術(shù)將在下文詳述。入口溫度如上所述，根據(jù)示例性實(shí)施方式，服務(wù)器機(jī)架的空氣入口側(cè)的垂直溫度輪廓被建模。美國(guó)采暖、制冷與空氣調(diào)節(jié)工程師學(xué)會(huì)(ASHRAE)將服務(wù)器機(jī)架空氣入口溫度描述為“進(jìn)入數(shù)據(jù)通信設(shè)備的入口空氣”的溫度，參見2008 ASHRAE EnvironmentalGuidelines for Datacom Equipment， Expanding the Recommended EnvironmentEnvelope。在數(shù)據(jù)中心中，入口溫度是重要的，因?yàn)樗鼈兛赡苡绊懼T如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等ICT設(shè)備的可靠性。多數(shù)數(shù)據(jù)中心通常被過度冷卻，以便將空氣入口溫度保持在所需的水平，這導(dǎo)致了能源浪費(fèi)。在保持空氣入口溫度與其所需能量之間存在權(quán)衡。換言之，較低的入口溫度意味著更多的制冷，這消耗更多能量；而較高的入口溫度意味著較少的制冷，這消耗較少的能量。這是第二熱力學(xué)定律的結(jié)果。已采用很多方法和最佳實(shí)踐來優(yōu)化數(shù)據(jù)中心，使得比較容易保持空氣入口溫度同時(shí)保持成本最低，例如，熱通道和冷通道隔離與封閉。封閉是把冷通道圍起來的方法，這樣熱空氣不能進(jìn)入冷通道(這防止了 “再循環(huán)”造成的熱點(diǎn))。提供置信度(對(duì)空氣入口溫度的控制)以及向數(shù)據(jù)中心傳遞能量節(jié)省的關(guān)鍵是理解數(shù)據(jù)中心動(dòng)力學(xué)，應(yīng)對(duì)房間配置的變化以及能量節(jié)省主動(dòng)性的系統(tǒng)化實(shí)現(xiàn)。如果可以理解數(shù)據(jù)中心動(dòng)力學(xué)并且使風(fēng)險(xiǎn)被最小化或消除，則可以提升數(shù)據(jù)中心中的能量水平并且成本降低。建模是一種可用于理解數(shù)據(jù)中心動(dòng)力學(xué)的技術(shù)。數(shù)據(jù)中心建模數(shù)據(jù)中心是非常動(dòng)態(tài)的環(huán)境。為了理解數(shù)據(jù)中心的特征細(xì)節(jié)，需要高解析度的數(shù)據(jù)。例如，例如在授予Hamann等人的名為“Method and Apparatus forThree-Dimensional Measurements”的美國(guó)專利號(hào)7, 366, 632 (此后稱為“美國(guó)專利號(hào)7，366，632”)中描述的移動(dòng)測(cè)量技術(shù)(MMT)是捕獲高空間解析度數(shù)據(jù)以用于數(shù)據(jù)中心表征的一個(gè)示例，在此通過參考并入該專利的內(nèi)容。利用MMT，安裝在貨車上的溫度傳感器網(wǎng)格被用于描繪例如數(shù)據(jù)中心的房間中的三維溫度分布。傳感器安裝在距地板的各種高度，并且水平位置間隔小于一英尺。然而，數(shù)據(jù)MMT提供的僅僅是時(shí)間上的快照。隨著ACU打開和關(guān)閉、服務(wù)器熱負(fù)載變化、設(shè)備被添加、重配置或移除影響數(shù)據(jù)中心房間的行為(即，熱分布或溫度分布)，數(shù)據(jù)中心將隨時(shí)變化。由于在數(shù)據(jù)中心中永久布置高空間解析度傳感設(shè)備是不可行的，因此需要通過生成模型形式的數(shù)據(jù)中心表示來理解數(shù)據(jù)中心的動(dòng)力學(xué)。如果可以生成數(shù)據(jù)中心的有效模型，則可以引入較低空間解析度的傳感(更頻繁地獲得)作為模型上的控制點(diǎn)或邊界，同時(shí)利用高解析度數(shù)據(jù)(使用例如MMT較不頻繁地獲得)作為基礎(chǔ)模型。有效的模型可以既是基礎(chǔ)模型又是動(dòng)態(tài)模型。術(shù)語“有效的模型”是指建立真實(shí)熱分布的準(zhǔn)確描述的模型。根據(jù)示例性實(shí)施方式，使用房間(即，數(shù)據(jù)中心)中稀疏布置的傳感器(例如，每個(gè)服務(wù)器機(jī)架一個(gè)傳感器)獲得較低空間解析度的傳感。數(shù)據(jù)中心中的變化可被這些稀疏布置的傳感器檢測(cè)到，并且模型可被調(diào)整以指示數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的變化。此外，因?yàn)槟Ｐ褪怯?jì)算機(jī)可存取的，因此可以向模型應(yīng)用分析、警告和警報(bào)以便與用戶交互。
建立數(shù)據(jù)中心的模型可采取多種形式，從復(fù)雜的基于數(shù)值物理的模型到統(tǒng)計(jì)模型。這是在準(zhǔn)確性、靈活性和計(jì)算時(shí)間之間權(quán)衡的復(fù)雜任務(wù)。例如計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的模型可以利用最少的輸入?yún)?shù)準(zhǔn)確描述(仿真)數(shù)據(jù)中心并且對(duì)變化不敏感。但是，利用CFD模型計(jì)算是耗時(shí)的。另一方面，統(tǒng)計(jì)模型能很快求解，但是對(duì)變化非常敏感并且損失精度，即，如果發(fā)生變化或測(cè)試“假設(shè)分析(what-if) ”情境，則統(tǒng)計(jì)模型無法很準(zhǔn)確地做出預(yù)測(cè)。這些趨勢(shì)如圖3A-圖B所示。圖3A是圖示300A，其示出了取決于針對(duì)完整NavierStokes (NS) -CFD模型、簡(jiǎn)化物理模型和統(tǒng)計(jì)模型的取決于所需輸入?yún)?shù)的數(shù)目的計(jì)算速度/復(fù)雜性。圖3B示出了圖示300B，其示出了針對(duì)完整Navier Stokes (NS)-CFD模型、簡(jiǎn)化物理模型和統(tǒng)計(jì)模型的取決于模型精度的數(shù)據(jù)中心(DC)中的變化程度。CFD方法使用數(shù)值方法和計(jì)算機(jī)算法來求解和分析支配流體流和熱傳遞的物理方程?；A(chǔ)物理學(xué)由Navier Stokes方程給出，其描述任何單相流體流。用于流體流的這些方程可以通過移除描述粘度(產(chǎn)生歐拉方程)的項(xiàng)以及通過移除產(chǎn)生位勢(shì)方程的描述渦度的項(xiàng)而被簡(jiǎn)化。這些位勢(shì)方程可以被線性化。這里，優(yōu)選求解這些線性位勢(shì)方程(與利用CFD方法相比，這是更為簡(jiǎn)單也更快的計(jì)算)。一旦流場(chǎng)已被計(jì)算，熱傳導(dǎo)-對(duì)流方程使用與如下文獻(xiàn)中描述的類似計(jì)算、數(shù)值方法求解Hamann等人提交的標(biāo)題為“Techniquesfor Thermal Modeling of Data Centers to Improve Energy Efficiency，，的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146，852(此后簡(jiǎn)稱為美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146，852)，其代理機(jī)構(gòu)卷號(hào)為Y0R920080114US1，在此通過弓I用并入其內(nèi)容。知識(shí)庫(kù)模型本技術(shù)涉及一種基于知識(shí)庫(kù)對(duì)溫度分布建模的新方法，它是使用大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的。這個(gè)“基于知識(shí)的模型”利用能量守恒等基本物理學(xué)原理以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)足，以便更新模型。而且，在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，基于知識(shí)的模型被用作用于插值技術(shù)(例如Kriging)的趨勢(shì)，其中稀疏傳感器數(shù)據(jù)用于預(yù)測(cè)完整的溫度場(chǎng)(更多信息參見 Amemiya 等人提交的標(biāo)題為 “Techniques to Predict Three-Dimensional ThermalDistributions in Real-Time”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146，952 (此后稱為美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146，952)，其代理機(jī)構(gòu)卷號(hào)為Y0R920080115US1，在此通過弓I用并入其內(nèi)容)
本技術(shù)利用半經(jīng)驗(yàn)的趨勢(shì)以及測(cè)量溫度分布的模式。知識(shí)庫(kù)利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和基本物理學(xué)原理更新和加強(qiáng)。這個(gè)知識(shí)庫(kù)的一個(gè)應(yīng)用提供空間Kriging的趨勢(shì)函數(shù)以基于稀疏傳感器數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)完整的溫度場(chǎng)。下面描述本技術(shù)的一個(gè)示例。數(shù)據(jù)中心的溫度分布通過MMT獲得，其例如在美國(guó)專利號(hào) 7，366，632 以及Hamann等人的“Uncovering Energy-Efficiency Opportunities inData Centers，，，IBM Journal of Research and Development (2009)(此后稱為“Hamann”)中描述，在此通過應(yīng)用并入其內(nèi)容。在此示例中，MMT數(shù)據(jù)饋送知識(shí)庫(kù)。圖4是表示數(shù)據(jù)中心的MMT掃描的片段的圖像400，其中標(biāo)出了 12個(gè)服務(wù)器機(jī)架(即，1-12)。圖5是繪出了去往這12個(gè)服務(wù)器機(jī)架的入口溫度的垂直溫度的圖示500。特別地，在圖示500中，到月艮務(wù)器機(jī)架底部的距離z (以英尺測(cè)量)畫在X軸上，入口空氣溫度Tinlrt (以攝氏度(°C)測(cè)量)畫在y軸上。在圖5下方提供服務(wù)器機(jī)架的圖像，以示出服務(wù)器高度如何與熱輪廓對(duì)齊。如圖示500所示，服務(wù)器機(jī)架大約7英尺高并且包括12個(gè)節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)或稱計(jì)算節(jié)點(diǎn)是服務(wù)器)。要對(duì)其入口溫度分布進(jìn)行建模并且準(zhǔn)確保持的節(jié)點(diǎn)的高度(即，距離地面)大約 I.5英尺到大約6英尺。電源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別位于機(jī)架的頂部和底部。圖5中的數(shù)據(jù)清楚地顯示存在某種趨勢(shì)，其可用于建立基于知識(shí)的模型以及影響模型預(yù)測(cè)。如下所示，可使用基礎(chǔ)物理原理(更準(zhǔn)確地)來描述/表示這些趨勢(shì)。詳細(xì)而言，圖5中的所有溫度輪廓顯示了某種類型的“s形”行為-在底部和頂部具有平坦段。此行為此后稱為s曲線，其用于描述跨服務(wù)器機(jī)架入口的垂直溫度輪廓。注意，這個(gè)s曲線T(Z)還是機(jī)架的橫向位置的函數(shù)(T = f(x，y))，將在下文詳述。來自MMT和/或其他測(cè)量的半經(jīng)驗(yàn)趨勢(shì)(例如，流測(cè)量，其可以是或不是MMT過程的一部分)被用于導(dǎo)出熱輪廓(具有有限數(shù)目的參數(shù))的表示(降低的級(jí)數(shù))。參見下文。這些參數(shù)涉及數(shù)據(jù)中心的其他已知的物理狀況，例如機(jī)架位置、機(jī)架到A⑶的距離、機(jī)架高度、熱足跡、機(jī)架暴露程度、天花板高度、到最近地磚的距離、從ACU傳遞到服務(wù)器機(jī)架的氣流、服務(wù)器機(jī)架中的開口、服務(wù)器機(jī)架的功耗和氣流需求。MMT數(shù)據(jù)包括三維溫度分布T(x，y，z)。通常，MMT數(shù)據(jù)還包括數(shù)據(jù)中心的布局?jǐn)?shù)據(jù)，例如坐標(biāo)、所有機(jī)架的尺寸、天花板高度、墻壁、ACU等等。每個(gè)s曲線可以與機(jī)架相關(guān)。機(jī)架坐標(biāo)和尺寸是已知的。因此，可以確定這些坐標(biāo)如何與例如A⑶坐標(biāo)相關(guān)，因此稍后能夠回想什么參數(shù)導(dǎo)致了給定的曲線形狀。醒目顯示部分502還示出上部平坦段Th/天花板溫度的變化較低。參見下文詳述。這些s曲線的兩個(gè)示例性描述/表示在圖6和圖7中給出。這些表示的參數(shù)被填寫以建立知識(shí)庫(kù)。換言之，圖6是利用以下表示來表示s曲線的圖示600 y = (Th-Ti) /2. 0T (z) = Th-Y e xp (_ 3 I (z-ii ))對(duì)于 z > ii (I)T(Z) = T1-Ye xp(32(Z-iO)對(duì)于z彡ii其中z是到服務(wù)器機(jī)架底部的距離。在圖示600中，z畫在X軸上(以英尺測(cè)量)，并且入口空氣溫度畫在y軸上(以華氏度(°F )測(cè)量)。這些表示的參數(shù)是下部和上部平坦段(分別是T1和Th)，0 I和3 2因子是針對(duì)曲線的上部和下部的s形程度以及曲線在50%點(diǎn)處的斜率。參數(shù)y是到達(dá)中點(diǎn)(50%點(diǎn))的高度，即溫度增加(從Th到T1)的中點(diǎn)。例如，如果Th = 40且T1 = 20，參數(shù)U將給我們?cè)赥 = 30處的高度。這些參數(shù)將從知識(shí)庫(kù)獲得。換言之，如上所述，開始時(shí)這些參數(shù)用于填寫知識(shí)庫(kù)。例如與每個(gè)機(jī)架相關(guān)聯(lián)并且由此與每個(gè)參數(shù)集相關(guān)聯(lián)的氣流也被記錄。最終，開始創(chuàng)建參數(shù)如何隨氣流改變的知識(shí)庫(kù)，這將用于將來的“假設(shè)分析”情境，如下面進(jìn)一步討論的。如上所述，參數(shù)是1\、Th、P I、￠2和ii，z是變量，并且T是函數(shù)的輸出。圖7是基于以下方程呈現(xiàn)這些s曲線的另一(備選)示例性描述/表示的圖示700 T(Z) = T1 +^(2)在圖示700中，z畫在X軸上(以英尺測(cè)量)，并且入口空氣溫度Tinlrt畫在y軸上(以攝氏度測(cè)量(V))。盡管上述方程I允許s曲線的上部和下部的s行為的不對(duì)稱性，但是在此(在方程2中)該行為被忽略。log(xO)參數(shù)給出達(dá)到在下部平坦段和上部平坦段之間50%處的z值，并且以下方程給出50%處的斜率dT (z = log (x0)) /dz = p In (10) (Th-T1)
T1和Th可從實(shí)時(shí)測(cè)量獲得(ACT的排風(fēng)和回風(fēng)溫度)。A⑶的排風(fēng)溫度確定T1,因?yàn)樗还?yīng)到機(jī)架底部的空氣-而回風(fēng)溫度與Th有關(guān)，因?yàn)槠浯矸?wù)器機(jī)架頂部的溫度。數(shù)據(jù)中心熱輪廓(即，垂直溫度輪廓，例如圖5所示)則用s形曲線表示。曲線的斜率和50%點(diǎn)處代表再循環(huán)和機(jī)架的氣流特征。如下詳述，斜率和50%點(diǎn)可以與再循環(huán)“水平”和氣流特征有關(guān)。例如，如果服務(wù)器“需要”比通過穿孔磚供應(yīng)的更多空氣(通過服務(wù)器中的風(fēng)扇吸入)，則在機(jī)架的前方形成低壓，并且通常來自周圍區(qū)域的較溫暖空氣移動(dòng)到冷通道中。這將使50%點(diǎn)向較低值移動(dòng)(意味著50%點(diǎn)發(fā)生在更接近服務(wù)器機(jī)架的底部)。繼而將參數(shù)擬合(此處XO和p)作為機(jī)架位置的函數(shù)。如下詳述，參數(shù)XO和p將取決于機(jī)架在“哪里”。例如，在通道角落的機(jī)架更易于再循環(huán)，這意味著將發(fā)現(xiàn)低xO和可能較低的P值(例如參見下文描述的圖9)。注意，兩種表示(見圖6和圖7)都利用基本物理原理，其在下面詳解。兩種表示使用描述下部和上部平坦段的參數(shù)，以及代表在這些平坦段之間不同z高度的s曲線斜率的參數(shù)(例如，曲線在50%點(diǎn)處的斜率)。雖然在整個(gè)數(shù)據(jù)中心中都存在垂直溫度輪廓的S類型，但是這個(gè)S形概念在服務(wù)器入口的位置特別重要(因?yàn)樾枰谌肟趥?cè)保持溫度)。為了滿足系統(tǒng)可靠性，需要提供正確的入口溫度?，F(xiàn)在描述表示的參數(shù)。下部平坦段(Tffi* T1)由相應(yīng)的通風(fēng)道溫度分布Tp (x，y)(即，通風(fēng)道中的溫度分布表示提供給機(jī)架底部的穿孔磚處的空氣溫度)支配。用于計(jì)算通風(fēng)道溫度分布的簡(jiǎn)單概念例如在如下文獻(xiàn)中描述美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146,852 ;標(biāo)題為“Methods and Techniques for Creating and Visualizing Thermal Zones，，、代理機(jī)構(gòu)卷號(hào)為Y0R920090157US1的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)(此后稱為代理卷號(hào)Y0R920090157US1)，在此通過引用并入其內(nèi)容；以及美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146,952。然而一般地，注意到通風(fēng)道溫度分布可用多種方法和/或這些方法的組合來計(jì)算/估計(jì)。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，使用來自(優(yōu)選地)每個(gè)ACU和/或通風(fēng)道溫度傳感器測(cè)量的(優(yōu)選地，實(shí)時(shí))排風(fēng)溫度的標(biāo)準(zhǔn)插值技術(shù)(反距離加權(quán)、空間kriging等)。在另一示例性實(shí)施方式(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))中，可使用CFD計(jì)算(優(yōu)選二維而不是三維，因?yàn)槎S計(jì)算執(zhí)行地更快)，如美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/146，852以及代理卷號(hào)Y0R920090157US1描述。這些計(jì)算的邊界狀況可從測(cè)量(優(yōu)選，實(shí)時(shí))的溫度和氣流值獲得。特別地，氣流值可從氣壓測(cè)量導(dǎo)出(優(yōu)選地，實(shí)時(shí))。與磚流阻抗(或者說打空磚對(duì)空氣的阻力)相結(jié)合并且在知道壓力差(通風(fēng)道和上升流之間的壓力差)的情況下，可以計(jì)算氣流值(以及由此計(jì)算用于邊界的輸入值，從而求解物理方程)。下部平坦段也可以使用方程3而從上部平坦段計(jì)算，如下所述(即，可以從Th獲得T1，反之亦然，參見下文)。注意，可使用其他技術(shù)確定1\。例如，可以根據(jù)知識(shí)庫(kù)之間將T1設(shè)置為常數(shù)，對(duì)于典型的數(shù)據(jù)中心，其可以是大約60 T。60 T通常是機(jī)房A⑶的缺省值。通風(fēng)道溫度分布Tp(x，y)確定磚排風(fēng)溫度。理想情況下，穿孔磚放置在服務(wù)器機(jī)架的入口側(cè)，并且由此可以(直接)使特定服務(wù)器入口位置處的通風(fēng)道溫度等于但是通常，服務(wù)器入口位置和最近的穿孔磚之間存在一定的距離。在此使用知識(shí)庫(kù)，其將T1與最近的(或最近的一組)穿孔磚相關(guān)聯(lián)，這例如是通過T1 = Tp*t，其中t取決于該距離，并且還可能取決于服務(wù)器機(jī)架入口位置與最近的一塊或一組穿孔磚之間的氣流。在一個(gè)特定示例性實(shí)施方式中，來自穿孔磚的氣流利用核函數(shù)進(jìn)行卷積(例如,Lorentzian函數(shù),其具有I/距離相關(guān)性)。 上部平坦段(1^或Th)由數(shù)據(jù)中心的相應(yīng)天花板溫度支配。如圖5(上述)的醒目顯示部分502所示，上部平坦段Th/天花板溫度的變化較低(這意味著不同輪廓的Th值小于+/_2°C，還參見下文描述的圖9)。這個(gè)平坦段可通過以下方法中任何一個(gè)或組合而估計(jì)。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，使用來自(優(yōu)選地)每個(gè)ACU的測(cè)量的(優(yōu)選地，實(shí)時(shí))回風(fēng)溫度的標(biāo)準(zhǔn)插值技術(shù)(反距離加權(quán)、空間kirging等)和/或天花板溫度傳感器。僅通過舉例，利用反距離方法，例如，對(duì)于三維的情況權(quán)重
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)數(shù)據(jù)中心中的熱分布進(jìn)行建模的方法，包括步驟 獲得所述數(shù)據(jù)中心中的多個(gè)位置的垂直溫度分布數(shù)據(jù)； 將每個(gè)所述位置的所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)繪制為S曲線，其中所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)所述位置處的物理狀況，其通過所述S曲線的形狀來反映；以及 利用表征所述S曲線的形狀的參數(shù)集來表示每個(gè)所述S曲線，其中S曲線表示構(gòu)成預(yù)定義S曲線類型的知識(shí)庫(kù)模型，以供分析所述數(shù)據(jù)中心中的所述多個(gè)位置的熱分布以及相關(guān)聯(lián)的物理狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述熱分布數(shù) 據(jù)使用移動(dòng)測(cè)量技術(shù)(MMT)獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述參數(shù)包括以下一個(gè)或多個(gè)所述s形曲線的下部平坦段，所述S形曲線的上部平坦段，所述S形曲線的上部中的S形程度，所述S形曲線的下部中的S形程度，以及到達(dá)所述S形曲線的中點(diǎn)處的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述參數(shù)集還包括描述所述數(shù)據(jù)中心中的特定位置的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，對(duì)于所述特定位置，所述s形曲線是所述垂直溫度分布的圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)中心包括服務(wù)器機(jī)架以及具有一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)空氣調(diào)節(jié)單元的活動(dòng)地板冷卻系統(tǒng)，其配置用于從所述服務(wù)器機(jī)架吸入熱空氣以及將經(jīng)冷卻的空氣排出到下層地板通風(fēng)道，所述經(jīng)冷卻的空氣通過所述活動(dòng)地板中的多個(gè)穿孔磚被遞送到所述服務(wù)器機(jī)架。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括步驟 獲得所述數(shù)據(jù)中心中的一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器機(jī)架中的每一個(gè)服務(wù)器機(jī)架的空氣入口側(cè)的垂直溫度分布數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述物理狀況包括以下一個(gè)或多個(gè)所述數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器機(jī)架位置，服務(wù)器機(jī)架與空氣調(diào)節(jié)單元的距離，服務(wù)器機(jī)架高度，熱足跡，服務(wù)器機(jī)架暴露程度，天花板高度，到最近地磚的距離，從所述空氣調(diào)節(jié)單元遞送到所述服務(wù)器機(jī)架的氣流，所述服務(wù)器機(jī)架中的開口，所述服務(wù)器的功耗，以及所述服務(wù)器機(jī)架的氣流需求。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)針對(duì)時(shí)刻T= O而獲得，所述方法還包括步驟 針對(duì)時(shí)刻T = I獲得實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，其中所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的空間密集度小于針對(duì)時(shí)刻T=O獲得的所述數(shù)據(jù)；以及 將所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)插值到針對(duì)時(shí)刻T = 0獲得的所述數(shù)據(jù)，以獲得所述多個(gè)位置的更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括步驟 將針對(duì)每個(gè)所述位置的所述更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)繪制為s曲線，其中所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)所述位置處的更新的物理狀況，其由所述s曲線的形狀反映；以及 將更新的S曲線與所述知識(shí)庫(kù)模型中的所述預(yù)定義S曲線類型匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括步驟 基于相似的參數(shù)對(duì)所述預(yù)定義S曲線類型進(jìn)行分組。
11.一種用于對(duì)數(shù)據(jù)中心中的熱分布進(jìn)行建模的產(chǎn)品，包括機(jī)器可讀介質(zhì)，其包含一個(gè)或多個(gè)程序，當(dāng)所述程序被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法的步驟。
12.一種用于對(duì)數(shù)據(jù)中心中的熱分布進(jìn)行建模的裝置，所述裝置包括 存儲(chǔ)器；以及 至少一個(gè)處理器設(shè)備，耦合到所述存儲(chǔ)器，操作用于 獲得所述數(shù)據(jù)中心中的多個(gè)位置處的垂直溫度分布數(shù)據(jù)； 將每個(gè)所述位置的垂直溫度分布數(shù)據(jù)繪制為s曲線，其中所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)所述位置處的物理狀況，其由所述s曲線的形狀反映；以及 利用表征所述s曲線的形狀的參數(shù)集來表示每個(gè)所述s曲線，其中s曲線表示構(gòu)成預(yù)定義s曲線類型的知識(shí)庫(kù)模型，以供分析所述數(shù)據(jù)中心中的所述多個(gè)位置的熱分布以及相關(guān)聯(lián)的物理狀況。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述數(shù)據(jù)中心包括服務(wù)器機(jī)架以及具有一個(gè)或 多個(gè)計(jì)算機(jī)空氣調(diào)節(jié)單元的活動(dòng)地板冷卻系統(tǒng)，其配置用于從所述服務(wù)器機(jī)架吸入熱空氣以及將經(jīng)冷卻的空氣排出到下層地板通風(fēng)道，所述經(jīng)冷卻的空氣通過所述活動(dòng)地板中的多個(gè)穿孔磚被遞送到所述服務(wù)器機(jī)架。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述至少一個(gè)處理器設(shè)備還操作用于 獲得所述數(shù)據(jù)中心中的一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器機(jī)架中的每一個(gè)服務(wù)器機(jī)架的空氣入口側(cè)的垂直溫度分布數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)針對(duì)時(shí)刻T= O而獲得，并且其中所述至少一個(gè)處理器設(shè)備還操作用于 獲得針對(duì)時(shí)刻T = I的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，其中所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的空間密集度小于針對(duì)時(shí)刻T = O而獲得的所述數(shù)據(jù)；以及 將所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)插值到針對(duì)時(shí)刻T = 0而獲得的所述數(shù)據(jù)，以獲得所述多個(gè)位置的更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述至少一個(gè)處理器設(shè)備還操作用于 將針對(duì)每個(gè)所述位置的所述更新垂直溫度分布數(shù)據(jù)繪制為s曲線，其中所述垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)所述位置處的更新的物理狀況，其由所述s曲線的形狀反映；以及將更新的S曲線與所述知識(shí)庫(kù)模型中的所述預(yù)定義S曲線類型匹配。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述至少一個(gè)處理器設(shè)備還操作用于 基于相似的參數(shù)對(duì)所述預(yù)定義s曲線類型進(jìn)行分組。
全文摘要
提供了用于數(shù)據(jù)中心分析的技術(shù)。在一個(gè)方面，提供了一種對(duì)數(shù)據(jù)中心中的熱分布進(jìn)行建模的方法。該方法包括以下步驟。針對(duì)數(shù)據(jù)中心中的多個(gè)位置獲得垂直溫度分布數(shù)據(jù)。將每個(gè)位置的垂直溫度分布數(shù)據(jù)繪制成s曲線，其中垂直溫度分布數(shù)據(jù)反映每個(gè)位置處的物理狀況，其由s形曲線的形狀反映。利用表征s形曲線的形狀的參數(shù)集來表示每個(gè)s曲線，其中s曲線表示構(gòu)成預(yù)定義s曲線類型的知識(shí)庫(kù)模型，可據(jù)此分析數(shù)據(jù)中心中的多個(gè)位置的熱分布以及相關(guān)聯(lián)的物理狀況。
文檔編號(hào)G06G7/56GK102741833SQ201080035628
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者H·F·哈曼, R·勞埃德, 閔萬里 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司