智能PDU助力IDC數(shù)據(jù)中心碳中和

讓機(jī)架配電更靈活,讓數(shù)據(jù)中心更節(jié)能
　　
　　隨著移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等的大力發(fā)展，作為信息的重要載體，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（InternetDataCenter，簡(jiǎn)稱IDC）迎來(lái)一波新的建設(shè)浪潮。數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模迅速增長(zhǎng)，其能源消耗和運(yùn)營(yíng)成本問(wèn)題日益突出。面對(duì)日益增長(zhǎng)的能源消耗，綠色數(shù)據(jù)中心越來(lái)越受到人們的關(guān)注，各種常見(jiàn)的節(jié)能減排和能效提升的技術(shù)手段也得到了日益普遍的應(yīng)用。然而由于能效監(jiān)控管理的不完善，設(shè)備的不夠智能化及缺乏聯(lián)動(dòng)協(xié)同等原因，能效的管理和優(yōu)化還存在一些盲點(diǎn)，尚處在比較初級(jí)的階段。傳統(tǒng)的IDC機(jī)房建設(shè)模式，機(jī)柜內(nèi)部采用常規(guī)的PDU（帶電源指示燈和若干數(shù)量的IEC或者國(guó)標(biāo)插座，PDU本身不帶電流、電壓、電量監(jiān)測(cè)功能）。
　　
　　現(xiàn)智能PDU以數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)理念，在原有節(jié)能減排的技術(shù)手段基礎(chǔ)上，對(duì)IDC機(jī)柜內(nèi)常規(guī)、傳統(tǒng)的電源分配單元（PDU）提出高集成度、高精度、高顆粒度的產(chǎn)品設(shè)計(jì)建議，內(nèi)置電流監(jiān)測(cè)模塊、溫度傳感器、濕度傳感器、其他傳感器（例如消防煙霧、門禁、資產(chǎn)定位）等，并采用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)形成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)精確到每一個(gè)機(jī)柜每一臺(tái)IT設(shè)備的電流、功耗數(shù)據(jù)讀取，并了解每一個(gè)機(jī)柜內(nèi)部IT設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，形成IDC數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控的新技術(shù)和新設(shè)備，進(jìn)一步提高IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房能效管理水平，為數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排和能效優(yōu)化注入了一股新鮮的力量。
　　

一、IDC數(shù)據(jù)中心節(jié)能管理發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　對(duì)IDC數(shù)據(jù)中心節(jié)能管理需求，主要包括兩個(gè)方面，能源檢測(cè)管理功能、環(huán)境檢測(cè)管理功能。
　　
　　對(duì)能耗的節(jié)能優(yōu)化主要依靠對(duì)每個(gè)機(jī)房、每列機(jī)柜、每個(gè)機(jī)柜、每臺(tái)設(shè)備的電力消耗監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的精確控制。最直接的節(jié)電方式就是發(fā)現(xiàn)那些低功耗或閑置或休眠的機(jī)柜或IT設(shè)備，重新調(diào)整規(guī)劃，重新分配工作任務(wù)。及時(shí)有效的了解IT設(shè)備、PDU輸出、機(jī)架、分支電路的電源、電流、電壓、溫度、濕度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將有助IDC數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理人員改善數(shù)據(jù)中心供電的有效性，了解每臺(tái)IT設(shè)備的工作效率，追蹤管理那些低功耗或閑置或休眠的IT設(shè)備。
　　
　　1、能源監(jiān)測(cè)管理
　　
　　能源監(jiān)測(cè)管理需要在IDC機(jī)房?jī)?nèi)建立用電測(cè)量機(jī)制，通過(guò)加裝智能電表等傳感裝置，對(duì)機(jī)房中各類設(shè)備的用電量進(jìn)行采集、記錄、分析和評(píng)價(jià)，以便及時(shí)、準(zhǔn)確及全面了解機(jī)房主設(shè)備、配套設(shè)備等各部分用電情況，評(píng)估機(jī)房能源利用效率，發(fā)現(xiàn)影響能效的主要問(wèn)題，并在機(jī)房節(jié)能方案實(shí)施后對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)估。
　　
　　能耗測(cè)量級(jí)別是考查機(jī)房能耗測(cè)量的深入和細(xì)致程度。按照級(jí)別由低到高可以分為L1-L3共三個(gè)級(jí)別。
　　
　　目前機(jī)房傳統(tǒng)的能耗測(cè)量，通過(guò)在機(jī)房?jī)?nèi)每列機(jī)柜列頭布置電源列頭柜，每個(gè)機(jī)柜內(nèi)布置傳統(tǒng)PDU；在電源列頭柜內(nèi)配置多功能數(shù)顯表，并配置智能接口，將電源列頭柜所有輸出分路電壓、電流和電度值等數(shù)據(jù)輸出至監(jiān)控中心能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；也即是對(duì)電源列頭柜內(nèi)輸出分路連接到機(jī)柜內(nèi)的PDU的電壓、總電流、總功耗進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)精確到單個(gè)機(jī)柜的能耗測(cè)量，即目前機(jī)房能耗測(cè)量可實(shí)現(xiàn)L3級(jí)別，但無(wú)法了解到PDU上每一位插座所連接的一臺(tái)設(shè)備的能耗。
　　
　　為了進(jìn)一步提高測(cè)量精細(xì)度，細(xì)化測(cè)量粒度，智能PDU進(jìn)線端集成電流監(jiān)控模塊，采樣測(cè)量每一位插座的電流、功耗等等，實(shí)現(xiàn)精確到機(jī)柜內(nèi)每一臺(tái)設(shè)備的電流、功耗監(jiān)測(cè)。
　　
　　2、環(huán)境監(jiān)測(cè)管理
　　
　　IDC機(jī)房規(guī)模越來(lái)越大，消耗的電能、空調(diào)冷量也越來(lái)越多，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境的要求更是越來(lái)越高。機(jī)房環(huán)境中的高溫、低溫或溫度快速波動(dòng)都會(huì)影響設(shè)備板卡的電子和物理特性，造成運(yùn)行故障。所以需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IDC機(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度、反饋調(diào)節(jié)并消除機(jī)房局部溫度過(guò)高或過(guò)低等問(wèn)題。
　　
　　目前機(jī)房傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)，通過(guò)在機(jī)房?jī)?nèi)的分布式安裝溫度傳感器、濕度傳感器，進(jìn)行組網(wǎng)并采集數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送至監(jiān)控中心。將機(jī)房?jī)?nèi)的溫度、濕度等分布情況反映在監(jiān)控中心機(jī)房2D/3D視圖上，從而了解機(jī)房IT設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)局部過(guò)熱、過(guò)冷、過(guò)濕、過(guò)干等區(qū)域進(jìn)行定位處理。
　　
　　傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要在建設(shè)階段，在機(jī)房?jī)?nèi)均勻選取合適的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行傳感器安裝、電源線和信號(hào)線布放，形成組網(wǎng)，工程實(shí)施繁瑣；傳感器內(nèi)置電池需定期更換，增大了運(yùn)營(yíng)維護(hù)的工作量；傳感器通常布置在機(jī)柜熱通道或冷通道內(nèi)，每通道2～3個(gè)，即實(shí)現(xiàn)通道級(jí)別的環(huán)境監(jiān)測(cè)。
　　
　　為了進(jìn)一步提高測(cè)量精細(xì)度，細(xì)化測(cè)量粒度，PDU殼體內(nèi)集成溫度、濕度、其他傳感器（例如消防煙霧、門禁、資產(chǎn)定位）等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一個(gè)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境情況。
　　
二、智能PDU研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
　　
　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外PDU廠家，在產(chǎn)品研發(fā)方面，積極開(kāi)展科技創(chuàng)新。常規(guī)的PDU為了滿足IDC數(shù)據(jù)中心的各種應(yīng)用需求，除了要提供防雷防浪涌、過(guò)載保護(hù)器等功能以外，昌遂從不同的研究方向?yàn)闈M足不同的市場(chǎng)需求，逐步開(kāi)發(fā)出了具備通訊功能、傳感器檢測(cè)功能、遠(yuǎn)程管理控制等智能化功能的各種智能PDU產(chǎn)品。
　　
　　1、 電流監(jiān)測(cè)模塊
　　
　　通過(guò)在傳統(tǒng)的PDU進(jìn)線端集成電流監(jiān)控模塊，對(duì)PDU總進(jìn)線電流、每一位分路插座的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)柜內(nèi)IT設(shè)備的供配電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)精確到插座級(jí)的監(jiān)測(cè)。
　　
　　其中電流監(jiān)測(cè)模塊可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成不同的樣式，并內(nèi)置數(shù)字顯示器，顯示電流、電流，對(duì)達(dá)到電流閾值的電流還可以設(shè)置預(yù)警功能。
　　
　　2、 遠(yuǎn)程管理模塊
　　
　　在集成電流監(jiān)測(cè)模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊后，形成物聯(lián)網(wǎng)，繼而通過(guò)TCP/IP模式實(shí)現(xiàn)對(duì)所有PDU進(jìn)行管理，開(kāi)發(fā)WEB管理頁(yè)面，通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)對(duì)各機(jī)房機(jī)柜內(nèi)IT設(shè)備的電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理。
　　
三、智能PDU的主要功能結(jié)構(gòu)
　　
　　本文擬提出結(jié)合目前已有的智能PDU的電流監(jiān)測(cè)模塊、溫控管理模塊、遠(yuǎn)程管理模塊，并進(jìn)一步提高集成度，在PDU殼體內(nèi)集成溫度傳感器、濕度傳感器等等，形成物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理。
　　
　　1、 電力監(jiān)測(cè)
　　
　　監(jiān)測(cè)對(duì)象：對(duì)機(jī)柜內(nèi)PDU每一位插座的供配電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
　　監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)：將為機(jī)柜內(nèi)PDU供電的線路與電流監(jiān)測(cè)采集模塊相連；實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)機(jī)柜內(nèi)每一臺(tái)IT設(shè)備供電的電流、電壓等。
　　
　　2、 溫濕度監(jiān)測(cè)
　　
　　監(jiān)測(cè)對(duì)象：對(duì)機(jī)柜內(nèi)各分段區(qū)域的溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
　　監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)：將溫度傳感器、濕度傳感器集成在PDU殼體內(nèi)，按機(jī)柜高度分為上中下三個(gè)區(qū)段，分別安裝傳感器，傳感器支持RS485串口，可以設(shè)置地址碼，每個(gè)傳感器上面有液晶屏顯示，在多個(gè)傳感器之間用4芯線串接，再通過(guò)有線采集單元的串口連接，系統(tǒng)通過(guò)傳感器不同的地址碼來(lái)區(qū)別每個(gè)位置的傳感器；實(shí)時(shí)顯示溫度傳感器、濕度傳感器所在位置的溫度、濕度變化情況。
　　
　　3、 煙霧監(jiān)測(cè)
　　
　　監(jiān)測(cè)對(duì)象：對(duì)機(jī)柜內(nèi)的煙霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)：在機(jī)柜PDU殼體內(nèi)布置煙霧傳感器，通過(guò)有線或無(wú)線采集單元形成物聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)機(jī)柜內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備起火時(shí)，會(huì)立即報(bào)警；實(shí)時(shí)監(jiān)控各區(qū)域煙霧報(bào)警狀態(tài)。
　　
　　4、 門磁監(jiān)測(cè)
　　
　　監(jiān)測(cè)對(duì)像：對(duì)機(jī)柜門實(shí)施開(kāi)關(guān)進(jìn)出管理。
　　監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)：通過(guò)加裝門磁傳感器，將其連接匯總到PDU的數(shù)據(jù)采集單元的接口上；實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)機(jī)柜門的狀態(tài)。
　　
　　5、WEB管理平臺(tái)
　　
　　智能PDU的WEB管理平臺(tái)主要體現(xiàn)三方面特點(diǎn)：遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制。
　　遠(yuǎn)程管理：通過(guò)TCP/IP模式實(shí)現(xiàn)管理，WEB管理頁(yè)面直觀方便，可設(shè)置用戶密碼；通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)可對(duì)各機(jī)房機(jī)柜內(nèi)多臺(tái)設(shè)備的電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理。
　　遠(yuǎn)程監(jiān)控：實(shí)施故障監(jiān)控、記錄、報(bào)警；可測(cè)量電壓、電流、電能、功率；在PDU殼體內(nèi)置集成電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、腐蝕性氣體濃度監(jiān)測(cè)傳感器、門磁監(jiān)測(cè)等等，并可對(duì)電壓、電流、溫度、濕度超出設(shè)定范圍本地告警。
　　
　　遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程喚醒，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備斷電后無(wú)需去現(xiàn)場(chǎng)按電源按鈕，直接通過(guò)PDU喚醒重啟。
　　
　　6、 其他智能功能
　　
　　此外，還可通過(guò)內(nèi)置其他控制電路使得PDU具備其他智能功能。
　　定時(shí)功能：定時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)備電源，可降低機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的使用率，延長(zhǎng)其使用壽命。
　　延時(shí)順序開(kāi)機(jī)：每路通道支持延時(shí)順序加電，避免設(shè)備同加電給電源和設(shè)備本身帶來(lái)沖擊。
　　多功能性：針對(duì)TCP/IP協(xié)議提供常用網(wǎng)絡(luò)工具。
　　可靠性：用戶實(shí)時(shí)控制無(wú)需斷電重啟設(shè)備，避免某些設(shè)備因斷電引起不必要的麻煩。
　　
　　智能PDU采用傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)等多種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，可通過(guò)WEB瀏覽器或命令行界面遠(yuǎn)程控制，開(kāi)展PDU級(jí)和各個(gè)插座級(jí)的功率計(jì)量，以了解每一個(gè)機(jī)柜內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)備和IT設(shè)備的電能消耗情況；可以設(shè)定基于用戶定義的閾值的警報(bào)；可以嚴(yán)格密碼、身份驗(yàn)證、授權(quán)和加密的方式提供安全性；切換設(shè)備的所有功能（遠(yuǎn)程加電/斷電功能、插座級(jí)的切換和順序加電），并提供實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)功能；為運(yùn)維管理人員提供一套完整的在數(shù)據(jù)中心用電和環(huán)境的監(jiān)控管理解決方案。
　　
四、 智能PDU技術(shù)展望
　　
　　智能PDU為數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理人員提供了提高運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)率和電力供應(yīng)效率所需的控制。方便管理人員可從任何地方通過(guò)Web瀏覽器遠(yuǎn)程重新啟動(dòng)服務(wù)器和IT設(shè)備，以提高運(yùn)行時(shí)間和工作效率。精細(xì)化管理，智能電源管理解決方案的遠(yuǎn)程電源解決方案簡(jiǎn)化了對(duì)數(shù)據(jù)中心的電力資源的訪問(wèn)和控制。使IT管理員和設(shè)備管理者能夠改善系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和提高員工工作效率，從而更高效地制定生產(chǎn)規(guī)劃，以及有效利用能源，以節(jié)省電能和成本。智能PDU還能追蹤各類環(huán)境傳感器收集到的數(shù)據(jù)中心溫度、濕度、煙霧、門禁等信息。
　　
　　目前智能PDU擁有以下六大好處：
　　
　　PDU安裝在IT設(shè)備機(jī)架上，有效地提高運(yùn)行時(shí)間和員工工作效率，可從世界上任何地方通過(guò)Web瀏覽器遠(yuǎn)程重新啟動(dòng)服務(wù)器和IT設(shè)備，以提高運(yùn)行時(shí)間和工作效率。
　　
　　插座級(jí)監(jiān)控可確定對(duì)IT設(shè)備的一些簡(jiǎn)單調(diào)整，以在機(jī)架之間平衡電力供應(yīng)需求。使用PDU級(jí)監(jiān)控，可以很容易地設(shè)置閾值，由此能夠得知何時(shí)接近電流限制。同時(shí)還使用插座級(jí)監(jiān)視，從而確定需要更換的設(shè)備，以保證安全。
　　
　　調(diào)整數(shù)據(jù)中心時(shí)，溫度傳感和環(huán)境配置文件非常重要，可導(dǎo)致違反常規(guī)的溫度變化。智能PDU可幫助確保正確的空氣流動(dòng)模式，以優(yōu)化機(jī)架級(jí)的溫度效率。用戶可配置插座級(jí)延遲，可實(shí)現(xiàn)順序加電，以防止電路在IT設(shè)備出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)跳閘。保持電源插座斷開(kāi)或僅在需要時(shí)打開(kāi)，可防止IT設(shè)備插入重負(fù)載電路或電流斷路器有跳閘危險(xiǎn)的電路。
　　
　　通過(guò)結(jié)合使用插座級(jí)電源監(jiān)控和趨勢(shì)分析，可分別監(jiān)控各服務(wù)器，一直以峰值功率30%運(yùn)行的服務(wù)器是虛擬化或即將退役的候選服務(wù)器。
　　
　　遠(yuǎn)程電力循環(huán)可節(jié)省成本，因?yàn)?/span>IT管理人員可迅速重新啟動(dòng)掛起或崩潰的服務(wù)器和IT設(shè)備，而且不會(huì)產(chǎn)生站點(diǎn)訪問(wèn)費(fèi)用。
　　
　　常見(jiàn)數(shù)據(jù)中心錯(cuò)誤是過(guò)度冷卻IT設(shè)備。過(guò)熱可縮短IT設(shè)備壽命或?qū)е略O(shè)備故障，但過(guò)度冷卻不會(huì)延長(zhǎng)設(shè)備壽命，也不會(huì)浪費(fèi)能源。溫度和濕度感應(yīng)器幫助數(shù)據(jù)中心管理人員優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)和濕潤(rùn)作用設(shè)置，提高效率。這些基本節(jié)能功能可以在保障機(jī)房安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將節(jié)省現(xiàn)有機(jī)房30%以上的能耗，同時(shí)使機(jī)房的管理更加精細(xì)化，管理更加集中。
　　
　　智能PDU的高集成度、高精度、高顆粒度的產(chǎn)品設(shè)計(jì)建議，將傳統(tǒng)PDU與電流、功耗、溫度、濕度、煙霧、空氣腐蝕性其他濃度、門禁等監(jiān)測(cè)傳感器集成在一起，形成智能物聯(lián)網(wǎng)，并將測(cè)量顆粒度從每一列機(jī)柜精確到每一個(gè)機(jī)柜，并能替代數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)；通過(guò)將監(jiān)控系統(tǒng)與其他配套系統(tǒng)形成互動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)IT設(shè)備的供配電、運(yùn)行環(huán)境的智能追蹤、智能控制。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)超大規(guī)模、高度集中的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)運(yùn)維管理面臨著巨大的考驗(yàn)，物聯(lián)網(wǎng)智能PDU能夠有效降低設(shè)備維護(hù)、維修、操作和IT支持的運(yùn)維成本，提升運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的產(chǎn)品或服務(wù)的價(jià)值。
　　
五、 結(jié)束語(yǔ)
　　
　　IDC機(jī)房?jī)?nèi)每個(gè)機(jī)柜均配備PDU，若能在PDU上集成溫度、濕度傳感器、電流計(jì)量、插座監(jiān)測(cè)模塊，將減少兩套子系統(tǒng)建設(shè)的工程量，有助于對(duì)IDC數(shù)據(jù)中心形成精確到機(jī)柜插座級(jí)別的能耗監(jiān)測(cè)和精確到機(jī)柜的溫濕度環(huán)境監(jiān)控，有助于IDC數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理。
　　
　　對(duì)常規(guī)PDU提出高集成度產(chǎn)品設(shè)計(jì)建議，內(nèi)置溫度、濕度傳感器、其他傳感器（例如消防煙霧、門禁、資產(chǎn)定位）等，并采用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)形成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取，形成IDC數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控、能耗監(jiān)控的新技術(shù)和新設(shè)備，以提高IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房能效管理水平，起到節(jié)能減排作用。