云計算中心EEUE能效監(jiān)測系統(tǒng)設計*

許 曉 萍

(福州職業(yè)技術學院, 福建 福州 350108)

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)、云計算與人工智能等新技術廣泛應用,數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量呈高速發(fā)展趨勢,其能耗高、能效低的問題也日益凸顯。據(jù)測算,我國數(shù)據(jù)中心的總能源消耗量五年內(nèi)將翻一番[1]。提高能源利用效率將顯著節(jié)約能源消耗量、減少碳排放,這已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心建設的重要內(nèi)容。

目前,國內(nèi)外普遍采用電能利用效率(PUE)作為數(shù)據(jù)中心能效評價指標,但PUE未考慮數(shù)據(jù)中心安全等級、氣候條件、IT設備負荷率等影響因素,無法對不同數(shù)據(jù)中心能效直接進行比較。因此,2016年我國發(fā)布的GB/T 32910.3—2016《數(shù)據(jù)中心資源利用第3部分:電能能效要求和測量方法》提出了電能使用效率(EEUE)指標[2-3],該指標參照PUE并結(jié)合我國實際情況來調(diào)整能源效率值,形成全國范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心能效的統(tǒng)一比較標準。因此,本文采用EEUE指標構(gòu)建云計算中心能效監(jiān)測系統(tǒng),并對照GB/T 32910.3—2016國家標準進行能耗數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計分析和電能使用效率值的計算,科學評價云計算中心電能能效等級。

1 EEUE能效評價指標

數(shù)據(jù)中心是提供網(wǎng)絡信息處理、計算、存儲、交互等服務的場所,內(nèi)部由信息設備(即IT設備)、制冷系統(tǒng)、UPS與供配電系統(tǒng)、照明及其他系統(tǒng)構(gòu)成[4]。根據(jù)GB/T 32910.3—2016,EEUE指標實測值為數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設備能耗的比值,計算公式如式(1)所示:

(1)

式中:ETotal——數(shù)據(jù)中心總能耗;

EIT——IT設備能耗。

在此基礎上,引入EEUE調(diào)整值,對不同數(shù)據(jù)中心所處地區(qū)的氣候條件、IT設備負荷率、數(shù)據(jù)中心安全等級和制冷技術等影響因素進行量化[5],據(jù)此對EEUE實測值進行補償?shù)玫紼EUE修正值,從而將不同數(shù)據(jù)中心能效調(diào)整到統(tǒng)一的比較標準。EEUE修正值計算公式如式(2)所示:

EEUE修正值=EEUE實測值-EEUE調(diào)整值

(2)

其中,EEUE調(diào)整值大小通過查找GB/T 32910.3—2016國家標準進行確定。EEUE調(diào)整值如表1所示。

表1 EEUE調(diào)整值

經(jīng)過上述調(diào)整值計算得到的EEUE修正值,不僅是不同數(shù)據(jù)中心的能效比較依據(jù),也是數(shù)據(jù)中心電能能效等級的評價依據(jù),按其值大小可將數(shù)據(jù)中心分為5個等級。數(shù)據(jù)中心電能能效要求分級如表2所示。

2 EEUE能效監(jiān)測采集點

根據(jù)GB/T 32910.3—2016國家標準,在監(jiān)測數(shù)據(jù)中心EEUE能效指標時,應至少采集數(shù)據(jù)中心總能耗以及IT設備能耗,對能效監(jiān)控要求高的數(shù)據(jù)中心,還應對各主要系統(tǒng)的能耗分別采集,EEUE能效監(jiān)測能耗采集點分布如圖1所示。

表2 數(shù)據(jù)中心電能能效要求分級

圖1 EEUE能效監(jiān)測能耗采集點分布

在以下采集點安裝能耗監(jiān)測終端設備進行能耗數(shù)據(jù)的采集:

(1) 數(shù)據(jù)中心總能耗采集點應設置在變壓器的低壓側(cè),見圖1中的A點;

(2) 當機柜中PDU未安裝隔離變壓器時,IT設備能耗采集點應設置在UPS輸出端供電回路,見圖1中的B點;

(3) 當機柜中PDU安裝有隔離變壓器時,IT設備能耗采集點應設置在PDU輸出端供電回路,見圖1中的C點;

(4) 當機柜采用風扇進行輔助降溫時,IT設備能耗采集點應設置在IT設備負載供電回路,見圖1中的D點;

從整體上來看，農(nóng)民工返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)對其就地市民化有顯著影響。其中生存性創(chuàng)業(yè)質(zhì)量和成長性創(chuàng)業(yè)質(zhì)量每提高1個單位，其在價值觀念因子上的得分將分別提高1.228分和5.180分，在身份認同因子上的得分將分別提高3.070分和6.098分，在經(jīng)濟適應因子上的得分將分別提高1.045分和5.786分，在生活方式因子上的得分將分別提高1.678分和3.774分。這表明，農(nóng)民工在創(chuàng)業(yè)實踐過程中逐漸形成具有主動適應動機又具有主動適應能力的“主動型城市適應”模式[22]，從而導致返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)對其就地市民化有明顯的促進作用。

(5) 當IT設備能耗采集點為UPS輸出端供電回路且UPS的負載還包括UPS供電的制冷、泵時,IT設備能耗應扣除制冷和泵的能耗,即應扣除圖1中的B1點和B2點的能耗;

(6) 當配備柴油發(fā)電機時,數(shù)據(jù)中心總能耗應為圖1中的A點能耗加上柴油發(fā)電機對應的A1點;

(7) 此外,對制冷、照明及其他系統(tǒng)的能耗也分別進行采集,見圖1中的E1、E2和E3點。

3 云計算中心EEUE能效監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

本文以EEUE指標構(gòu)建云計算中心能效監(jiān)測系統(tǒng),云計算中心EEUE能效監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)包括現(xiàn)場設備層、數(shù)據(jù)傳輸層以及應用層?，F(xiàn)場設備層按圖1所示的采集點位置安裝能耗監(jiān)測終端設備,對主要用電系統(tǒng)進行能耗數(shù)據(jù)采集,包括IT設備、制冷系統(tǒng)、UPS與供配電系統(tǒng)、照明及其他系統(tǒng)等;數(shù)據(jù)傳輸層基于HPLC高速電力線載波通信和ZigBee無線通信技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳功能,與管理中心進行通信;應用層即管理中心,對采集到的能耗數(shù)據(jù)進行分析,分析能耗構(gòu)成,為節(jié)能活動提供依據(jù),計算得到EEUE值,評估云計算中心電能能效等級。

圖2 云計算中心EEUE能效監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

4 云計算中心EEUE能效計算基本流程

云計算數(shù)據(jù)中心EEUE能效計算的基本流程如下:

(1) 根據(jù)GB/T 32910.3—2016規(guī)定,選定云計算中心的能耗采集點,在相應回路安裝能耗監(jiān)測終端設備。

(2) 由各個終端的通信模塊、HPLC主站模塊以及上位機組成云計算中心通信網(wǎng)絡,實現(xiàn)現(xiàn)場終端與上位機管理中心的能耗信息交互功能。

(4) 上位機管理中心將采集到的能耗信息按照不同的能耗類別進行存儲、統(tǒng)計并計算得到EEUE實測值。

(5) 根據(jù)云計算中心的安全等級、氣候環(huán)境以及空調(diào)制冷形式在表1中查找這些影響因素對應的EEUE調(diào)整值。

(6) 根據(jù)采集的能耗數(shù)據(jù),計算云計算中心IT設備負荷使用率,并按照表1負荷使用率對應的區(qū)間范圍等比例進行換算,計算對應的EEUE調(diào)整值。

(7) 將云計算中心的EEUE實測值扣除步驟(5)與(6)中確定的EEUE調(diào)整值,得到EEUE修正值,并依據(jù)表2分析云計算中心的電能能效要求,確定能效等級。

5 云計算中心EEUE能效分析

由于制冷能耗是云計算中心除IT設備能耗外占比最大的能耗且隨季節(jié)性波動,一般以1 a為一個標準周期進行EEUE統(tǒng)計。因此,本文選擇東南沿海某云計算中心作為研究對象,采用本文提出的能耗監(jiān)測系統(tǒng)對云計算中心某一年的能耗數(shù)據(jù)進行采集,計算并分析其EEUE能效情況。

首先,根據(jù)云計算中心安全等級和氣候及空調(diào)制冷的實際情況,查找表1得到相應的EEUE調(diào)整值,東南某云計算中心影響因素調(diào)整值如表3所示。

表3 東南某云計算中心影響因素調(diào)整值

按月對云計算中心的EEUE能效進行分析,并計算,云計算中心全年負荷使用率變化如圖3所示。

圖3 云計算中心全年負荷使用率變化

表1給出的是負荷使用率分別為25%、50%、75%和100%情況下的EEUE調(diào)整值,在實際應用中,為方便計算,根據(jù)負荷使用率對應的區(qū)間范圍按比例進行換算,得到量化的、不同負荷使用率情況下的EEUE調(diào)整值。EEUE調(diào)整值計算公式如式(3)所示:

(3)

式中:LFIT——云計算中心負荷使用率。

根據(jù)式(3)計算出不同負荷使用率情況的EEUE調(diào)整值,根據(jù)式(2)計算最終的EEUE修正值,云計算中心全年EEUE能效分布圖如圖4所示。

圖4 云計算中心全年EEUE能效分布圖

當云計算中心建成后,所處區(qū)域氣候環(huán)境和安全等級就已經(jīng)固定,IT設備的負荷使用率成為EEUE能效影響最大的因素。根據(jù)圖3和圖4可知,該云計算中心經(jīng)過將負荷使用率等影響因素量化后,計算所得的EEUE修正值基本維持在1.5,云計算中心電能能效符合一級節(jié)能的要求。

6 結(jié) 語

本文設計了基于ZIGBEE與HPLC分層級物聯(lián)通信的云計算中心EEUE能效監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集云計算中心能耗數(shù)據(jù),便于分類統(tǒng)計云計算中心不同設備的能耗情況,為后續(xù)節(jié)能活動提供依據(jù);將不同數(shù)據(jù)中心所處地區(qū)的氣候條件、制冷技術、安全等級與IT設備負荷率等影響因素進行量化,從而將不同數(shù)據(jù)中心能效指標調(diào)整到統(tǒng)一的比較標準,科學評價數(shù)據(jù)中心電能能效要求。經(jīng)實際數(shù)據(jù)中心采集及其能耗指標計算,驗證了本文能耗監(jiān)測系統(tǒng)適用性。