用于预测数据中心瞬态冷却性能的系统和方法

专利名称：用于预测数据中心瞬态冷却性能的系统和方法
用于预测数据中心瞬态冷却性能的系统和方法背景发明领域根据本发明的至少一个实施方案中通常涉及数据中心管理和设计的系统和方法，并且更具体地涉及用于预测数据中心的瞬态冷却性能的系统和方法。相关技术的探讨响应于基于信息的经济的不断增长的需求，信息技术网络在全球范围内继续扩展。这种增长的一种表现形式是集中式网络数据中心。集中式网络数据中心通常由被配置在提供网络连接、功率和冷却能力的结构中的各种信息技术装置组成。通常，装置被容纳在被称为“机架”的专门的外壳中，其集成了这些连接、功率和冷却元件。在一些数据中心的配置中，这些行被组织成到热和冷通道中，以降低与冷却信息技术装置有关的费用。这些特点使数据中心以具有成本效益的方式来提供多种软件应用所需的计算能力。各种过程和软件应用，如可West Kingston, RI的美国电力转换公司(APC)获得的InfraStruXure 中心和运行管理产品，已经被开发来协助数据中心工作人员设计和维护高效和有效的数据配置。这些工具经常通过例如在安装之前设计数据中心结构和定位装置以及在建设和安装完成后重定位装置的活动，来指导数据中心的工作人员。因此，传统的工具集为数据中心的工作人员提供了标准化的和可预测的设计方法。
发明概要本发明的第一方面是针对一种由计算机实现的方法，用于评估数据中心的瞬态冷却性能。该方法包括从存储设备接收输入数据，该输入数据包括数据中心架构信息和操作数据；显示数据中心的模型；使用输入数据执行用于数据中心的实时瞬态冷却性能计算；并显示实时瞬态冷却性能计算的结果，其中该结果包括数据中心断电之后的数据中心的最高预测温度和/或冷却的运行时间。在该方法中，该结果可能包括在数据中心断电后的一时间段的数据中心的温度与时间的关系的图形表示。该方法还可包括比较数据中心的最高预测温度与阈值，以得到比较结果，并基于比较结果控制数据中心中的至少一个设备。该方法可还包括比较数据中心的最高预测温度和阈值，以得到比较结果，基于比较结果改变数据中心的设计参数，并使用改变的设计参数执行实时瞬态冷却性能计算的二次迭代。该方法还可以包括，检测数据中心中的至少一个冷却参数的变化，并使用至少一个冷却参数执行实时瞬态冷却性能计算的二次迭代。该方法可以包括比较数据中心的最高预测温度和阈值以获得比较结果，并基于比较结果为操作员提供警告。在该方法中，执行用于数据中心的实时瞬态冷却性能计算可以包括基于输入数据开发用于数据中心的能量平衡和热传导线性方程组，并产生用于能量平衡线性方程组中的多个温度变量中的每一个的符号表达式。该数据中心可以包括至少一个不间断电源，并且该方法还可包括基于比较结果改变冷却装置到不间断电源的连接。本发明的另外的方面针对用于评估数据中心的瞬态冷却性能的系统。该系统包括存储设备、显示器、控制器，所述控制器耦合到存储设备和显示器并被配置成:从存储装置接收输入数据的控制器，输入数据包括数据中心架构信息和操作数据；将数据中心的模型显示到显示器上；使用输入数据执行用于数据中心的实时瞬态冷却性能计算；并控制显示器来显示实时瞬态冷却性能计算的结果，其中该结果包括在数据中心断电后的数据中心的最高预测温度。在系统中，显示的结果可包括数据中心断电后的一时间段的数据中心温度与时间的关系的图形表示。该控制器还可以被配置来比较数据中心的最高预测温度和阈值，以获得比较结果，并基于比较结果控制数据中心中的至少一个设备。控制器还可以被配置成比较数据中心的最高预测温度和阈值，以获得比较结果，基于比较结果改变数据中心的设计参数，并使用改变的设计参数执行实时瞬态冷却性能计算的二次迭代。控制器还可以被配置成检测数据中心中的至少一个冷却参数的变化，并使用至少一个冷却参数执行实时瞬态冷却性能计算的二次迭代。该控制器还可以被配置成比较数据中心的最高预测温度和阈值，来获得比较结果，并基于比较结果为操作员提供警告。控制器还可以被配置成基于输入数据，通过产生能量平衡和热传导线性方程组来执行用于数据中心的实时瞬态冷却性能计算，并产生用于能量平衡线性方程组中的多个温度变量中的每一个的符号表达式。本发明的另外方面是针对具有其上存储的指令序列的计算机可读介质，指令序列包括导致处理器进行如下工作的指令:接收关于数据中心和包含在数据中心内的冷却系统的布局的输入数据，存储输入数据，控制显示器来显示数据中心的模型，使用输入数据执行用于数据中心的实时瞬态冷却性能计算，并控制显示器来显示实时瞬态冷却性能计算的结果O计算机可读介质还可以包括导致处理器确定断电之后数据中心的最高温度的指令。指令序列还可以包括如下指令:其将导致处理器比较数据中心的最高预测温度和阈值以得到比较结果，并基于比较结果控制数据中心中的至少一个设备。指令序列还可以包括如下指令:其将致使处理器比较数据中心的最高预测温度与阈值以获得比较结果，基于比较结果改变数据中心的设计参数，并使用改变的设计参数执行实时瞬态冷却性能计算的二次迭代。指令序列还可以包括如下指令:其将致使处理器比较数据中心的最高预测温度和阈值以获得比较结果，并基于比较结果为操作员提供警告。附图的简要说明附图并非旨在按照比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相同的数字表示。为清楚起见，不是每一个组件都可能被标记在每个图中。在附图中:

图1显示了示例性的计算机系统，利用该系统，符合本发明的各个方面可以被实现；图2示出包括实施方案的示例性的分布式系统；图3示出了在第一数据中心中的冷却系统的模型；图4示出了在第二数据中心中的冷却系统的模型；图5示出了根据一个实施方案的可以与计算机系统相结合地使用的输入屏幕；图6示出了根据一个实施方案的可以与计算机系统相结合地使用的结果屏幕；图7是根据一个实施方案的第一过程的流程图；以及
图8是根据一个实施方案的第二过程的流程图。详细说明根据本发明的至少一些实施方案涉及系统和过程，通过所述系统和过程，用户可以设计新的数据中心的配置，并分析、修改、管理和控制现有配置。这些系统可以通过允许用户创建数据中心配置的模型来促进这一活动，可以由数据中心配置的模型来确定性能指标。系统和用户可以使用这些性能指标，以确定满足不同设计目标的可替代的数据中心配置。另外，在至少一个实施方式中，系统提供实时的瞬态冷却预测用于数据中心装置的建议布局，并且还提供用于所安装的数据中心的瞬态冷却分析。如在2008 年 I 月 24 日提交的标题为 “System and Method for EvaluatingEquipment Rack Cooling”的美国专利申请号12/019109 (在本文中称为“‘109申请”)以及在 2006 年 I 月 27 日提交的标题为“Methods and Systems for Managing Facility Powerand Cooling”的美国专利申请号11/342300 (在本文中称为“‘300申请”)中所描述的，这两份申请被转让给本申请的受让人，因此，这两份申请的内容在此通过引用的方式全部并入本文，在现代数据中心的典型的装置机架在机架前将冷空气抽入，并将空气排出机架后部。装置机架和排列着的冷却器通常排列成行，以交替的正面/背面排列，在数据中心创建交替的热和冷通道，每行机架的前部面向冷通道，以及每行机架的后部面向热通道。被冷通道分隔的装置机架的相邻的行可以被称为冷通道群集，以及由热通道分隔的装置机架的相邻的行可以被称为热通道群集。对于本领域的普通技术人员容易明显的是，装置机架的行可能是热通道集群和冷通道集群部分。本文中的说明书和权利要求中，机架中的装置或机架本身可以被称为冷却用户，以及排列着的冷却单元和/或计算机房空调(CRAC)可以被称为冷却提供方。在所弓I用的应用中，工具被提供用于分析数据中心中的机架的群集的冷却性能。在这些工具中，多重分析可以在不同的布局上执行，以尝试优化数据中心的冷却性能。引用的应用中所描述的工具在分析数据中心的稳态冷却性能中是有效地。数据中心的瞬态冷却性能也是重要的。在典型的数据中心中，通常由具有特定的冗余水平的不间断电源(UPS)和应急发电机将电力供应提供到数据中心，以确保不间断的计算。然而，在大多数数据中心中，冷却系统在功率中断时将至少关闭很短的一段时间，以及敏感的被供电的电子设备可能会变得过热。在重要的数据中心中，发电机通常用于在延长断电期间为电子设备以及冷却系统供电，但在断电和启动发电机之间通常仍然存在一段时间，当电子设备由UPS操作时，冷却系统可能会被关闭。在现有系统中，在冷却中断期间，以及甚至当冷却最初恢复时，设施温度的变化通常是没有解决的问题，虽然该问题已经被认识到一段时间，如在Davar Ab1-Zadeh和PeterSamain 在 2001 年 2 月的“A Transient Analysis of Environemental Conditions for aMission Critical Facility after a Failure of Power” 中讨论的。在本文中描述的至少一些实施方案中，数据中心的冷却系统的瞬态冷却性能是基于所存储的冷却系统的冷却能力被分析的。系统存储的冷却能力受多个因素影响，包括风扇和任何UPS之间的功率连接和冷却水泵和UPS之间的功率连接、数据中心机房架构和特征、以及数据中心的冷却水存储容器的尺寸。在本发明的实施方案中，方法和工具被提供，以允许用户来估计所存储的冷却能力和关键任务设施的冷却运行时间。这些工具和方法可结合数据中心设计工具并结合数据中心管理工具使用。
根据本发明在本文中所公开的方面并不限于其应用于结构的细节、以及在以下的描述中提出的或附图中所示的组件的布置。这些方面能够假设其它实施方案，并以各种不同的方式被实行或被开展。本文中所提供的具体实现方式的实施例仅用于说明的目的，而不旨在进行限制。特别是，连同任何一个或多个实施方案所讨论的行为、元件和特征不旨在从任何其它实施方案的类似角色被排除。例如，根据本发明的一个实施方案，计算机系统被配置成执行本文所描述的任何功能，包括但不限于关于特定的数据中心配置的配置、建模和呈现信息。另外，在数据中心的实施方案中的计算机系统可能被用于在数据中心和诸如制冷机或冷却器的控制装置中自动地测量环境参数，以优化性能。此外，本文所述的系统可以被配置成包括或排除本文中所讨论的任何功能。因此，本发明并不限定于特定的功能或功能组。此外，本文所使用的措辞和术语是为了描述，并且不应该被认为是限制。本文中使用的“包括(including)”，“包含(comprising)”, “具有(having)”, “包含(containing)”, “包括(involving)” 及其变体意味着包括其后列出的项和其等同物以及额外的项。计算机系统本文中描述的根据本发明的各种不同方面和功能可以被实现为一个或多个计算机系统上的硬件或软件。有很多计算机系统的示例正在使用中。这些示例尤其包括网络应用、个人电脑、工作站、主机、网络客户端、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和网络服务器。计算机系统的其它示例可以包括诸如蜂窝电话和个人数字助理的移动计算装置、以及诸如负载平衡器、路由器和交换机的网络装置。此外，根据本发明的方面可以位于单个计算机系统，或可以在连接到一个或多个通信网络的多个计算机系统之间分布。例如，各种不同的方面和功能可以在一个或多个计算机系统之间分布，所述一个或多个计算机系统被配置成为一个或多个终端计算机提供服务，或作为分布式系统的部分执行整体任务。此外，所述方面可以在客户端-服务器或多层次系统被执行，其包括在一个或多个服务器系统之间分布的组件，其执行各种不同的功能。因此，本发明并不限定于在任何特定系统或系统组上执行。此外，方面可以以软件、硬件或固件或其任意组合被实现。因此，使用多个硬件和软件配置，根据本发明的方面可以被实现在方法、行为、系统、系统元件和组件中，并且本发明并不限定于任何特定的分布式架构、网络或通信协议。图1示出了分布式计算机系统100的框图，其中符合本发明的各种不同方面和功能也可以被实施。分布式计算机系统100可包括一个或多个计算机系统。例如，如所示出的，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如所示出的，计算机系统102、104和106相互连接，并可以通过通信网络108交换数据。网络108可以包括任何通信网络，通过其计算机系统可交换数据。为使用网络108交换数据，计算机系统102、104和106以及网络108可以使用各种不同方法、协议和标准，尤其是包括令牌环网、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap、和 Corba。为 了确保数据传输是安全的，计算机系统102、104和106可以经由网络108，使用在其它安全技术中包括TSL、SSL或VPN的各种不同的安全措施传送数据。虽然分布式计算机系统100示出了三个联网的计算机系统，分布式计算机系统100可以包括使用任何介质和通信协议联网的任何数量的计算机系统和计算设备。根据本发明的各个不同方面和功能可以被实现为特定的硬件或软件，其在包括图I中所示的计算机系统102的一个或多个计算机系统中执行。如所描述的，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口 116和存储装置118。处理器110可以执行导致数据处理的系列的指令。处理器110可以是商业上可获得的处理器，例如英特尔(Intel)Pentium、摩托罗拉(Motorola) PowerPC、SGI MIPS、Sun UltraSPARC、或惠普(HP) PA-RISC处理器，但当许多其它的处理器和控制器可获得时，处理器110可以是任何类型的处理器或控制器。处理器110由总线114连接到其它系统元件，包括一个或多个存储器设备112。计算机系统102的操作期间，存储器112可以用于存储程序和数据。因此，存储器112可以是相对较高性能的易失性、随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。然而，存储器112可包括如磁盘驱动器或其它非易失性存储设备的任何存储设备，用于存储数据。根据本发明的各种不同实施方案可以将存储器112组织为特殊的结构，并且在某些情况下，组织为独特的结构，以执行本文所公开的方面和功能。计算机系统102的组件可以由诸如总线114的互连元件相耦合。总线114可包括一个或多个物理总线，例如，被集成在相同的机器中的组件之间的总线，但可以包括系统元件之间的任何通信耦合，其包括如IDE、SCS1、PCI和InfiniBand的专门的或标准的计算总线技术。因此，总线114使得例如数据和指令的通信能够在计算机系统102的系统组件之间被交换。计算机系统102还包括如输入设备、输出设备和组合输入/输出设备的一个或多个接口设备116。接口设备可接收输入或提供输出。更具体地，输出设备可以提供信息用于外部呈现。输入设备可以接受来自外部源的信息。接口设备的示例包括键盘、鼠标设备、轨迹球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备允许计算机系统102与诸如用户和其它系统的外部实体交换信息和通信。存储系统118可以包括计算机可读和可写的非易失性的存储介质，其中存储了定义由处理器执行的程序的指令。存储系统118还可以包括在媒介中和媒介上被记录的信息，并且该信息可以由程序处理。更具体地，该信息可以被存储在一个或多个数据结构中，其被特定配置来保全存储空间或增加数据交换性能。指令可以作为编码信号被永久地存储，以及指令可能导致处理器执行本文所描述的任何功能。例如，介质尤其可以是光盘、磁盘或闪速存储器等。在操作中，处理器或其它一些控制器可能导致数据从非易失性的记录介质被读到另外的存储器中，如存储器112，其允许由处理器比包括在存储系统118中的存储介质更快地访问信息。存储器可以位于存储系统118中或存储器112中，然而，处理器110可以操作存储器112中的数据，以及然后，在处理完成后，将数据拷贝到存储系统118相关联的介质。不同组件可管理介质及集成电路存储器元件之间的数据移动，以及本发明不限于此。此外，本发明并不限定于特定的存储器系统或存储装置系统。虽然通过示例的方式将计算机系统102示出为根据本发明的不同方面和功能可以在其上被实施的计算机系统的类型，但本发明的方面不限于在如图1中所示的计算机系统上实现。符合本发明的各种不同的方面和功能也可以在具有与图1所示的不同的架构或组件的一个或多个计算机上实施。例如，计算机系统102可包括特别编程的、专用的硬件，例如，被调整为实施本文公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)，而另外的实施方案可以使用运行具有摩托罗拉PowerPC处理器的MAC OS X系统的多个通用计算设备和运行专有的硬件和操作系统的多个特定的计算设备，来执行相同的功能。
计算机系统102可以是包括管理被包括在计算机系统102中的硬件元件的至少一部分的操作系统的计算机系统。通常，如处理器110的处理器或控制器执行操作系统，所述操作系统可以是例如可以从微软公司获得的基于Windows的操作系统，例如WindowsNT> Windows2000 (Windows ME)、Windows XP 或 Windows Vista 的操作系统，可以是可从苹果电脑公司获得的MAC OS系统X操作系统，可以是多个基于Linux操作系统分布形式之一的操作系统，例如可从Red Hat公司获得的企业版Linux操作系统，可以是可从SunMicrosystems获得的Solaris操作系统，或可从各种来源获得的UNIX操作系统。多种其它的操作系统都可以被使用，并且实施方案不限于任何特定的实现。处理器和操作系统一起定义了高级编程语言的应用程序可能会被写入的计算机平台。这些组件应用可以是使用例如TCP/IP的通信协议在例如互联网的通信网络上通信的可执行程序、中间程序，例如，C-、字节码或解释码。同样地，在符合本发明的各个方面可以使用面向对象的编程语言来实现，如.Net、SmallTalk、Java、C++、Adar,或C#(C_Sharp)。也可以使用其它的面向对象的编程语言。可选的是，可以使用功能、脚本，或逻辑编程语言。此外，在根据本发明的各个方面和功能可以被实现在非编程环境中，例如，在HTML、XML或其他格式创建的文档，当在浏览器程序窗口中观察时，呈现图形用户界面的外观或执行其他功能。另外，符合本发明的各种不同的实施方案可以被实现为编程或非编程的元件，或者它们的任意组合。例如，可使用HTML来实现网页，而从Web页面中调用的数据对象可以使用C++被写入。因此，本发明不限于特定的编程语言，并且也可以使用任何适当的编程语言。另外，在至少一个实施方案中，该工具可以使用VBA Excel来实现。包括在实施方案中的计算机系统可以执行本发明的范围之外的附加功能。例如，所述系统的多个方面可以利用现有的商业产品实现，例如数据库管理系统，例如可以从华盛顿州西雅图的微软得到的SQL服务器、从Redwood Shores的甲骨文得到的Oracle数据库、以及从瑞典乌普萨拉的MySQL AB公司得到的MySQL、或如从纽约州Armonk的IBM得到的如网络球中间件的集成软件。但是，运行例如SQL服务器的计算机系统可以支撑复合本发明的方面以及用于不同应用的不在本发明的范围内的数据库。系统架构示例图2展示了包括分布式系统200的物理和逻辑元件的背景关系图。如图所示，分布式系统200是根据本发明专门配置的。关于图2所叙述的系统结构和内容仅用于示例性的目的，且并非旨在将本发明限制在图2中所示的特定结构。对于本领域的普通技术人员而言明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以实现多种改变的系统结构。选择图2中所示的具体布置用于促进清晰度。信息可在图2中所示的元件、组件和子系统之间使用任何技术流动。这样的技术包括例如经由TCP/IP在网络上传递信息，在存储器中的模块之间的传递信息，并通过写入文件、数据库、或一些其它的非易失性存储设备来传递信息。在不脱离本发明范围的情况下，也可以使用其他的技术和协议。参照图2，系统200包括用户202、接口 204、数据中心的设计和管理系统206、通信网络208和数据中心数据库210。系统200可以允许例如数据中心设计人员或其他数据中心人员的用户202与接口 204交互，来创建或修改一个或多个数据中心配置的模型。根据一个实施方案，接口 204可以包括如在2008年5月15日所提交的题为“METHODSAND SYSTEMSFOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING” 的2013年6月12日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年8月12日
发明者张宣航, 詹姆斯·W·范吉尔德 申请人:施耐德电气It公司