【摘要】：阐述数据中心基础设施管理系统运用云计算技术，通过虚拟化、物联网技术、大数据分析、技术管理措施，降低主设备的能耗，从而提供能效管理，实现节能减排。

【关键词】：数据中心，设施管理系统，能效管理。

0引言

DCIM系统通过物联网数据采集手段，对数据中心的用电设备、各机柜能耗分布、制冷用电情况、机房环境等进行数据采集，通过这些数据实现对现场设备参数监控、告警功能、运维管理功能、能耗管理、报表管理、分布式多站点监控等功能，可扩展环境监控、消防监控等其他子系统。系统具有扩展性，可灵活添加配置新增的数据采集器，以便后续设备的扩展，并能够在系统数据采集器的基础上，实现业务功能的扩展。主要分为四个层级：感知层、网络层、数据层和应用展示层。

1基础设施管理系统的能耗管理

基于能耗管理数据处理和分析，可以实时掌握能耗情况，集中监测各链路能耗异常情况。例如，实时监测各机柜的发热量，形成气流图形显示以向高热区域提供警报。数据中心是一个大型能源消耗平台，需要连续、大量地消耗电力、自来水等能源。如何降低基础设施的能源消耗并为IT设备分配和利用能源是所有数据中心持续关注的问题。介绍数据中心能耗指数的计算方法，包括每个机柜的能耗、单位面积综合能耗、单位面积空调能耗和单位面积照明能耗，可以使用DCIM智能能源管理软件进行构建，得以分析和比较能源消耗，并为运营管理生成综合分析报告，确保管理人员及时调整能源分配，实施和控制合理的节能措施。在降低能源消耗的同时，可以有效地控制运营成本。系统通过对数据中心各用电设备的DI/DO点的采集，接入监控系统。以某品牌的智能电表为例，其有2个DI输入接口、1个DO输出接口，2个DI口对断路器的分断状态进行监控，一个DO口作为电表对其的遥控输出，上位系统可通过对电表写值达到对配电柜的断路器进行遥控的目的。当通讯命令由发送设备发送至接收主机时，符合相应地址码的从机接收通信命令，并根据功能码及相关要求读取信息如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错就不返回任何信息。

数据包大小一般由设备地址（8bit）、功能码（8bit）、数据（n×8bit）、CRC校验码（16bit）、停顿时间（3.5bit）组成，每字节8bit几类组成，故上传数据包大小为：8+8+n×8+16+3.5×8×2=88+n×8bit；串口波特率一般选择9600bps。根据此选择单串口数据采集速率计算，我们以数据中心设备采集点位较多的设备UPS作为范例：通过查询协议文本统计，某品牌UPS共有314个数据，若以整包读取计算，单个串口读取该设备一次，包括指令下达和数据上传，数据流量为：64+88+314×8=2664bit，波特率为9600bps，则耗时为2664/9600=0.2775s；

考虑数据来回一次耗费的基本时间，根据经验为0.1s，则完全采集该UPS设备314个数据点需耗时0.3775s，即377.5ms。因此，可推断出，数据中心其他设备采集时间均小于0.5s，整体平台可实现秒级的数据采集功能。通过平台将采集到的室外温湿度、太阳辐射、室内温湿度、建筑使用状态等参数代入建筑热工模型计算出实时需求负荷，再通过运算得到各个控制点（主机、水泵、冷却塔、末端空调等）的目标优值，下发工作指令到各个控制点，形成控制。平台接入各厂商设备数据，再通过大数据分析平台进行数据分析统计展示，DCIM系统支持数据中心管理者拥有准确的基础设施容量视图，帮助数据中心减少容量过剩的开支，降低容量导致不足的风险。DCIM系统核心输出PUE分析辅助并指导控制能耗成本。DCIM系统辅助机柜的容量管理，减少盲目增加服务器造成的能耗浪费。平台采集数据中心各类数据，生成丰富能耗变化曲线，如“负荷&能耗曲线”“室外温湿度&负荷曲线”“能耗&效率曲线”等，通过分析，给出各类设备的运行策略，建设智能控制系统，实现制冷量“实时需求的智能控制法”。从机房冷负荷需求侧出发，智能优化管控机房各分系统的耗能设备，保证数据机房空调系统整体节能优化管控技术手段，通过物联网实时采集各制冷设备的运行原始工况数据，匹配机房末端的构建出来冷通道温度云模型，优化调节系统各个参数。实时需求的智能控制法是从机房冷负荷需求侧的源头出发，智能优化管控建筑的节能和耗能系统，实现节能空间能提升5%～30%。数据中心在建设时，暖通空调系统都是按不利条件下即负荷大时设计选型，特别是数据机房，会预留较大的设计冗余，而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余量，节能潜力较大。又因为暖通空调系统存在着时滞性、非线性、时变性、不确定性和强耦合性等复杂的特点,采用一种多变性的智能控制思路，构造出体现智能控制行为的输入、输出间复杂的非线性关系，凭借这种复杂的非线性关系，可以有效地控制和克服空调系统的时滞性、非线性、时变性、不确定性和强耦合性等复杂性,使空调系统的运行，实现安全、节能的效果。

2基础设施管理系统的节能减排效益

数据中心由于服务器数量越来越多，对业务系统的空间、网络、耗电、制冷等消耗越来越大，成本越来越高。数据中心所使用的能源约有60%消耗在IT负载上，其余40%消耗在包括电源设备、冷却设备和照明设施在内的网络关键物理基础设施上，其中，数据中心冷却系统的耗电量占总耗电量的比例较高。此外，各个业务系统的开发环境、开发工具都不尽相同，这也给运维人员的工作带来了难题。因此，如何实现对电力负荷系统的科学监控和调配是非常有必要的。为了防止伪节能现象，我们是通过建立现有的冷机模型，寻找冷机的工作区间，进而优化冷机运行台数，根据实际运行情况，冷机的节能率约为4%；再根据水泵的流量和扬程建立相关的运行曲线，通过冷站与末端联动调节，各末端水流量实时数据传输情况判断水泵频率是否过大或过小，进而优化水泵运行频率和水泵运行台数，经过上述方法优化水泵运行频率后，供回水压差降低了4～8m水柱，可节约水泵运行电耗约30%。通过安装在各冷冻水管道反馈的水流量，系统能够计算各末端所需冷冻水流量，计算出水泵运行台数和供回水压差设定值，给命令至控制器控制水泵频率调节供回水压差。同时，监测各末端阀门状态，若阀门开度在90%以上的数目达到上限，则增加水泵频率；若阀门开度在70%以上的数目达到下限，则减小水泵频率，从而达到冷冻水系统在该工况下的优解。使用基础设施管理系统来帮助数据中心管理人员监测数据中心的运行状况，及时接收实时信息，并有效管理产能规划和分配、电力监测、能耗及散热效率等工作，实现数据中心更高级别的自动化控制，确保数据中心安全运行，尽可能地利用能源、设备和机房空间，有效降低运营成本，提升企业效益。某大型数据中心上线DCIM系统后，解决了机房动力环境监控系统数据延迟、错告警、漏告警等问题。系统通过优化设备采集接口协议，调整采集模式，以运维为核心，以一体化监控为基础，资产资源管理为保障，实现现场数据秒级刷新，多系统告警事件的联动和事件统一管理，通过采集数据，通过智能AI算法，系统自动学习，给出合理的制冷系统控制逻辑，降低数据中心的能耗，在上架率较低的情况下PUE下降到1.45以下。

3 AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理系统

3.1平台概述

信息化水平已经成为衡量一个国家综合国力的重要指标，随着我国信息产业的高速发展，数据中心作为重要信息基础设施也进入到了建设热潮期。同时我国正在加紧5G、智慧城市、大数据与云计算等新技术的应用。数据中心的作用和地位日益突出。

数据中心建设朝着规模化、科学化、集中化、绿色化方向发展，各类数据中心正面临着成本、速度、整合、管理、安全、资源 共享及能量消耗、计算密度、自动化和业务连续性等方面的一系列挑战。如何认识数据中心的地位与作用，如何采用新技术、新理念来建设与业务匹配的数据中心，如何从技术上保障数据中心的稳定、安全、持续运行，成为信息系统建设者关心的重要课题。

3.2平台组成

安科瑞电气紧跟数据中心发展形式，推出AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理解决方案，包含有电力监控、动环监控、消防监控、能耗统计分析、智能照明控制以及新能源监测几个子系统。集成了变配电监测、电源备自投、电气接点测温、智能照明控制、电能质量监测及治理、蓄电池在线监测、配电监控、智能母线监控以电气火灾、应急照明及疏散指示等多种子功能，能够帮助用户实时掌握数据中心的运行情况，保障数据中心可靠、安全、节约、有序、低碳的运行，辅助运维团队提升数据中心能效、资源利用率和可用性，提高运维效率并降低运维成本。

4平台部署硬件选型