用于在數據中心中預測溫度值的系統和方法

專利名稱：用于在數據中心中預測溫度值的系統和方法
用于在數據中心中預測溫度值的系統和方法發明背景發明領域根據本發明的至少一個實施例通常涉及一種用于數據中心管理和設計的系統和方法，特別是涉及一種用于在數據中心預測最大的冷卻器和機柜容量以及相關溫度的系統和方法。
背景技術：
響應于對基于信息經濟的增長需求，信息技術網絡在全球持續擴展。這種增長的一個表現形式是集中化網絡數據中心。集中化網絡數據中心通常包括各種信息技術設備， 配置在提供網絡連通性、電能和冷卻功能的結構中。通常，該設備被收納在術語叫做“機柜 (racks)，，的專門的外殼中，它集成了這些連通性、能源和冷卻元件。在某些數據中心配置中，這些行被組織為熱的和冷的通道，來降低冷卻信息技術設備相關的成本。這些特征使數據中心以成本有效的方式來傳遞多個軟件應用所要求的計算能力。各種處理和軟件應用，例如從 West Kingston, RI 的 American Power Conversion Corporation獲得的hfrastruXure Central產品，已經被開發輔助數據中心人員設計和維護有效率的和有效用的數據中心配置。這些工具通常通過一些動作來指導數據中心人員，例如設計數據中心結構，在構造和安裝完成之后、安裝和再定位設備之前將設備定位在數據中心中。因此，傳統的工具集合向數據中心人員提供了標準化和可預測的設計方法學。
發明概要本發明的第一方面涉及一種用于在數據中心中評估設備的計算機可執行方法，該設備包括多個設備機柜，以及至少一個冷卻供應器。該方法包括接收有關多個設備機柜的每一個和至少一個冷卻供應器的數據，該數據包括設備機柜和至少一個冷卻供應器的布局，以及每個設備機柜的功率汲取值，存儲接收的數據，根據功率汲取和布局，對至少一個冷卻供應器確定最大冷卻器容量，對于每一個設備機柜，根據布局和最大冷卻器容量，確定最大機柜容量，并顯示至少一個設備機柜的最大機柜容量的指示。至少一個冷卻供應器可以是多個冷卻供應器，并且該方法還可以包括根據多個冷卻供應器的最大空氣返回溫度，確定每個冷卻供應器的最大冷卻器容量。在該方法中，確定每個設備機柜的最大機柜容量可以包括根據每個設備機柜中的可用空間和每個設備機柜的可用功率，確定最大機柜容量。該方法還可以包括根據數據中心的氣流確定每個設備機柜的冷卻性能。該方法還可以包括根據基于數據中心的總冷卻負載和數據中心的總功率負載的差值確定的環境溫度，確定至少一個冷卻供應器的冷卻負載。在該方法中，確定至少一個冷卻供應器的冷卻負載可以包括根據基于環境溫度確定的冷卻器返回溫度確定冷卻器負載，以及顯示最大機柜容量的指示可以包括顯示具有連同設備機柜的模型顯示的設備機柜的最大機柜容量的指示的數據中心的模型。
本發明的另一方面涉及一種用于在數據中心中評估設備的系統，該設備包括多個設備機柜，以及至少一個冷卻供應器。該系統包括接口、連接到接口的控制器被配置來接收有關多個設備機柜和至少一個冷卻供應器的數據，該數據包括設備機柜和至少一個冷卻供應器的布局，以及每個設備機柜的功率汲取值，在與系統相關的存儲設備中存儲接收的數據，根據布局和功率汲取，確定至少一個冷卻供應器的最大冷卻器容量值，以及對于每個設備機柜，根據布局和最大冷卻器容量值，確定最大機柜容量。在系統中，至少一個冷卻供應器可以是多個冷卻供應器，并且該控制器還可以被配置為確定多個冷卻供應器的每一個的最大冷卻器容量值。該控制器可以被配置為，根據每個設備機柜中的可用空間和每個設備機柜的可用功率，確定最大機柜容量。該控制器還可以被配置為，根據數據中心的氣流確定每個設備機柜的冷卻性能，根據基于數據中心的總冷卻負載和數據中心的總功率負載的差值確定的環境溫度，確定至少一個冷卻供應器的冷卻負載。該控制器還可以被配置為，根據基于環境溫度確定的冷卻器返回溫度確定冷卻器負載。該系統還可以包括連接到控制器的顯示器，該控制器可以被配置為顯示最大機柜容量的指示。本發明的另一方面涉及一種存儲指令序列的計算機可讀介質，包括的指令可以使處理器接收有關多個設備機柜和至少一個冷卻供應器的數據，該數據包括設備機柜和至少一個冷卻供應器的布局，以及每個設備機柜的功率汲取值，在存儲設備中存儲接收的數據，根據布局和功率汲取，確定至少一個冷卻供應器的最大冷卻器容量值；以及對于每個設備機柜，根據布局和最大冷卻器容量值，確定最大機柜容量。至少一個冷卻供應器可以是多個冷卻供應器，并且指令序列包括的指令可以使處理器確定每一個冷卻供應器的最大冷卻器容量值，根據每個設備機柜中的可用空間和每個設備機柜的可用功率，確定最大機柜容量。該指令序列包括的指令可以使處理器根據數據中心的氣流確定每個設備機柜的冷卻性能。該指令序列包括的指令可以使處理器根據基于數據中心的總冷卻負載和數據中心的總功率負載的差值確定的環境溫度，確定至少一個冷卻供應器的冷卻負載。該指令序列包括的指令可以使處理器根據基于環境溫度確定的冷卻器返回溫度確定冷卻器負載。另一方面涉及一種計算機可執行方法，用于在數據中心中評估設備的冷卻性能， 該設備包括多個設備機柜，以及至少一個冷卻供應器。該方法包括接收有關多個設備機柜的每一個和至少一個冷卻供應器的數據，該數據包括設備機柜和至少一個冷卻供應器的布局，以及每個設備機柜的功率汲取值，存儲接收的數據，確定在至少一個冷卻供應器和每個設備機柜之間的氣流，根據布局、功率汲取和氣流確定至少一個冷卻供應器的入口和出口空氣溫度，對于每個設備機柜，根據布局、功率汲取和氣流確定入口和出口空氣溫度，并顯示多個設備機柜的每一個和至少一個冷卻器的入口和出口溫度的指示。在該方法中，確定設備機柜的每一個和至少一個冷卻供應器的入口和出口溫度可以包括建立一組S耦合方程，S等于要被確定的溫度值的數量，并求解這個S耦合方程。在該方法中，至少一個冷卻供應器可以是多個冷卻供應器，并且該方法還可以包括根據多個冷卻供應器的最大入口空氣溫度，確定每個冷卻供應器的最大冷卻器容量值。 該方法還可以包括根據每個設備機柜的可用空間、根據每個設備機柜的可用功率、以及根據多個冷卻供應器的至少一個最大冷卻器容量，確定每個設備機柜的最大機柜容量。該方法還可以包括根據數據中心的氣流確定數據中心的環境空氣溫度。在該方法中，N等于數據中心中冷卻供應器的數量，η等于多個設備機柜的數量，S等于兩倍的N加上兩倍的η加上1。在該方法中，求解S耦合方程可以包括通過在逐段線性方程中識別斷點，以及利用斷點前后不同的線性方程，求解S耦合方程的至少一個逐段線性方程。在該方法中，求解S耦合方程可以包括利用迭代處理來重復求解S耦合方程，以獲得每個設備機柜和至少一個冷卻供應器的入口和出口溫度的最終值。在該方法中，顯示多個設備機柜的每一個和至少一個冷卻器的入口和出口溫度的指示可以包括利用顯示具有在模型上顯示的指示的數據中心的模型。在另一方面，提供一種用于在數據中心中評估設備的系統，該設備包括多個設備機柜，以及至少一個冷卻供應器。該系統包括接口、連接到接口的控制器被配置來接收有關多個設備機柜和至少一個冷卻供應器的數據，該數據包括設備機柜和至少一個冷卻供應器的布局，以及每個設備機柜的功率汲取值，在與系統相關的存儲設備中存儲接收的數據，根據通過建立一組S耦合方程接收的數據，確定至少一個冷卻供應器和多個設備機柜的每一個的入口和出口溫度，S等于要被確定的溫度值的數量，并求解這個S耦合方程。在該系統中，至少一個冷卻供應器可以是多個冷卻供應器，并且控制器還可以被配置為根據多個冷卻供應器的最大入口溫度，確定多個冷卻供應器的每一個的最大冷卻器容量值。在該系統中，確定每個設備機柜的最大機柜容量包括根據每個設備機柜的可用空間和每個設備機柜的可用功率確定最大機柜容量。在該系統中，控制器還可以被配置為根據數據中心的氣流確定數據中心的環境空氣溫度。在該系統中，N等于數據中心中冷卻供應器的數量，η等于多個設備機柜的數量，S等于兩倍的N加上兩倍的η加上1。在該系統中， 求解S耦合方程可以包括通過在逐段線性方程中識別斷點，以及利用斷點前后不同的線性方程，求解S耦合方程的至少一個逐段線性方程。在該系統中，求解S耦合方程可以包括利用迭代處理來重復求解S耦合方程，以獲得每個設備機柜和至少一個冷卻供應器的入口和出口溫度的最終值。本發明的另一方面涉及一種存儲指令序列的計算機可讀介質，包括的指令可以使處理器接收有關多個設備機柜和至少一個冷卻供應器的數據，該數據包括設備機柜和至少一個冷卻供應器的布局，以及每個設備機柜的功率汲取值，在與系統相關的存儲設備中存儲接收的數據，根據通過建立一組S耦合方程接收的數據，確定至少一個冷卻供應器和多個設備機柜的每一個的入口和出口溫度，S等于要被確定的溫度值的數量，并求解這個S 耦合方程。至少一個冷卻供應器可以是多個冷卻供應器，指令序列包括的指令可以使處理器根據多個冷卻供應器的最大入口溫度，確定多個冷卻供應器的每一個的最大冷卻器容量值。該指令序列包括的指令可以使處理器數據中心的氣流確定數據中心的環境空氣溫度。附圖的簡要說明相應的附圖并不意味著按比例繪制。在附圖中，在各種附圖中示出的每個相同的或幾乎相同的組件由相同的數字代表。為了簡潔，在每個附圖中沒有標記每一個組件。在附圖中附

圖1示出了可以根據本發明實施各個方面的示例計算機系統；附圖2示出了包括實施例的示例分布式系統；
附圖3示出了根據本發明一個實施例的顯示屏的例子；附圖4示出了根據本發明一個實施例的第一處理的流程圖；附圖5示出了根據本發明一個實施例的第二處理的流程圖；附圖6示出了根據本發明一個實施例的第三處理的流程圖；附圖7示出了根據本發明一個實施例的第四處理的流程圖；附圖8示出了根據本發明一個實施例的第五處理的流程圖；附圖9示出了根據本發明一個實施例的第六處理的流程圖；附圖10示出了根據本發明一個實施例的第七處理的流程圖；附圖11示出了根據至少一個實施例可以被分析的數據中心的例子；附圖12示出了根據一個實施例的處理的流程圖；附圖13示出了根據一個實施例的處理的流程圖；附圖14是示出了根據至少一個例子使用的數據中心的例子的附圖；附圖15是根據一個實施例的處理的流程圖。發明的詳細說明根據本發明的至少某些實施例涉及系統和處理，用戶可以通過系統和處理來設計和分析數據中心配置。通過允許用戶創建數據中心配置的模型，這些系統和處理可以促進這種設計和分析，由此可以確定性能規格。系統和用戶可以采用這些性能規格來確定滿足各種設計目標的可變數據中心配置。如2008年1月M日提交的標題為“用于評估設備機柜冷卻的系統和方法 (System and Method for Evaluating Equipment Rack Cooling) ” 白勺 _ _ # 禾Ij 串 i青 No. 12/019, 109(這里稱為“109申請”)，以及2006年1月27日提交的標題為“用于管理設備功率禾口冷卻的方法禾口系統(System and Method for Managing Facility Power and Cooling)”的美國專利申請No. 11/342，300(這里稱為“300申請”)所述，它們都被轉讓給本發明的受讓者，因此它們的全部內容在此結合以供參考，現代數據中心中的典型設備機柜汲取機柜前方的冷氣，并將空氣從機柜背部排出。設備機柜，以及成行的冷卻器典型地被排列成行，在數據中心中產生交替的冷熱通道的交替前/后配置，機柜每行的前面面對冷通道，機柜每行的背部面對熱通道。被冷通道分隔的設備機柜的相鄰的行可以被稱為冷通道機柜組，被熱通道分隔的設備機柜的相鄰行可以被稱為熱通道機柜組。此外，設備的單獨的行還可以通過自身形成冷通道機柜組和熱通道機柜組。對于本領域普通技術人員顯而易見，設備機柜行可以是多個熱通道機柜組和多個冷通道機柜組。在此的說明書和權利要求書中，機柜中的設備，或者機柜本身，可以被稱為冷卻消耗體，按行排列的冷卻單元和/ 或計算機房空調(CRACs)可以被稱為冷卻提供者。在參考的申請中，提供了用于在數據中心中分析機柜組的冷卻性能的工具。在這些工具中，可以針對不同布局執行多種分析，嘗試優化數據中心的冷卻性能。在至少一個實施例中，提供了一種方法，用于在數據中心中執行對設備布局的實時分析，確定布局中的冷卻器的最大容量，并根據冷卻器的最大容量，以及下述其它考慮因素，向與冷卻器協同定位的設備機柜提供最大電負載。該方法可以結合具有預測各機柜組冷卻性能和在數據中心中執行其它設計和分析功能的能力的系統或工具。在至少某些實施例中，方法和工具提供了對設備機柜和冷卻供應器的入口和出口的空氣溫度，以及數據中心的環境溫度的預測。根據本發明這里描述的方面，沒有將它們的應用限制在以下說明書提到的或者附圖中示出的組件的構造和配置的細節。這些方面能夠假設其它實施例，并采用各種方式來實現或執行。在此提供的特定實施方式的例子僅僅是出于示例性的目的，并不意欲限制。特別的，結合任意一個或多個實施例討論的元件和特征并不意欲從任意其它實施例中的類似作用中排除。例如，根據本發明的一個實施例，計算機系統被配置為執行這里所述的任意功能， 包括但不限于，配置、建模和顯示有關特定數據中心配置的信息。此外，實施例中的計算機系統可以被用來在數據中心中自動測量環境參數，并控制設備，例如冷凝器或冷卻器，來優化性能。此外，這里所述的系統可以被配置為包括或排除這里所述的任意功能。因此，本發明并不限于特定功能或功能組。同樣，這里做使用的用語和術語是出于說明的目的，應該不被認為是限制。這里使用的“包括(including) ”、“包括(comprising)，，、“具有(having)”、 “包含(containing)”、“涉及(involving) ”及其變型的含義是包含此后列出的術語及其等價物，以及其它的術語。計算機系統根據本發明這里描述的各種方面和功能可以被實現為一個或多個計算機系統上的硬件或軟件。有許多目前正在使用的計算機系統的例子。這些例子包括，尤其是，網絡設備、個人電腦、工作站、大型機、網絡客戶、服務器、媒體服務器、應用程序服務器、數據庫服務器和網絡服務器。計算機系統的其它例子可以包括移動計算設備，例如蜂窩電話和個人數字助理，以及網絡設備，例如負載均衡器、路由器和交換機。此外，根據本發明的各方面可以位于單獨一個計算機系統上，或者可以分布在連接到一個或多個通信網絡的多個計算機系統中。例如，各個方面和功能可以分布在一個或多個計算機系統中，該計算機系統被配置為向一個或多個客戶計算機提供服務，或者執行全面任務作為分布式系統的一部分。此外，各個方面可以在客戶-服務器或者多層系統上執行，該多層系統包括分布在執行各種功能的一個或多個服務器系統中的組件。因此，本發明并不限于在任意特定系統或系統組上執行。此外，各個方面可以采用軟件、硬件或固件、及其任意組合的方式實現。因此，根據本發明的各方面可以利用各種硬件和軟件配置在方法、動作、系統、系統元件和組件中實現，并且本發明并不限于任意特定的分布式結構、網絡或者通信協議。附圖1示出了分布式計算機系統100的框圖，其中可以實現根據本發明的各個方面和功能。分布式計算機系統100可以包括一個或多個計算機系統。例如，如所示，分布式計算機系統100包括計算機系統102、104和106。如所示，計算機系統102、104和106是通過通信網絡108相互連接的，并且可以通過通信網絡108交換數據。網絡108可以包括任意可以使計算機系統交換數據的通信網絡。為了利用網絡108交換數據，計算機系統102、 104和106以及網絡108可以使用各種方法、協議和標準，包括特別是，令牌環、以太網、無線以太網、藍牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap 和 Corba。為了保證數據交換的安全，計算機系統102、104和106可以利用各種安全措施通過網絡108傳送數據，包括特別是TSL、SSL或VPN安全技術。雖然分布式計算機系統100示出了三種網絡計算機系統，分布式計算機系統100可以包括任意數量的計算機系統和計算設備、利用任意介質和通信協議的網絡。根據本發明的各種方面和功能可以被實現為執行如附圖1所示的包括計算機系統102的一個或多個計算機系統的特定硬件或軟件。如所示，計算機系統102包括處理器 110、內存112、總線114、接口 116和存儲器118。處理器110可以執行產生操作數據的指令序列。處理器110可以是商業上可用的處理器，例如英特爾奔騰、摩托羅拉Power PC、SGI MIPS,Sun UltraSPARC或者惠普PA-RISC處理器，但是可以是任意類型的處理器或控制器， 如多數其它可用的處理器和控制器。處理器110通過總線114被連接到其它系統元件，包括一個或多個內存設備112。內存112可以被用于存儲操作計算機系統102期間的程序或數據。因此，內存112 可以是相對高性能的易失性隨機存取存儲器，例如動態隨機存取存儲器(DRAM)或者靜態存儲器(SRAM)。然而，內存112可以包括用于存儲數據的任意設備，例如磁盤驅動器或者其它的非易失性存儲設備。根據本發明的各種實施例，在某些情況下，可以組織內存112為特定的唯一的結構，來執行這里公開的方面和功能。計算機系統102的組件可以通過互連元件來連接，例如總線114。總線114可以包括一個或多個物理總線，例如在相同機器中集成的組件之間的總線，但是可以包括在系統元件之間的任意通信連接，包括特定的或者標準的計算總線技術，例如IDE、SCSI、PCI和 InfiniBand.因此，總線114使得在計算機系統102的系統組件之間可以交換通信，例如數據和指令。計算機系統102還包括一個或多個接口設備116，例如輸入設備、輸出設備和輸入 /輸出設備的組合。接口設備可以接收輸入或提供輸出。尤其是，輸出設備可以反映外部表現的信息。輸入設備可以接收來自外部來源的信息。接口設備的例子包括鍵盤、鼠標設備、 追蹤球、麥克風、觸摸屏、打印設備、顯示屏、揚聲器、網絡接口卡等。接口設備允許系統102 與外部實體交換信息和通信，例如用戶或者其它系統。存儲系統118可以包括計算機可讀和可寫的非易失性存儲介質，其中存儲了由處理器執行的定義程序的指令。存儲系統118還可以包括存儲在介質上或者介質中的信息， 該信息可以由程序處理。特別的，信息可以被存儲在一個或多個數據結構中，特別是配置來保存存儲空間或者提高數據交換性能。該指令可以持續存儲為編碼信號，并且該指令可以使處理器執行這里所述的任意功能。例如，尤其是該介質可以是光盤、磁盤或閃存。在操作中，處理器或某些其它控制器可以將數據從非易失性記錄介質讀取到另一個存儲器，例如內存112，相比較于包括在存儲系統118中的存儲介質，由處理器訪問信息更加快速。內存可以位于存儲系統118中，或者在內存112中，然而，處理器110可以操作內存112中的數據，并在處理完成后將該數據復制到與存儲系統118相關的介質中。各種組件可以管理數據在介質和集成電路存儲器元件中的移動，本發明并不限于此。此外，本發明并不限于特定內存系統或存儲器系統。盡管計算機系統102以舉例的方式示出，作為根據本發明可以實現各種方面和功能的一種類型的計算機系統，本發明的各方面并不限于在附圖1所示的計算機系統上實施。根據本發明的各方面和功能可以在具有與附圖1所示不同的結構或組件的一個或多個計算機上實施。例如，計算機系統102可以包括特別編程的、專用目的硬件，例如特制的特定用途集成電路(ASIC)，來執行這里公開的特定操作。同時，另一個實施例可以利用若干運
9行摩托羅拉Power PC處理器的MAC OS系統的通用目的計算設備，以及若干運行專用硬件和操作系統的專用計算設備，來執行相同的功能。計算機系統102可以是包括操作系統的計算機系統，其管理包括在計算機系統 102中的硬件元件的至少一部分。通常，處理器或控制器，例如處理器110，在操作系統上執行，其可以是例如基于Windows的操作系統，例如可以從微軟公司獲得的Windows NT、 Windows 2000 (Windows ME)、Windows XP 或者 Windows Vista 操作系統，從可以從蘋果公司獲得的MAC OS系統X，多個基于Linux操作系統分布之一，例如，可以從Red Hat Inc.獲得的Linux操作系統，可以從Sun Microsystem獲得的Solaris操作系統，或者可以從各種來源獲得的UNIX操作系統。可以使用多種其它的操作系統，并且實施例并不限于任意特定的實施方式。處理器和操作系統一起定義了計算機平臺，可以寫入高級編程語言的應用程序。 這些組件應用是可執行的，中間的，例如C-、字節碼或者利用通信協議例如TCP/IP，通過通信網絡例如互聯網，通信的翻譯碼。類似的，根據本發明的方面可以利用面向對象的可編程語言來實現，例如.Net、SmallTalk、Java、C++、Ada或者C#(C型)。還可以使用其它的面向對象編程語言。可替代的，可以函數的、腳本的或者邏輯編程語言。另外，根據本發明的各種方面和功能可以在非編程環境中執行，例如，HTML、XML或其它格式創建的文檔，當在瀏覽器程序中查看是，呈現圖形用戶界面的樣子或者執行其它功能。此外，根據本發明的各種實施例可以實施為編程的或者非編程的元件或其任意組合。 例如，web頁可以利用HTML實現，同時在web頁中調用的數據對象可以用C++編寫。因此， 本發明并不限于特定的編程語言，任意合適的編程語言同樣可以使用。此外，在至少一個實施例中，可以利用VBA Excel實施工具。包括在實施例中的計算機系統可以執行本發明以外的其它功能。例如，系統的方面可以利用現有商業產品實現，例如數據庫管理系統，比如可以從kattle WA的微軟獲得的 SQL Server, Redwood Shores 的 Oracle 的 Oracle 數據庫，以及 Uppsala 的 MySQL AB 的 MySQL，Sweden或者集成軟件，比如Armonk NYmiBMW^ieb Sphere中間件。然而，運行例如SQL krver的計算機系統可以能夠支持根據本發明的方面，以及沒在本發明范圍內的各種應用的數據庫。示例系統機構附圖2示出了包括分布式系統200的物理和邏輯元件的環境圖。如所示，分布式系統200是根據本發明特別配置的。關于附圖2列舉的系統結構和內容僅僅出于舉例的目的，并不意味著限制本發明為附圖2所示的特定結構。對于本領域普通技術人員顯而易見， 可以構造許多不同的系統結構，而不背離本發明的范圍。附圖2所呈現的特定配置是為了清楚而選擇的。信息可以利用任意技術在附圖2所示的元件、組件和子系統之間傳遞。這種技術包括，例如，通過TCP/IP在網路上傳遞信息，在存儲器的模塊之間傳遞信息，通過寫入到文件、數據庫或某些其它非易失性存儲設備來傳遞信息。其它技術和協議也可以使用，而不脫離本發明的范圍。參考附圖2，系統200包括用戶202、接口 204、數據中心設計和管理系統206、通信網絡208和數據中心數據庫210。系統200可以允許用戶202，例如數據中心構造者或其它數據中心人員，與接口 204交互，創建或修改一個或多個數據中心配置的模型。根據一個實施例，接口 204可以包括地板編輯器(floor editor)和機柜編輯器(rack editor)，如2008 年5月15日提交的標題為用于管理設備功率和冷卻的方法和系統(METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING)的2012年5月2日 申請日期2011年6月7日 優先權日2010年6月8日
發明者C·M·希利, J·W·范吉爾德, 張軒杭 申請人:美國能量變換公司