專利名稱：用于預測數據中心的多孔磚氣流的系統和方法
技術領域：
根據本發明的至少一個實施例大體上涉及到用于數據中心管理和設計的系統和方法，更具體地，涉及用于預測數據中心的多孔磚(perforatedtile)氣流的系統和方法。現有技術的討論響應于以信息為基礎的經濟的日益增長的需求，信息技術網絡繼續在全球范圍內擴展。這種增長的表現之一是集中式網絡數據中心。集中式網絡數據中心通常包括被排列在提供網絡連接、電力和冷卻能力的結構中的各種信息技術設備。通常情況下，設備被安置在稱為“機架”的專門的機柜里，其整合這些連接、功率和冷卻元件。在某些數據中心配置中，這些行被組織成冷熱通道，以減少與冷卻信息技術設備相關的成本。具有在地板下方的空氣室的高架地板通常用于提供冷卻空氣到機架。冷空氣通過具有開放區域的多孔磚從空氣室分布到機架。各種工藝和軟件應用，諸如可從西金斯敦RI的美國電力轉換公司(APC)獲得的iiifraStmXure 中央和操作管理產品已被開發，以幫助數據中心的工作人員設計和維護高效和有效的數據中心配置。這些工具通常通過諸如設計數據中心的結構，在安裝之前定位數據中心內的設備及在建造后和安裝完成時重新定位設備的活動來指導數據中心的工作人員。因此，傳統的工具套裝為數據中心的工作人員提供了標準化的和可預測的設計方法。
發明內容
本發明的第一方面針對一種用于預測來自氣室中的多個開口的氣流的計算機實現的方法。該方法包括:(A)從儲存設備接收輸入數據，所述輸入數據包括與所述氣室有關的數據；(B)確定所述氣室中的平均空氣壓力；(C)基于所述平均空氣壓力確定每個所述開口的氣流值；(D)將所述氣室分割成多個網格單元；(E)使用第一迭代法，確定每個所述網格單元的氣流速度值；(F)基于所述氣流速度，確定在每個所述開口的空氣壓力值；
(G)使用第二迭代法，基于在所述開口中的每一個的所述空氣壓力值確定所述多個開口中的所述每一個的新的氣流值；(H)確定所述新的氣流值和以前的氣流值之間的差是否大于閾值；及(I)重復行為(E)至(H)，直到所述差不大于所述閾值，及然后存儲所述多個開口中的每一個的所述新的氣流值作為最終的氣流值。該方法可進一步包括顯示所述多個開口中的每一個的最終的氣流值。在另一種形式中，該方法可以包括基于至少一個最終的氣流值，控制數據中心的冷卻設備和裝備機架中的至少一個。方法的行為(D)可以包括自動設置所述多個網格單元中的每一個的大小，使得所述多個網格單元中的至少一個網格單元具有與所述多個網格單元中的另外一個網格單元的大小不同的大小。該方法也可包括，自動設置大小包括:基于所述氣室的特性確定所述多個網格單元中的每個的大小。該方法的行為(E)可包括針對所述第一迭代法設置松弛因子，并在所述第一迭代法中使用所述松弛因子。該方法還可包括:基于所述第二迭代法的完成的迭代次數，設置所述第一迭代法的迭代次數的限制；及基于所述第二迭代法的完成的迭代次數的增加，增加所述限制。在該方法中，行為(D)可包括創建氣室中的阻塞物的二維模型，及行為(G)可包括:確定所述氣室中的氣流是否滿足質量平衡方程。該方法還可包括:如果不能滿足所述質量平衡方程，則直接校正在所述開口中的每個的壓力值或磚氣流。本發明的第二方面針對一種用于評估數據中心的氣室中的氣流的系統。該系統包括儲存設備、顯示器和耦合到所述儲存設備和所述顯示器的控制器，并且所述控制器被配置為:從所述儲存設備接收輸入數據，所述輸入數據包括與所述氣室有關的數據；基于初始空氣壓力值確定每個所述開口的氣流值；將所述氣室分割成多個網格單元；使用第一迭代法，確定每個所述網格單元的氣流速度值；及基于所述氣流速度，確定在每個所述開口的空氣壓力值；使用第二迭代法，基于在所述開口中的每一個的所述空氣壓力值確定所述多個開口中的所述每一個的新的氣流值；確定所述新的氣流值和以前的氣流值之間的差是否大于閾值；及使用更新的值繼續使用所述第一迭代法和所述第二迭代法，直到所述差不大于所述閾值，及然后將所述多個開口中的每一個的所述新的氣流值作為最終的氣流值存儲在所述儲存設備中。在該系統中，該控制器可以被進一步配置為控制所述顯示器顯示所述多個開口中的每一個的所述最終的氣流值；并基于至少一個最終的氣流值來控制至少一個設備。所述控制器也可被配置為，設置所述多個網格單元中的每個的大小，使得所述多個網格單元中的至少一個網格單元具有與所述多個網格單元中的另外一個網格單元的大小不同的大小，其中，所述多個網格單元中的每一個的大小基于所述氣室的特性。所述控制器也可被配置成針對所述第一迭代法設置松弛因子，并在所述第一迭代法中使用所述松弛因子。所述控制器可被配置成基于所述第二迭代法的完成的迭代次數設置所述第一迭代法的迭代次數的限制，并且所述控制器還被配置成基于所述第二迭代法的完成的迭代次數的增加，增加所述限制。所述控制器也可被配置成創建所述氣室中的阻塞物的二維模型。本發明的又一個方面針對其上存儲有指令系列的計算機可讀介質，所述指令系列包括導致處理器執行以下步驟的指令:接收輸入數據，所述輸入數據包括與所述氣室有關的數據；基于平均空氣壓力確定每個所述開口的氣流值；將所述氣室分割成多個網格單元；使用第一迭代法，確定每個所述網格單元的氣流速度值；及基于所述氣流速度，確定在每個所述開口的空氣壓力值；使用第二迭代法，基于在所述開口中的每一個的所述空氣壓力值確定所述多個開口中的所述每一個的新的氣流值；確定所述新的氣流值和以前的氣流值之間的差是否大于閾值；及使用更新的值繼續使用所述第一迭代法和所述第二迭代法，直到所述差不大于所述閾值，及然后將所述多個開口中的每一個的所述新的氣流值作為最終的氣流值存儲在所述儲存設備中。所述指令系列可包括將導致處理器執行以下步驟的指令:設置所述多個網格單元中的每個的大小，使得所述多個網格單元中的至少一個網格單元具有與所述多個網格單元中的另外一個網格單元的大小不同的大小，其中，所述多個網格單元中的每一個的大小基于所述氣室的特性。附圖簡述附圖不意在按比例繪制。在附圖中，各個附圖中示出的每一個相同或幾乎相同的部件由類似的標號表示。為清楚起見，不是每一個組件都可被標記在每一個圖中。在附圖中:
圖1示出了根據本發明的各個方面使用其可以被實現的示例性的計算機系統；圖2示出了包括一個實施例的示例性分布式系統；圖3示出了在高架地板的數據中心的氣流的模擬電路；圖4示出了根據一個實施例的用于確定氣室中的氣流的過程；圖5示出了來自CRAC的氣流的表示；圖6演示了根據一個實施例的對稱性的使用；圖7示出了在高架地板的數據中心中的氣流的模擬電路；圖8示出了根據一個實施例的用于確定氣室中的氣流的過程；圖9演示了根據一個實施例的網格單元的使用；圖10示出了根據一個實施例的用于確定氣室中的氣流的過程；圖11演示了根據一個實施例的可變大小的網格單元的使用；圖12是示出了根據一個實施例的用于減少計算時間的過程的一個例子的圖示；圖13A、13B和13C示出空氣室的堵塞的表示；圖14示出了根據一個實施例的用于確定氣室中的氣流的過程；圖15示出了根據一個實施例的用于確定氣室中的氣流的過程。詳細描述根據本發明的至少一些實施例涉及到系統和流程，通過其用戶可以設計新的數據中心配置并分析、修改、管理和控制現有的配置。通過允許用戶創建從中可確定性能指標的數據中心配置的模型，這些系統可方便該活動。系統和用戶都可以采用這些性能指標來確定滿足各種設計目標的替代性數據中心配置。另外，在至少一個實施例中，系統提供了對數據中心設備的建議布局的多孔磚氣流的預測，還提供了對已安裝的數據中心的多孔磚氣流的預測。如2008 年 I 月 24 日提交的、題為 “System and Method for EvaluatingEquipment Rack Cooling (用于評估裝備機架冷卻的系統和方法)”的美國專利申請第12/019109號(在本文中稱為“’109申請”)和于2006年I月27日提交的、題為“Methodsand Systems for Managing Facility Power and Cooling (用于管理設施的功率和冷卻的方法和系統)”的美國專利申請第11/342300號(在本文中稱為“’300申請”)中所描述的，這兩者都轉讓給本申請的受讓人，這兩個專利申請通過全文引用的方式并入本文，現代數據中心的典型的裝備機架抽入在機架前面的冷卻空氣，并將氣體從機架后部排出。裝備機架和排冷卻器(in-row cooler)通常被以交替的前面/背面布置成行地布置，在數據中心內創建了交替的冷熱通道，每排機架的前面面對冷通道，及每排機架的后面面對熱通道。由冷通道分隔的相鄰排的裝備機架可被稱為冷通道組，及由熱通道分隔的相鄰排的裝備機架可被稱為熱通道組。對本領域的普通技術人員顯而易見的是，一排裝備機架可以是一個熱通道組和一個冷通道組的一部分。在本文的說明書和權利要求書中，機架中的設備或機架本身可被稱為冷卻消耗方，排內的冷卻單元和/或計算機房空調(CRAC)可以被稱為冷卻提供方。在引用的申請中，提供了用于分析數據中心的機架組的冷卻性能的工具。在這些工具中，可以對不同的布局執行多個分析以嘗試優化數據中心的冷卻性能。在使用CRAC提供冷卻的典型的數據中心中，從CRAC輸出的氣流通常采用地板下的氣室分布到裝備機架。CRAC將冷空氣泵入氣室中，且空氣通過通常位于裝備機架的前面的多孔地磚排出。對于采用熱通道/冷通道設計的設施，多孔磚通常包含在冷通道中。在現有的數據中心設計和管理工具中，通常不執行對通過多孔磚的氣流的詳細分析，而一些經驗或粗略估計被用來確定通過多孔磚傳送的氣流，且經常基于由CRAC提供的總氣流和泄漏氣流假設均勻的氣流通過每一個多孔磚。氣流數據然后被用于冷卻計算來設計和評估數據中心的冷卻解決方案。粗略估計分析不能考慮到諸如電纜橋架和水管、氣室深度、多孔磚類型、泄漏路徑、CRAC和磚的位置的障礙物。已知使用市售的基于計算流體動力學(CFD)的軟件程序，如可從InnovativeResearch, Inc獲得的“TileFlow”來進行對地板下的氣室中的氣流的分析。然而,這些程序通常非常昂貴，運行緩慢，且需要專家來進行操作。此處所描述的至少一些實施例針對這樣的工具和方法，通過使用這些工具和方法，可以使用通用的計算機來實時或接近實時地估計多孔磚的氣流性能。這些工具和方法可連同數據中心設計工具和數據中心管理工具使用，并且不需要高級操作員。本文公開的根據本發明的方面的應用并不限于在下面的描述中闡述或附圖中示出的部件的結構和布置的細節。這些方面可以假設其它實施例且可以以各種方式實踐或執行。本文中所提供的具體實現的實例僅用于說明的目的，而不是為了進行限制。特別是，結合任何一個或多個實施例所討論的行為、元件和特征不意在從任何其它實施例的類似作用中排除。舉例來說，根據本發明的一個實施例，計算機系統被配置為執行本文所描述的任何功能，包括但不限于，配置、建模和呈現關于特定的數據中心配置的信息。另外，數據中心的實施例的計算機系統可以被用來自動測量數據中心中的環境參數，并控制如冷凝器或冷卻器的設備以優化性能。此外，本文所述的系統可以被配置成包括或排除本文所討論的任何功能。因此，本發明并不限于一個特定的功能或一組功能。此外，本文所用的措辭和術語用于描述的目的，而不應該被認為是限制性的。本文使用的“包括”，“包含”，“具有”，“含有”，“涉及”及其變體意味著囊括其后列出的項及其等同物以及另外的項目。計算機系統本文描述的根據本發明的各個方面和功能可以被實現為在一個或多個計算機系統上的硬件或軟件。目前使用的計算機系統的例子還有很多。這些例子包括，除其他外，網絡用具、個人計算機、工作站、主機、網絡客戶端、服務器、媒體服務器、應用服務器、數據庫服務器和Web服務器。計算機系統的其他例子可以包括移動計算設備，諸如蜂窩電話和個人數字助理，及網絡設備，如負載平衡器、路由器和交換機。此外，根據本發明的方面可以位于單個計算機系統上，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，所述計算機系統被配置成提供服務到一個或多個客戶端計算機或作為分布式系統的一部分來執行整體任務。此外，各個方面可以在客戶端-服務器系統或多層系統上執行，它包括分布在執行各種功能的一個或多個服務器系統中的部件。因此，本發明并不限于在任何特定的系統或一組系統上執行。另外，各個方面可以被以軟件、硬件或固件，或它們的任意組合實現。因此，根據本發明的各個方面可以被實現在使用各種硬件和軟件配置的方法、行為、系統、系統元件和部件，并且本發明并不限于任何特定的分布式體系結構、網絡和通信協議。圖1示出了分布式計算機系統100的框圖，其中可以實施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，如圖所示，分布式計算機系統100包括計算機系統102、104和106。如圖所示，計算機系統102、104和106可通過通信網絡108互連，并可通過通信網絡108交換數據。網絡108可以包括計算機系統可通過其交換數據的任何通信網絡。為了使用網絡108交換數據，計算機系統102、104和106及108網絡可以使用各種方法、協議和標準，其中包括令牌環網、以太網、無線以太網、藍牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap 和 Corba。為 了確保數據傳輸安全，計算機系統102、104和106可采用各種安全措施，包括TSL、SSL或VPN等其他安全技術通過網絡108傳輸數據。雖然分布式計算機系統100示出了 3個聯網的計算機系統，但分布式計算機系統100可以包括使用任何介質和通信協議聯網的任何數目的計算機系統和計算設備。根據本發明的各個方面和功能可以被實現為在包括示于圖1中的計算機系統102的一個或多個計算機系統上執行的專門的硬件或軟件。如圖所示，計算機系統102包括處理器110、存儲器112、總線114、接口 116和儲存器118。處理器110可以執行導致被操縱的數據的一系列指令。處理器110可以是市售的處理器，例如英特爾的奔騰、摩托羅拉的PowerPC,SGI MIPS,Sun Ultra SPARC或惠普的PA-RISC處理器，但如果許多其它的處理器和控制器可獲得的話，可以是任何類型的處理器或控制器。處理器110通過總線114連接到其它系統元件，包括一個或多個存儲器設備112。在計算機系統102的操作期間，存儲器112可以用于存儲程序和數據。因此，存儲器112可以是相對高性能的、易失性的隨機存取存儲器，如動態隨機存取存儲器(DRAM)或靜態存儲器(SRAM)。然而，存儲器112可包括用于儲存數據的任何儲存設備，例如磁盤驅動器或其它非易失性儲存設備。根據本發明的各種實施例可以將存儲器112組織成特定的結構，并且在某些情況下，組織成獨特的結構，以執行本文所公開的方面和功能。計算機系統102的部件可以通過互連元件(如總線114)耦合。總線114可以包括一個或多個物理總線，例如，在集成在同一臺機器內的部件之間的總線，但可以包括系統元件之間的任何通信耦合，包括專門或標準的計算總線技術，如IDE、SCS1、PCI和InfiniBand。因此，總線114使得能夠通信，例如，數據和指令在計算機系統102的系統部件之間進行交換。計算機系統102還包括一個或多個接口設備116,諸如輸入設備、輸出設備和輸入/輸出設備的組合等。接口設備可以接收輸入或提供輸出。更具體地，輸出設備可使信息用于外部展示。輸入設備可以從外部源接受信息。接口設備的例子包括鍵盤、鼠標設備、軌跡球、麥克風、觸摸屏、打印設備、顯示屏、揚聲器、網絡接口卡等。接口設備允許計算機系統102與如用戶和其他系統的外部實體進行信息交換和通信。儲存系統118可以包括計算機可讀和可寫的非易失性的存儲介質，其中存儲了定義由處理器執行的程序的指令。儲存系統118也可以包括記錄在介質上或中的信息，且該信息可以通過程序處理。更具體地，該信息可以被存儲在被特別配置以節省存儲空間或提高數據交換性能的一個或多個數據結構中。該指令可以被永久地存儲作為編碼信號，且指令可導致處理器執行本文所述的任何功能。例如，介質可以是光盤、磁盤或閃速存儲器等。在操作中，處理器或一些其他的控制器可導致數據從非易失性記錄介質讀出到另一個存儲器，如存儲器112中，與包括在儲存系統118中的存儲介質相比，其允許處理器更快地訪問信息。然而，該存儲器可以位于儲存系統118中，或位于存儲器112中，處理器110可以操縱存儲器112內的數據，然后在處理完成后，將數據復制到與儲存系統118相關的介質。各種部件可管理介質和集成電路存儲元件之間的數據移動，且本發明并不限于此。此外,本發明并不限于特定的存儲系統或儲存系統。雖然通過示例的方式將計算機系統102示出為一種類型的、在其上可實施根據本發明的各個方面和功能的計算機系統，本發明的各個方面不限于在圖1所示的計算機系統上實現。根據本發明的各個方面和功能也可以實施在具有與圖1示出的不同的體系結構或部件的一個或多個計算機上。例如，計算機系統102可以包括專門編程的、專用的硬件，諸如例如，適于執行本文公開的特定操作的專用集成電路(ASIC)，而另一實施例可以使用運行MACOS系統X的一些通用計算設備和摩托羅拉的PowerPC處理器及運行專有的硬件和操作系統的一些專用的計算設備執行相同的功能。計算機系統102可以是包括管理包括在計算機系統102中的硬件元件的至少一部分的操作系統的計算機系統。通常，處理器或控制器，例如處理器110，執行操作系統，例如，它可以是可從微軟公司獲得的基于Windows的操作系統,如Windows NT、Windows2000(Windows ME)、Windows XP或WindowsVista操縱系統，可以從蘋果計算機公司獲得的MACOS系統)(操作系統，其中許多基于Linux的操作系統發布之一，例如，可以從紅帽公司獲得的企業版Linux操作系統，可從Sun微系統公司獲得的Solaris操作系統，或可以從各種源獲得的UNIX操作系統。許多其他的操作系統都可以使用，并且實施例不局限于任何特定的實現。處理器和操作系統共同定義高級編程語言的應用程序可以被寫入的計算機平臺。這些部件的應用可以是可執行的、中間的，例如，C-、字節碼或解釋代碼，其通過例如因特網的通信網絡使用例如TCP/IP協議的通信協議進行通信。同樣地，根據本發明的各個方面可以使用面向對象的編程語言實現，如.Net、Smalltalk、Java、C++、Ada或C # (C-Sharp)。也可以使用其它面向對象的編程語言。另外，可以使用功能性、腳本、或邏輯編程語言。此外，根據本發明的各個方面和功能可以被實現在非編程的環境中，例如，采用HTML、XML或其他格式創建的文檔，當在瀏覽器程序的窗口中的查看時，呈現圖形用戶界面方面或執行其它功能。另外，根據本發明的各種實施例可以被實現為編程或非編程的元素，或它們的任意組合。例如，網頁可以使用HTML來實現，而從網頁內調用的數據對象可用C++編寫。因此，本發明并不限于特定的編程語言，并且也可以使用任何適當的編程語言。此外，在至少一個實施方式中，該工具可以使用VBA Excel實現。包括在實施例中的計算機系統可以執行本發明的范圍之外的附加功能。例如，系統方面可采用現有的商業產品來實現，諸如，例如數據庫管理系統，如可以從華盛頓州的西雅圖的微軟獲得的SQLServer,從加利福尼亞州的紅木海岸的Oracle公司獲得的Oracle數據庫，和從瑞典的烏普薩拉的MySQL AB公司獲得的MySQL，或諸如從紐約州的阿蒙克的IBM獲得的Web Sphere中間件的集成軟件。但是,運行例如SQL Server的計算機系統可能能夠支持根據本發明的方面與不在本發明的范圍內的用于各式各樣的應用程序的數據庫。示例性系統架構圖2給出包括分布式系統200的物理和邏輯元件的環境圖。如圖所示，分布式系統200根據本發明被專門配置。關于圖2陳述的系統結構和內容僅用于示例性的目的，并非旨在將本發明限制到圖2所示的具體結構。對于本領域的普通技術人員而言將是明顯的是，在不脫離本發明的范圍的情況下，可以構建許多變型的系統結構。在圖2給出的特定布置被選擇提高清晰度。使用任何技術，信息可在示于圖2的元件、部件和子系統之間流動。這些技術包括，例如，通過TCP/IP在網絡上傳遞信息，使信息在存儲器中的模塊之間傳遞，并通過將信息寫到文件、數據庫，或一些其他的非易失性存儲設備來傳遞信息。在不脫離本發明的范圍的情況下，也可以使用其他的技術和協議。參照圖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可允許用戶202，如數據中心設計師或其他數據中心工作人員，與接口 204交互以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和機架編輯器方面，如于2008年5月15日提交的、題為 METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING (用于管理設施功率和冷卻的方法和系統)的2013年7月17日 申請日期2011年9月16日 優先權日2010年9月17日
發明者J·W·范吉爾德, 扎迦利·謝弗, 張軒杭 申請人:施耐德電氣It公司