智能PDU助力IDC數(shù)據(jù)中心碳中和

讓機架配電更靈活,讓數(shù)據(jù)中心更節(jié)能
　　
　　隨著移動物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等的大力發(fā)展，作為信息的重要載體，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（InternetDataCenter，簡稱IDC）迎來一波新的建設(shè)浪潮。數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模迅速增長，其能源消耗和運營成本問題日益突出。面對日益增長的能源消耗，綠色數(shù)據(jù)中心越來越受到人們的關(guān)注，各種常見的節(jié)能減排和能效提升的技術(shù)手段也得到了日益普遍的應(yīng)用。然而由于能效監(jiān)控管理的不完善，設(shè)備的不夠智能化及缺乏聯(lián)動協(xié)同等原因，能效的管理和優(yōu)化還存在一些盲點，尚處在比較初級的階段。傳統(tǒng)的IDC機房建設(shè)模式，機柜內(nèi)部采用常規(guī)的PDU（帶電源指示燈和若干數(shù)量的IEC或者國標插座，PDU本身不帶電流、電壓、電量監(jiān)測功能）。
　　
　　現(xiàn)智能PDU以數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計理念，在原有節(jié)能減排的技術(shù)手段基礎(chǔ)上，對IDC機柜內(nèi)常規(guī)、傳統(tǒng)的電源分配單元（PDU）提出高集成度、高精度、高顆粒度的產(chǎn)品設(shè)計建議，內(nèi)置電流監(jiān)測模塊、溫度傳感器、濕度傳感器、其他傳感器（例如消防煙霧、門禁、資產(chǎn)定位）等，并采用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)形成物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)精確到每一個機柜每一臺IT設(shè)備的電流、功耗數(shù)據(jù)讀取，并了解每一個機柜內(nèi)部IT設(shè)備的運行環(huán)境數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，形成IDC數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控的新技術(shù)和新設(shè)備，進一步提高IDC數(shù)據(jù)中心機房能效管理水平，為數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排和能效優(yōu)化注入了一股新鮮的力量。
　　

一、IDC數(shù)據(jù)中心節(jié)能管理發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　對IDC數(shù)據(jù)中心節(jié)能管理需求，主要包括兩個方面，能源檢測管理功能、環(huán)境檢測管理功能。
　　
　　對能耗的節(jié)能優(yōu)化主要依靠對每個機房、每列機柜、每個機柜、每臺設(shè)備的電力消耗監(jiān)控，進而實現(xiàn)的精確控制。最直接的節(jié)電方式就是發(fā)現(xiàn)那些低功耗或閑置或休眠的機柜或IT設(shè)備，重新調(diào)整規(guī)劃，重新分配工作任務(wù)。及時有效的了解IT設(shè)備、PDU輸出、機架、分支電路的電源、電流、電壓、溫度、濕度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將有助IDC數(shù)據(jù)中心的運維管理人員改善數(shù)據(jù)中心供電的有效性，了解每臺IT設(shè)備的工作效率，追蹤管理那些低功耗或閑置或休眠的IT設(shè)備。
　　
　　1、能源監(jiān)測管理
　　
　　能源監(jiān)測管理需要在IDC機房內(nèi)建立用電測量機制，通過加裝智能電表等傳感裝置，對機房中各類設(shè)備的用電量進行采集、記錄、分析和評價，以便及時、準確及全面了解機房主設(shè)備、配套設(shè)備等各部分用電情況，評估機房能源利用效率，發(fā)現(xiàn)影響能效的主要問題，并在機房節(jié)能方案實施后對節(jié)能效果進行評估。
　　
　　能耗測量級別是考查機房能耗測量的深入和細致程度。按照級別由低到高可以分為L1-L3共三個級別。
　　
　　目前機房傳統(tǒng)的能耗測量，通過在機房內(nèi)每列機柜列頭布置電源列頭柜，每個機柜內(nèi)布置傳統(tǒng)PDU；在電源列頭柜內(nèi)配置多功能數(shù)顯表，并配置智能接口，將電源列頭柜所有輸出分路電壓、電流和電度值等數(shù)據(jù)輸出至監(jiān)控中心能耗監(jiān)測系統(tǒng)；也即是對電源列頭柜內(nèi)輸出分路連接到機柜內(nèi)的PDU的電壓、總電流、總功耗進行測量，實現(xiàn)精確到單個機柜的能耗測量，即目前機房能耗測量可實現(xiàn)L3級別，但無法了解到PDU上每一位插座所連接的一臺設(shè)備的能耗。
　　
　　為了進一步提高測量精細度，細化測量粒度，智能PDU進線端集成電流監(jiān)控模塊，采樣測量每一位插座的電流、功耗等等，實現(xiàn)精確到機柜內(nèi)每一臺設(shè)備的電流、功耗監(jiān)測。
　　
　　2、環(huán)境監(jiān)測管理
　　
　　IDC機房規(guī)模越來越大，消耗的電能、空調(diào)冷量也越來越多，對機房內(nèi)環(huán)境的要求更是越來越高。機房環(huán)境中的高溫、低溫或溫度快速波動都會影響設(shè)備板卡的電子和物理特性，造成運行故障。所以需要實時監(jiān)測IDC機房內(nèi)的環(huán)境溫度、反饋調(diào)節(jié)并消除機房局部溫度過高或過低等問題。
　　
　　目前機房傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測，通過在機房內(nèi)的分布式安裝溫度傳感器、濕度傳感器，進行組網(wǎng)并采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)送至監(jiān)控中心。將機房內(nèi)的溫度、濕度等分布情況反映在監(jiān)控中心機房2D/3D視圖上，從而了解機房IT設(shè)備的運行環(huán)境，對局部過熱、過冷、過濕、過干等區(qū)域進行定位處理。
　　
　　傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要在建設(shè)階段，在機房內(nèi)均勻選取合適的測量點進行傳感器安裝、電源線和信號線布放，形成組網(wǎng)，工程實施繁瑣；傳感器內(nèi)置電池需定期更換，增大了運營維護的工作量；傳感器通常布置在機柜熱通道或冷通道內(nèi)，每通道2～3個，即實現(xiàn)通道級別的環(huán)境監(jiān)測。
　　
　　為了進一步提高測量精細度，細化測量粒度，PDU殼體內(nèi)集成溫度、濕度、其他傳感器（例如消防煙霧、門禁、資產(chǎn)定位）等，實時監(jiān)測每一個機柜內(nèi)設(shè)備的運行環(huán)境情況。
　　
二、智能PDU研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
　　
　　近年來，國內(nèi)外PDU廠家，在產(chǎn)品研發(fā)方面，積極開展科技創(chuàng)新。常規(guī)的PDU為了滿足IDC數(shù)據(jù)中心的各種應(yīng)用需求，除了要提供防雷防浪涌、過載保護器等功能以外，昌遂從不同的研究方向為滿足不同的市場需求，逐步開發(fā)出了具備通訊功能、傳感器檢測功能、遠程管理控制等智能化功能的各種智能PDU產(chǎn)品。
　　
　　1、 電流監(jiān)測模塊
　　
　　通過在傳統(tǒng)的PDU進線端集成電流監(jiān)控模塊，對PDU總進線電流、每一位分路插座的電流進行監(jiān)測，對機柜內(nèi)IT設(shè)備的供配電進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)精確到插座級的監(jiān)測。
　　
　　其中電流監(jiān)測模塊可以根據(jù)需要設(shè)計成不同的樣式，并內(nèi)置數(shù)字顯示器，顯示電流、電流，對達到電流閾值的電流還可以設(shè)置預(yù)警功能。
　　
　　2、 遠程管理模塊
　　
　　在集成電流監(jiān)測模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊后，形成物聯(lián)網(wǎng)，繼而通過TCP/IP模式實現(xiàn)對所有PDU進行管理，開發(fā)WEB管理頁面，通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)對各機房機柜內(nèi)IT設(shè)備的電源進行監(jiān)測、控制和管理。
　　
三、智能PDU的主要功能結(jié)構(gòu)
　　
　　本文擬提出結(jié)合目前已有的智能PDU的電流監(jiān)測模塊、溫控管理模塊、遠程管理模塊，并進一步提高集成度，在PDU殼體內(nèi)集成溫度傳感器、濕度傳感器等等，形成物聯(lián)網(wǎng)進行管理。
　　
　　1、 電力監(jiān)測
　　
　　監(jiān)測對象：對機柜內(nèi)PDU每一位插座的供配電進行實時監(jiān)測。
　　監(jiān)測實現(xiàn)：將為機柜內(nèi)PDU供電的線路與電流監(jiān)測采集模塊相連；實時的監(jiān)測機柜內(nèi)每一臺IT設(shè)備供電的電流、電壓等。
　　
　　2、 溫濕度監(jiān)測
　　
　　監(jiān)測對象：對機柜內(nèi)各分段區(qū)域的溫度、濕度進行實時監(jiān)測。
　　監(jiān)測實現(xiàn)：將溫度傳感器、濕度傳感器集成在PDU殼體內(nèi)，按機柜高度分為上中下三個區(qū)段，分別安裝傳感器，傳感器支持RS485串口，可以設(shè)置地址碼，每個傳感器上面有液晶屏顯示，在多個傳感器之間用4芯線串接，再通過有線采集單元的串口連接，系統(tǒng)通過傳感器不同的地址碼來區(qū)別每個位置的傳感器；實時顯示溫度傳感器、濕度傳感器所在位置的溫度、濕度變化情況。
　　
　　3、 煙霧監(jiān)測
　　
　　監(jiān)測對象：對機柜內(nèi)的煙霧進行監(jiān)測。
　　監(jiān)測實現(xiàn)：在機柜PDU殼體內(nèi)布置煙霧傳感器，通過有線或無線采集單元形成物聯(lián)網(wǎng)，當機柜內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備起火時，會立即報警；實時監(jiān)控各區(qū)域煙霧報警狀態(tài)。
　　
　　4、 門磁監(jiān)測
　　
　　監(jiān)測對像：對機柜門實施開關(guān)進出管理。
　　監(jiān)測實現(xiàn)：通過加裝門磁傳感器，將其連接匯總到PDU的數(shù)據(jù)采集單元的接口上；實現(xiàn)監(jiān)測機柜門的狀態(tài)。
　　
　　5、WEB管理平臺
　　
　　智能PDU的WEB管理平臺主要體現(xiàn)三方面特點：遠程管理、遠程監(jiān)測、遠程控制。
　　遠程管理：通過TCP/IP模式實現(xiàn)管理，WEB管理頁面直觀方便，可設(shè)置用戶密碼；通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)可對各機房機柜內(nèi)多臺設(shè)備的電源進行監(jiān)測、控制和管理。
　　遠程監(jiān)控：實施故障監(jiān)控、記錄、報警；可測量電壓、電流、電能、功率；在PDU殼體內(nèi)置集成電流傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器、腐蝕性氣體濃度監(jiān)測傳感器、門磁監(jiān)測等等，并可對電壓、電流、溫度、濕度超出設(shè)定范圍本地告警。
　　
　　遠程控制：遠程喚醒，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備斷電后無需去現(xiàn)場按電源按鈕，直接通過PDU喚醒重啟。
　　
　　6、 其他智能功能
　　
　　此外，還可通過內(nèi)置其他控制電路使得PDU具備其他智能功能。
　　定時功能：定時開關(guān)設(shè)備電源，可降低機房內(nèi)設(shè)備的使用率，延長其使用壽命。
　　延時順序開機：每路通道支持延時順序加電，避免設(shè)備同加電給電源和設(shè)備本身帶來沖擊。
　　多功能性：針對TCP/IP協(xié)議提供常用網(wǎng)絡(luò)工具。
　　可靠性：用戶實時控制無需斷電重啟設(shè)備，避免某些設(shè)備因斷電引起不必要的麻煩。
　　
　　智能PDU采用傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)等多種實現(xiàn)技術(shù)，可通過WEB瀏覽器或命令行界面遠程控制，開展PDU級和各個插座級的功率計量，以了解每一個機柜內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)備和IT設(shè)備的電能消耗情況；可以設(shè)定基于用戶定義的閾值的警報；可以嚴格密碼、身份驗證、授權(quán)和加密的方式提供安全性；切換設(shè)備的所有功能（遠程加電/斷電功能、插座級的切換和順序加電），并提供實時環(huán)境監(jiān)測功能；為運維管理人員提供一套完整的在數(shù)據(jù)中心用電和環(huán)境的監(jiān)控管理解決方案。
　　
四、 智能PDU技術(shù)展望
　　
　　智能PDU為數(shù)據(jù)中心運維管理人員提供了提高運營生產(chǎn)率和電力供應(yīng)效率所需的控制。方便管理人員可從任何地方通過Web瀏覽器遠程重新啟動服務(wù)器和IT設(shè)備，以提高運行時間和工作效率。精細化管理，智能電源管理解決方案的遠程電源解決方案簡化了對數(shù)據(jù)中心的電力資源的訪問和控制。使IT管理員和設(shè)備管理者能夠改善系統(tǒng)運行時間和提高員工工作效率，從而更高效地制定生產(chǎn)規(guī)劃，以及有效利用能源，以節(jié)省電能和成本。智能PDU還能追蹤各類環(huán)境傳感器收集到的數(shù)據(jù)中心溫度、濕度、煙霧、門禁等信息。
　　
　　目前智能PDU擁有以下六大好處：
　　
　　PDU安裝在IT設(shè)備機架上，有效地提高運行時間和員工工作效率，可從世界上任何地方通過Web瀏覽器遠程重新啟動服務(wù)器和IT設(shè)備，以提高運行時間和工作效率。
　　
　　插座級監(jiān)控可確定對IT設(shè)備的一些簡單調(diào)整，以在機架之間平衡電力供應(yīng)需求。使用PDU級監(jiān)控，可以很容易地設(shè)置閾值，由此能夠得知何時接近電流限制。同時還使用插座級監(jiān)視，從而確定需要更換的設(shè)備，以保證安全。
　　
　　調(diào)整數(shù)據(jù)中心時，溫度傳感和環(huán)境配置文件非常重要，可導致違反常規(guī)的溫度變化。智能PDU可幫助確保正確的空氣流動模式，以優(yōu)化機架級的溫度效率。用戶可配置插座級延遲，可實現(xiàn)順序加電，以防止電路在IT設(shè)備出現(xiàn)勵磁涌流時跳閘。保持電源插座斷開或僅在需要時打開，可防止IT設(shè)備插入重負載電路或電流斷路器有跳閘危險的電路。
　　
　　通過結(jié)合使用插座級電源監(jiān)控和趨勢分析，可分別監(jiān)控各服務(wù)器，一直以峰值功率30%運行的服務(wù)器是虛擬化或即將退役的候選服務(wù)器。
　　
　　遠程電力循環(huán)可節(jié)省成本，因為IT管理人員可迅速重新啟動掛起或崩潰的服務(wù)器和IT設(shè)備，而且不會產(chǎn)生站點訪問費用。
　　
　　常見數(shù)據(jù)中心錯誤是過度冷卻IT設(shè)備。過熱可縮短IT設(shè)備壽命或?qū)е略O(shè)備故障，但過度冷卻不會延長設(shè)備壽命，也不會浪費能源。溫度和濕度感應(yīng)器幫助數(shù)據(jù)中心管理人員優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)和濕潤作用設(shè)置，提高效率。這些基本節(jié)能功能可以在保障機房安全運行的基礎(chǔ)上，將節(jié)省現(xiàn)有機房30%以上的能耗，同時使機房的管理更加精細化，管理更加集中。
　　
　　智能PDU的高集成度、高精度、高顆粒度的產(chǎn)品設(shè)計建議，將傳統(tǒng)PDU與電流、功耗、溫度、濕度、煙霧、空氣腐蝕性其他濃度、門禁等監(jiān)測傳感器集成在一起，形成智能物聯(lián)網(wǎng)，并將測量顆粒度從每一列機柜精確到每一個機柜，并能替代數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)；通過將監(jiān)控系統(tǒng)與其他配套系統(tǒng)形成互動，可實現(xiàn)對IT設(shè)備的供配電、運行環(huán)境的智能追蹤、智能控制。隨著數(shù)據(jù)中心建設(shè)超大規(guī)模、高度集中的發(fā)展趨勢，未來運維管理面臨著巨大的考驗，物聯(lián)網(wǎng)智能PDU能夠有效降低設(shè)備維護、維修、操作和IT支持的運維成本，提升運營商現(xiàn)有的產(chǎn)品或服務(wù)的價值。
　　
五、 結(jié)束語
　　
　　IDC機房內(nèi)每個機柜均配備PDU，若能在PDU上集成溫度、濕度傳感器、電流計量、插座監(jiān)測模塊，將減少兩套子系統(tǒng)建設(shè)的工程量，有助于對IDC數(shù)據(jù)中心形成精確到機柜插座級別的能耗監(jiān)測和精確到機柜的溫濕度環(huán)境監(jiān)控，有助于IDC數(shù)據(jù)中心的運維管理。
　　
　　對常規(guī)PDU提出高集成度產(chǎn)品設(shè)計建議，內(nèi)置溫度、濕度傳感器、其他傳感器（例如消防煙霧、門禁、資產(chǎn)定位）等，并采用網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)形成物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取，形成IDC數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控、能耗監(jiān)控的新技術(shù)和新設(shè)備，以提高IDC數(shù)據(jù)中心機房能效管理水平，起到節(jié)能減排作用。