用于在数据中心中预测温度值的系统和方法

专利名称：用于在数据中心中预测温度值的系统和方法
用于在数据中心中预测温度值的系统和方法发明背景发明领域根据本发明的至少一个实施例通常涉及一种用于数据中心管理和设计的系统和方法，特别是涉及一种用于在数据中心预测最大的冷却器和机柜容量以及相关温度的系统和方法。
背景技术：
响应于对基于信息经济的增长需求，信息技术网络在全球持续扩展。这种增长的一个表现形式是集中化网络数据中心。集中化网络数据中心通常包括各种信息技术设备， 配置在提供网络连通性、电能和冷却功能的结构中。通常，该设备被收纳在术语叫做“机柜 (racks)，，的专门的外壳中，它集成了这些连通性、能源和冷却元件。在某些数据中心配置中，这些行被组织为热的和冷的通道，来降低冷却信息技术设备相关的成本。这些特征使数据中心以成本有效的方式来传递多个软件应用所要求的计算能力。各种处理和软件应用，例如从 West Kingston, RI 的 American Power Conversion Corporation获得的hfrastruXure Central产品，已经被开发辅助数据中心人员设计和维护有效率的和有效用的数据中心配置。这些工具通常通过一些动作来指导数据中心人员，例如设计数据中心结构，在构造和安装完成之后、安装和再定位设备之前将设备定位在数据中心中。因此，传统的工具集合向数据中心人员提供了标准化和可预测的设计方法学。
发明概要本发明的第一方面涉及一种用于在数据中心中评估设备的计算机可执行方法，该设备包括多个设备机柜，以及至少一个冷却供应器。该方法包括接收有关多个设备机柜的每一个和至少一个冷却供应器的数据，该数据包括设备机柜和至少一个冷却供应器的布局，以及每个设备机柜的功率汲取值，存储接收的数据，根据功率汲取和布局，对至少一个冷却供应器确定最大冷却器容量，对于每一个设备机柜，根据布局和最大冷却器容量，确定最大机柜容量，并显示至少一个设备机柜的最大机柜容量的指示。至少一个冷却供应器可以是多个冷却供应器，并且该方法还可以包括根据多个冷却供应器的最大空气返回温度，确定每个冷却供应器的最大冷却器容量。在该方法中，确定每个设备机柜的最大机柜容量可以包括根据每个设备机柜中的可用空间和每个设备机柜的可用功率，确定最大机柜容量。该方法还可以包括根据数据中心的气流确定每个设备机柜的冷却性能。该方法还可以包括根据基于数据中心的总冷却负载和数据中心的总功率负载的差值确定的环境温度，确定至少一个冷却供应器的冷却负载。在该方法中，确定至少一个冷却供应器的冷却负载可以包括根据基于环境温度确定的冷却器返回温度确定冷却器负载，以及显示最大机柜容量的指示可以包括显示具有连同设备机柜的模型显示的设备机柜的最大机柜容量的指示的数据中心的模型。
本发明的另一方面涉及一种用于在数据中心中评估设备的系统，该设备包括多个设备机柜，以及至少一个冷却供应器。该系统包括接口、连接到接口的控制器被配置来接收有关多个设备机柜和至少一个冷却供应器的数据，该数据包括设备机柜和至少一个冷却供应器的布局，以及每个设备机柜的功率汲取值，在与系统相关的存储设备中存储接收的数据，根据布局和功率汲取，确定至少一个冷却供应器的最大冷却器容量值，以及对于每个设备机柜，根据布局和最大冷却器容量值，确定最大机柜容量。在系统中，至少一个冷却供应器可以是多个冷却供应器，并且该控制器还可以被配置为确定多个冷却供应器的每一个的最大冷却器容量值。该控制器可以被配置为，根据每个设备机柜中的可用空间和每个设备机柜的可用功率，确定最大机柜容量。该控制器还可以被配置为，根据数据中心的气流确定每个设备机柜的冷却性能，根据基于数据中心的总冷却负载和数据中心的总功率负载的差值确定的环境温度，确定至少一个冷却供应器的冷却负载。该控制器还可以被配置为，根据基于环境温度确定的冷却器返回温度确定冷却器负载。该系统还可以包括连接到控制器的显示器，该控制器可以被配置为显示最大机柜容量的指示。本发明的另一方面涉及一种存储指令序列的计算机可读介质，包括的指令可以使处理器接收有关多个设备机柜和至少一个冷却供应器的数据，该数据包括设备机柜和至少一个冷却供应器的布局，以及每个设备机柜的功率汲取值，在存储设备中存储接收的数据，根据布局和功率汲取，确定至少一个冷却供应器的最大冷却器容量值；以及对于每个设备机柜，根据布局和最大冷却器容量值，确定最大机柜容量。至少一个冷却供应器可以是多个冷却供应器，并且指令序列包括的指令可以使处理器确定每一个冷却供应器的最大冷却器容量值，根据每个设备机柜中的可用空间和每个设备机柜的可用功率，确定最大机柜容量。该指令序列包括的指令可以使处理器根据数据中心的气流确定每个设备机柜的冷却性能。该指令序列包括的指令可以使处理器根据基于数据中心的总冷却负载和数据中心的总功率负载的差值确定的环境温度，确定至少一个冷却供应器的冷却负载。该指令序列包括的指令可以使处理器根据基于环境温度确定的冷却器返回温度确定冷却器负载。另一方面涉及一种计算机可执行方法，用于在数据中心中评估设备的冷却性能， 该设备包括多个设备机柜，以及至少一个冷却供应器。该方法包括接收有关多个设备机柜的每一个和至少一个冷却供应器的数据，该数据包括设备机柜和至少一个冷却供应器的布局，以及每个设备机柜的功率汲取值，存储接收的数据，确定在至少一个冷却供应器和每个设备机柜之间的气流，根据布局、功率汲取和气流确定至少一个冷却供应器的入口和出口空气温度，对于每个设备机柜，根据布局、功率汲取和气流确定入口和出口空气温度，并显示多个设备机柜的每一个和至少一个冷却器的入口和出口温度的指示。在该方法中，确定设备机柜的每一个和至少一个冷却供应器的入口和出口温度可以包括建立一组S耦合方程，S等于要被确定的温度值的数量，并求解这个S耦合方程。在该方法中，至少一个冷却供应器可以是多个冷却供应器，并且该方法还可以包括根据多个冷却供应器的最大入口空气温度，确定每个冷却供应器的最大冷却器容量值。 该方法还可以包括根据每个设备机柜的可用空间、根据每个设备机柜的可用功率、以及根据多个冷却供应器的至少一个最大冷却器容量，确定每个设备机柜的最大机柜容量。该方法还可以包括根据数据中心的气流确定数据中心的环境空气温度。在该方法中，N等于数据中心中冷却供应器的数量，η等于多个设备机柜的数量，S等于两倍的N加上两倍的η加上1。在该方法中，求解S耦合方程可以包括通过在逐段线性方程中识别断点，以及利用断点前后不同的线性方程，求解S耦合方程的至少一个逐段线性方程。在该方法中，求解S耦合方程可以包括利用迭代处理来重复求解S耦合方程，以获得每个设备机柜和至少一个冷却供应器的入口和出口温度的最终值。在该方法中，显示多个设备机柜的每一个和至少一个冷却器的入口和出口温度的指示可以包括利用显示具有在模型上显示的指示的数据中心的模型。在另一方面，提供一种用于在数据中心中评估设备的系统，该设备包括多个设备机柜，以及至少一个冷却供应器。该系统包括接口、连接到接口的控制器被配置来接收有关多个设备机柜和至少一个冷却供应器的数据，该数据包括设备机柜和至少一个冷却供应器的布局，以及每个设备机柜的功率汲取值，在与系统相关的存储设备中存储接收的数据，根据通过建立一组S耦合方程接收的数据，确定至少一个冷却供应器和多个设备机柜的每一个的入口和出口温度，S等于要被确定的温度值的数量，并求解这个S耦合方程。在该系统中，至少一个冷却供应器可以是多个冷却供应器，并且控制器还可以被配置为根据多个冷却供应器的最大入口温度，确定多个冷却供应器的每一个的最大冷却器容量值。在该系统中，确定每个设备机柜的最大机柜容量包括根据每个设备机柜的可用空间和每个设备机柜的可用功率确定最大机柜容量。在该系统中，控制器还可以被配置为根据数据中心的气流确定数据中心的环境空气温度。在该系统中，N等于数据中心中冷却供应器的数量，η等于多个设备机柜的数量，S等于两倍的N加上两倍的η加上1。在该系统中， 求解S耦合方程可以包括通过在逐段线性方程中识别断点，以及利用断点前后不同的线性方程，求解S耦合方程的至少一个逐段线性方程。在该系统中，求解S耦合方程可以包括利用迭代处理来重复求解S耦合方程，以获得每个设备机柜和至少一个冷却供应器的入口和出口温度的最终值。本发明的另一方面涉及一种存储指令序列的计算机可读介质，包括的指令可以使处理器接收有关多个设备机柜和至少一个冷却供应器的数据，该数据包括设备机柜和至少一个冷却供应器的布局，以及每个设备机柜的功率汲取值，在与系统相关的存储设备中存储接收的数据，根据通过建立一组S耦合方程接收的数据，确定至少一个冷却供应器和多个设备机柜的每一个的入口和出口温度，S等于要被确定的温度值的数量，并求解这个S 耦合方程。至少一个冷却供应器可以是多个冷却供应器，指令序列包括的指令可以使处理器根据多个冷却供应器的最大入口温度，确定多个冷却供应器的每一个的最大冷却器容量值。该指令序列包括的指令可以使处理器数据中心的气流确定数据中心的环境空气温度。附图的简要说明相应的附图并不意味着按比例绘制。在附图中，在各种附图中示出的每个相同的或几乎相同的组件由相同的数字代表。为了简洁，在每个附图中没有标记每一个组件。在附图中附

图1示出了可以根据本发明实施各个方面的示例计算机系统；附图2示出了包括实施例的示例分布式系统；
附图3示出了根据本发明一个实施例的显示屏的例子；附图4示出了根据本发明一个实施例的第一处理的流程图；附图5示出了根据本发明一个实施例的第二处理的流程图；附图6示出了根据本发明一个实施例的第三处理的流程图；附图7示出了根据本发明一个实施例的第四处理的流程图；附图8示出了根据本发明一个实施例的第五处理的流程图；附图9示出了根据本发明一个实施例的第六处理的流程图；附图10示出了根据本发明一个实施例的第七处理的流程图；附图11示出了根据至少一个实施例可以被分析的数据中心的例子；附图12示出了根据一个实施例的处理的流程图；附图13示出了根据一个实施例的处理的流程图；附图14是示出了根据至少一个例子使用的数据中心的例子的附图；附图15是根据一个实施例的处理的流程图。发明的详细说明根据本发明的至少某些实施例涉及系统和处理，用户可以通过系统和处理来设计和分析数据中心配置。通过允许用户创建数据中心配置的模型，这些系统和处理可以促进这种设计和分析，由此可以确定性能规格。系统和用户可以采用这些性能规格来确定满足各种设计目标的可变数据中心配置。如2008年1月M日提交的标题为“用于评估设备机柜冷却的系统和方法 (System and Method for Evaluating Equipment Rack Cooling) ” 白勺 _ _ # 禾Ij 串 i青 No. 12/019, 109(这里称为“109申请”)，以及2006年1月27日提交的标题为“用于管理设备功率禾口冷却的方法禾口系统(System and Method for Managing Facility Power and Cooling)”的美国专利申请No. 11/342，300(这里称为“300申请”)所述，它们都被转让给本发明的受让者，因此它们的全部内容在此结合以供参考，现代数据中心中的典型设备机柜汲取机柜前方的冷气，并将空气从机柜背部排出。设备机柜，以及成行的冷却器典型地被排列成行，在数据中心中产生交替的冷热通道的交替前/后配置，机柜每行的前面面对冷通道，机柜每行的背部面对热通道。被冷通道分隔的设备机柜的相邻的行可以被称为冷通道机柜组，被热通道分隔的设备机柜的相邻行可以被称为热通道机柜组。此外，设备的单独的行还可以通过自身形成冷通道机柜组和热通道机柜组。对于本领域普通技术人员显而易见，设备机柜行可以是多个热通道机柜组和多个冷通道机柜组。在此的说明书和权利要求书中，机柜中的设备，或者机柜本身，可以被称为冷却消耗体，按行排列的冷却单元和/ 或计算机房空调(CRACs)可以被称为冷却提供者。在参考的申请中，提供了用于在数据中心中分析机柜组的冷却性能的工具。在这些工具中，可以针对不同布局执行多种分析，尝试优化数据中心的冷却性能。在至少一个实施例中，提供了一种方法，用于在数据中心中执行对设备布局的实时分析，确定布局中的冷却器的最大容量，并根据冷却器的最大容量，以及下述其它考虑因素，向与冷却器协同定位的设备机柜提供最大电负载。该方法可以结合具有预测各机柜组冷却性能和在数据中心中执行其它设计和分析功能的能力的系统或工具。在至少某些实施例中，方法和工具提供了对设备机柜和冷却供应器的入口和出口的空气温度，以及数据中心的环境温度的预测。根据本发明这里描述的方面，没有将它们的应用限制在以下说明书提到的或者附图中示出的组件的构造和配置的细节。这些方面能够假设其它实施例，并采用各种方式来实现或执行。在此提供的特定实施方式的例子仅仅是出于示例性的目的，并不意欲限制。特别的，结合任意一个或多个实施例讨论的元件和特征并不意欲从任意其它实施例中的类似作用中排除。例如，根据本发明的一个实施例，计算机系统被配置为执行这里所述的任意功能， 包括但不限于，配置、建模和显示有关特定数据中心配置的信息。此外，实施例中的计算机系统可以被用来在数据中心中自动测量环境参数，并控制设备，例如冷凝器或冷却器，来优化性能。此外，这里所述的系统可以被配置为包括或排除这里所述的任意功能。因此，本发明并不限于特定功能或功能组。同样，这里做使用的用语和术语是出于说明的目的，应该不被认为是限制。这里使用的“包括(including) ”、“包括(comprising)，，、“具有(having)”、 “包含(containing)”、“涉及(involving) ”及其变型的含义是包含此后列出的术语及其等价物，以及其它的术语。计算机系统根据本发明这里描述的各种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。有许多目前正在使用的计算机系统的例子。这些例子包括，尤其是，网络设备、个人电脑、工作站、大型机、网络客户、服务器、媒体服务器、应用程序服务器、数据库服务器和网络服务器。计算机系统的其它例子可以包括移动计算设备，例如蜂窝电话和个人数字助理，以及网络设备，例如负载均衡器、路由器和交换机。此外，根据本发明的各方面可以位于单独一个计算机系统上，或者可以分布在连接到一个或多个通信网络的多个计算机系统中。例如，各个方面和功能可以分布在一个或多个计算机系统中，该计算机系统被配置为向一个或多个客户计算机提供服务，或者执行全面任务作为分布式系统的一部分。此外，各个方面可以在客户-服务器或者多层系统上执行，该多层系统包括分布在执行各种功能的一个或多个服务器系统中的组件。因此，本发明并不限于在任意特定系统或系统组上执行。此外，各个方面可以采用软件、硬件或固件、及其任意组合的方式实现。因此，根据本发明的各方面可以利用各种硬件和软件配置在方法、动作、系统、系统元件和组件中实现，并且本发明并不限于任意特定的分布式结构、网络或者通信协议。附图1示出了分布式计算机系统100的框图，其中可以实现根据本发明的各个方面和功能。分布式计算机系统100可以包括一个或多个计算机系统。例如，如所示，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如所示，计算机系统102、104和106是通过通信网络108相互连接的，并且可以通过通信网络108交换数据。网络108可以包括任意可以使计算机系统交换数据的通信网络。为了利用网络108交换数据，计算机系统102、 104和106以及网络108可以使用各种方法、协议和标准，包括特别是，令牌环、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap 和 Corba。为了保证数据交换的安全，计算机系统102、104和106可以利用各种安全措施通过网络108传送数据，包括特别是TSL、SSL或VPN安全技术。虽然分布式计算机系统100示出了三种网络计算机系统，分布式计算机系统100可以包括任意数量的计算机系统和计算设备、利用任意介质和通信协议的网络。根据本发明的各种方面和功能可以被实现为执行如附图1所示的包括计算机系统102的一个或多个计算机系统的特定硬件或软件。如所示，计算机系统102包括处理器 110、内存112、总线114、接口 116和存储器118。处理器110可以执行产生操作数据的指令序列。处理器110可以是商业上可用的处理器，例如英特尔奔腾、摩托罗拉Power PC、SGI MIPS,Sun UltraSPARC或者惠普PA-RISC处理器，但是可以是任意类型的处理器或控制器， 如多数其它可用的处理器和控制器。处理器110通过总线114被连接到其它系统元件，包括一个或多个内存设备112。内存112可以被用于存储操作计算机系统102期间的程序或数据。因此，内存112 可以是相对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)或者静态存储器(SRAM)。然而，内存112可以包括用于存储数据的任意设备，例如磁盘驱动器或者其它的非易失性存储设备。根据本发明的各种实施例，在某些情况下，可以组织内存112为特定的唯一的结构，来执行这里公开的方面和功能。计算机系统102的组件可以通过互连元件来连接，例如总线114。总线114可以包括一个或多个物理总线，例如在相同机器中集成的组件之间的总线，但是可以包括在系统元件之间的任意通信连接，包括特定的或者标准的计算总线技术，例如IDE、SCSI、PCI和 InfiniBand.因此，总线114使得在计算机系统102的系统组件之间可以交换通信，例如数据和指令。计算机系统102还包括一个或多个接口设备116，例如输入设备、输出设备和输入 /输出设备的组合。接口设备可以接收输入或提供输出。尤其是，输出设备可以反映外部表现的信息。输入设备可以接收来自外部来源的信息。接口设备的例子包括键盘、鼠标设备、 追踪球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备允许系统102 与外部实体交换信息和通信，例如用户或者其它系统。存储系统118可以包括计算机可读和可写的非易失性存储介质，其中存储了由处理器执行的定义程序的指令。存储系统118还可以包括存储在介质上或者介质中的信息， 该信息可以由程序处理。特别的，信息可以被存储在一个或多个数据结构中，特别是配置来保存存储空间或者提高数据交换性能。该指令可以持续存储为编码信号，并且该指令可以使处理器执行这里所述的任意功能。例如，尤其是该介质可以是光盘、磁盘或闪存。在操作中，处理器或某些其它控制器可以将数据从非易失性记录介质读取到另一个存储器，例如内存112，相比较于包括在存储系统118中的存储介质，由处理器访问信息更加快速。内存可以位于存储系统118中，或者在内存112中，然而，处理器110可以操作内存112中的数据，并在处理完成后将该数据复制到与存储系统118相关的介质中。各种组件可以管理数据在介质和集成电路存储器元件中的移动，本发明并不限于此。此外，本发明并不限于特定内存系统或存储器系统。尽管计算机系统102以举例的方式示出，作为根据本发明可以实现各种方面和功能的一种类型的计算机系统，本发明的各方面并不限于在附图1所示的计算机系统上实施。根据本发明的各方面和功能可以在具有与附图1所示不同的结构或组件的一个或多个计算机上实施。例如，计算机系统102可以包括特别编程的、专用目的硬件，例如特制的特定用途集成电路(ASIC)，来执行这里公开的特定操作。同时，另一个实施例可以利用若干运
9行摩托罗拉Power PC处理器的MAC OS系统的通用目的计算设备，以及若干运行专用硬件和操作系统的专用计算设备，来执行相同的功能。计算机系统102可以是包括操作系统的计算机系统，其管理包括在计算机系统 102中的硬件元件的至少一部分。通常，处理器或控制器，例如处理器110，在操作系统上执行，其可以是例如基于Windows的操作系统，例如可以从微软公司获得的Windows NT、 Windows 2000 (Windows ME)、Windows XP 或者 Windows Vista 操作系统，从可以从苹果公司获得的MAC OS系统X，多个基于Linux操作系统分布之一，例如，可以从Red Hat Inc.获得的Linux操作系统，可以从Sun Microsystem获得的Solaris操作系统，或者可以从各种来源获得的UNIX操作系统。可以使用多种其它的操作系统，并且实施例并不限于任意特定的实施方式。处理器和操作系统一起定义了计算机平台，可以写入高级编程语言的应用程序。 这些组件应用是可执行的，中间的，例如C-、字节码或者利用通信协议例如TCP/IP，通过通信网络例如互联网，通信的翻译码。类似的，根据本发明的方面可以利用面向对象的可编程语言来实现，例如.Net、SmallTalk、Java、C++、Ada或者C#(C型)。还可以使用其它的面向对象编程语言。可替代的，可以函数的、脚本的或者逻辑编程语言。另外，根据本发明的各种方面和功能可以在非编程环境中执行，例如，HTML、XML或其它格式创建的文档，当在浏览器程序中查看是，呈现图形用户界面的样子或者执行其它功能。此外，根据本发明的各种实施例可以实施为编程的或者非编程的元件或其任意组合。 例如，web页可以利用HTML实现，同时在web页中调用的数据对象可以用C++编写。因此， 本发明并不限于特定的编程语言，任意合适的编程语言同样可以使用。此外，在至少一个实施例中，可以利用VBA Excel实施工具。包括在实施例中的计算机系统可以执行本发明以外的其它功能。例如，系统的方面可以利用现有商业产品实现，例如数据库管理系统，比如可以从kattle WA的微软获得的 SQL Server, Redwood Shores 的 Oracle 的 Oracle 数据库，以及 Uppsala 的 MySQL AB 的 MySQL，Sweden或者集成软件，比如Armonk NYmiBMW^ieb Sphere中间件。然而，运行例如SQL krver的计算机系统可以能够支持根据本发明的方面，以及没在本发明范围内的各种应用的数据库。示例系统机构附图2示出了包括分布式系统200的物理和逻辑元件的环境图。如所示，分布式系统200是根据本发明特别配置的。关于附图2列举的系统结构和内容仅仅出于举例的目的，并不意味着限制本发明为附图2所示的特定结构。对于本领域普通技术人员显而易见， 可以构造许多不同的系统结构，而不背离本发明的范围。附图2所呈现的特定配置是为了清楚而选择的。信息可以利用任意技术在附图2所示的元件、组件和子系统之间传递。这种技术包括，例如，通过TCP/IP在网路上传递信息，在存储器的模块之间传递信息，通过写入到文件、数据库或某些其它非易失性存储设备来传递信息。其它技术和协议也可以使用，而不脱离本发明的范围。参考附图2，系统200包括用户202、接口 204、数据中心设计和管理系统206、通信网络208和数据中心数据库210。系统200可以允许用户202，例如数据中心构造者或其它数据中心人员，与接口 204交互，创建或修改一个或多个数据中心配置的模型。根据一个实施例，接口 204可以包括地板编辑器(floor editor)和机柜编辑器(rack editor)，如2008 年5月15日提交的标题为用于管理设备功率和冷却的方法和系统(METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING)的2012年5月2日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月8日
发明者C·M·希利, J·W·范吉尔德, 张轩杭 申请人:美国能量变换公司