基于CFD仿真的数据中心可视化监控方法、系统、设备及介质与流程

基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法、系统、设备及介质
技术领域
1.本发明涉及智能监控领域，更具体地，涉及基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.数据中心的环境条件是保证机柜中服务器正常运行的基础，特别是随着服务器集成度越来越高，目前部署在普通机房(数据中心)中的高密度服务器机柜的单柜功率已达到20kw，机房环境的任何偏差均可能导致服务器因为高温而宕机，给用户造成不可估量的损失。
3.目前数据中心环境条件主要依靠部署在数据中心的恒温恒湿空调系统提供温度调节，空调系统通过预先设定的控制参数对空调送风温度、送风量调整，达到数据中心环境温度、湿度目标值。现有技术中基于对机房环境的实时监控数据对空调系统进行控制，基于在机房现场布置的温度传感器形成的温度云图在某种程度上满足了机房环境监控的直观性需求，但其精度受部署的传感器数量限制，传感器数量越多，其温度云图准确性相对较高，传感器数量越少，其温度云图偏差就越大，但传感器的数量涉及到成本的增加。
4.另一方面，目前基于温度传感器形成的温度云图仅能展示当前数据中心温度分布情况，无法对温度场形成的条件、原因进行分析。机房内温度场分布受气流组织、温度、速度、压力以及浮升力等因素影响，只有通过对以上因素综合分析，才能从源头上实现对数据中心温度分布情况的精确掌握，降低数据中心运行风险。
5.现有技术中会采用cfd(computational fluid dynamics)仿真工具对流体的流动和传热等物理现象进行系统分析的技术，通过计算机进行数值计算和图像显示，可对流体的流动和传热等物理现象进行系统分析，是能够全面且准确获取机房内各种物理因素的一种有效手段。通过cfd数值模拟能精确获得机房的各个物理参数分布，同时可分析各参数之间的关系，但是由于其计算时间过长，无法满足实时监控并预警的要求。


技术实现要素：

6.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法、系统、设备及介质，用于解决现有技术中无法准确分析对温度场形成的条件和原因，且利用仿真软件进行计算时所需时间过长，无法实现实时监控并预警的问题。
7.本发明采用的技术方案包括：
8.第一方面，本发明提供一种基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法，包括：获取数据中心实时运行时的监控数据组；所述监控数据组至少包括所述数据中心内机柜的实时功率、地板的送风口温度及送风口速度，空调的回风口温度及回风口速度；将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配；若匹配成功，则显示与所述监控数据组匹配成功的数据组在所述cfd仿真结果数据库中对应的仿真结果；所述仿真结果为预先选定的任一剖面的温度场、速度场、压力场分布和/或气流组织流
线；若与所有作为初始条件的数据组均匹配失败，将所述监控数据组导入已验证的cfd物理模型，以使所述cfd物理模型进行迭代计算并输出新仿真结果，显示所述新仿真结果；将所述监控数据组作为初始条件，连同所述监控数据组对应的新仿真结果添加到所述cfd仿真结果数据库中。
9.第二方面，本发明提供一种基于cfd仿真的数据中心可视化监控系统，包括：数据采集模块，用于获取数据中心实时运行时的监控数据组；所述监控数据组至少包括所述数据中心内机柜的实时功率、地板的送风口温度及送风口速度，空调的回风口温度及回风口速度；匹配模块，用于将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配；显示模块，用于在所述匹配模块匹配成功时，显示与所述监控数据组匹配成功的数据组在所述cfd仿真结果数据库中对应的仿真结果；所述仿真结果为预先选定的任一剖面的温度场、速度场、压力场分布，以及气流组织流线中的一种或多种；数据更新模块，用于将所述监控数据组导入已验证的cfd物理模型，以使所述cfd物理模型进行迭代计算并输出新仿真结果，并将所述监控数据组作为初始条件，连同所述监控数据组对应的新仿真结果添加到所述cfd仿真结果数据库中；所述显示模块还用于在所述匹配模块匹配失败时，显示所述cfd物理模型输出的新仿真结果。
10.第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法。
11.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
13.本发明提供一种基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法，用于实时监控数据中心的环境情况，通过实时获取监控数据组与预先构建好的cfd仿真结果数据库中的数据组进行匹配，匹配成功后能够立即显示匹配成功的数据组对应的仿真结果，无需再将该监控数据组输入cfd物理模型进行仿真，省去了仿真过程中的迭代计算过程，已达到实时监控数据中心环境的效果。数据中心的运行维护人员能够通过仿真结果直观地了解数据中心的温度场、速度场以及压力场形成的因果关系，从而作出更加准确的控制策略，以保证数据中心内运行环境正常，降低由于机柜功率密度增加而产生的运行风险。而当cfd仿真结果数据库中没有与之匹配的数据组时，将该监控数据组输入cfd物理模型中进行仿真计算，从而得到新的仿真结果，并将该监控数据组以及新的仿真结果补充更新到cfd仿真结果数据库中，提高下一组监控数据组匹配成功的可能性。
附图说明
14.图1为本发明实施例1中的数据中心内部布局示意图。
15.图2为本发明实施例1的方法步骤s110～s150的流程示意图。
16.图3为本发明实施例1中温度场的仿真结果示意图。
17.图4为本发明实施例1中速度场的仿真结果示意图。
18.图5为本发明实施例1的方法步骤t110～t150的流程示意图。
19.图6为本发明实施例2的方法步骤s210～s254的流程示意图。
20.图7为本发明实施例2的方法步骤s210～s254中包含步骤s231～s232的流程示意图。
21.图8为本发明实施例3的系统模块组成示意图。
具体实施方式
22.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
23.实施例1
24.本实施例提供一种基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法，用于实时监控数据中心的环境情况，以及时应对数据中心出现的环境异常，具体是通过获取、计算和分析机房内多种物理参数以及物理参数之间的关系，以后续确定合理的运维策略，如应向恒温恒湿空调系统发出的控制信号。
25.作为示例说明，数据中心内部的布局如图1所示，包括有相邻设置的若干个机柜，机柜中放置有若干数量的服务器，机柜的背面为机柜的出风位置，机柜的正面为机柜的进风位置，空调的送风口位于数据中心的地板，回风口位于数据中心的墙壁且靠上的位置。数据中心的空调风机直接向地板下送风，通过地板送风口再送入机柜，使气流对机柜进行冷却后通过回风口返回到空调。
26.如图2所示，该方法包括以下步骤：
27.s110、获取数据中心实时运行时的监控数据组；
28.在本步骤中，监控数据是通过在数据中心中设置的传感器获取到的，所获取的数据至少包括有数据中心内机柜的实时功率、地板的送风口温度及送风口速度，空调的回风口温度及回风口速度。
29.s120、将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配；若匹配成功，执行步骤s130；若所有数据组均匹配失败，执行步骤s140；
30.cfd仿真结果数据库中存储有一个以上的作为初始条件的数据组，以及每个作为初始条件的数据组对应的仿真结果。匹配成功是指监控数据组与其中一个作为初始条件的数据组匹配成功。
31.具体地，监控数据组与数据库中的数据组进行匹配的过程是确定两者之间的匹配度，基于此，步骤s120具体包括以下步骤：
32.s121、将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配，确定监控数据组与当前匹配的数据组之间的匹配度；
33.s122、判断匹配度是否大于预设的匹配阈值，如是，表示匹配成功，执行步骤s130；如否，表示监控数据组与当前匹配的数据组匹配失败，继续执行步骤s121以使监控数据组与下一个数据组进行匹配，直至监控数据组与所有数据组匹配失败，执行步骤s140。
34.s130、显示与监控数据组匹配成功的数据组在cfd仿真结果数据库中对应的仿真结果，重新执行步骤s110获取下一组监控数据。
35.在cfd仿真结果数据库中每个作为初始条件的数据组与其对应的仿真结果可预先建立有映射关系，以便能够在确定匹配成功后精准查找到该数据组对应的仿真结果并进行
显示。
36.仿真结果为预先选定的任一剖面的温度场、速度场、压力场分布和/或气流组织流线，并以动画形式展示，可直观反映数据中心温度场、速度场以及压力场形成的因果关系。作为示例说明，如图3所示为数据中心一选定剖面的温度场，如图4所示为数据中心一选定剖面的速度场，从图4的速度场中可分析出热空气回旋的位置以及回风滞留的位置。
37.当监控数据组与数据库中的数据组匹配成功，则不需要再将监控数据组输入已验证的cfd物理模型进行仿真计算，可直接显示已经计算得到并存储在数据库中的仿真结果，省去了每个监控数据组都需要输入模型进行仿真计算的过程，减少了计算量的同时提高了监控的时效性。
38.s140、将监控数据组导入已验证的cfd物理模型，以使cfd物理模型进行迭代计算并输出新仿真结果，显示该新仿真结果。
39.如匹配失败，表示数据库中没有与该监控数据组对应的仿真结果，需要将监控数据组导入已验证的cfd物理模型，以使其计算输出新的仿真结果，显示该新仿真结果。
40.s150、将该监控数据组作为初始条件，连同该监控数据组对应的新仿真结果添加到cfd仿真结果数据库中，重新执行步骤s110获取下一组监控数据。
41.在本步骤中将监控数据组作为初始条件，添加到cfd仿真结果数据库，并将该监控数据组对应的新仿真结果一并添加到数据库中，以使cfd仿真结果数据库中的数据更全面。由于匹配成功的数据组能够直接显示该数据组对应的仿真结果，无需再输入已验证的cfd物理模型进行迭代计算并输出新的仿真结果，因此在将匹配失败的监控数据组与其对应的新仿真结果更新补充至cfd仿真结果数据库后，在获取到下一组监控数据时，其与数据库中的数据组匹配成功的几率增加，从而有效提高整体监控的效率及时效性，节省了仿真计算过程。
42.本实施例提供的基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法，通过实时获取数据中心内的监控数据组，将该监控数据组与预先建立的cfd仿真结果数据库中作为初始条件的数据组进行匹配，当匹配成功时直接调取在cfd仿真结果数据库中该匹配成功的数据组对应的仿真结果并将其显示，省去了将监控数据组输入cfd物理模型进行迭代计算的过程，数据中心的运行维护人员可以根据该仿真结果控制数据中心中空调系统，从而达到实时监控以及实时调节的效果。且由于该仿真结果为预先选定的任一剖面的温度场、速度场、压力场分布和/或气流组织流线，数据中心的运行维护人员能够观察到数据中心的温度场、速度场以及压力场形成的因果关系，从而作出更加准确的控制策略，以保证数据中心内运行环境正常，降低由于机柜功率密度增加而产生的运行风险。
43.具体地，在执行本方法之前，需预先构建好cfd仿真数据库，如图5所示，cfd仿真数据库的构建包括步骤t110～t150：
44.t110、建立数据中心的几何模型并导入cfd仿真软件；
45.在本步骤中，需要预先确定数据中心内部设备布局，机房地板的送风口及机房回风口的位置及尺寸，机房中各个机柜尺寸及进出风口侧位置，基于前述的数据建立数据中心的几何模型。
46.t120、在cfd仿真软件中设定该模型的边界条件和初始条件；
47.在本步骤中，边界条件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随地点和时
间的变化规律，具体地，该模型的边界条件包括地板的送风口、空调的回风口、各个机柜的进出口的速度、压力、质量边界条件以及各个机柜的散热属性。初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况。具体地，该模型的初始条件包括机柜的实时功率、地板的送风口的风量、速度及温度，以及空调的回风口的风量、速度及温度。在设置好该模型的边界条件和初始条件后，模型开始自动迭代计算，输出该初始条件对应的仿真结果。
48.t130、获取步骤t120中设定的初始条件对应的实际数据，根据实际数据与仿真结果的比较结果反复优化该模型的初始条件和边界条件，得到已验证的cfd物理模型；
49.在本步骤中，实际数据是指通过控制初试条件需要实现的目标数据，在一定时长后从数据中心中实际测量的数据，通过将实际数据与该模型所计算得到的仿真结果进行比较，确定两者之间的偏差程度，根据该偏差反复调整优化该模型的初始条件和边界条件，控制实际数据与cfd物理模型的仿真结果的偏差均控制范围以内。最终得到一个准确性较高的cfd物理模型，也即为已验证的cfd物理模型。
50.t140、预先设定若干个作为初始条件的数据组；
51.在执行步骤s110之前，cfd仿真结果数据库中所存储的作为初始条件的数据组均为预先设定好的，而在执行了本步骤s110～s150后，cfd仿真结果数据库中所存储的数据组还包括有后续添加的作为初始条件的数据组。
52.在本步骤中，预先设定好的每一组作为初始条件的数据组对应一种数据中心的运行环境数据，是根据cfd仿真结果数据库中的历史运行数据确定的，该历史运行数据既包括作为数据中心cfd仿真初始设置条件的历史运行数据，也包括作为cfd仿真输出结果的历史运行数据。
53.t150、将其分别导入已经验证的cfd物理模型，以得到对应的仿真结果，再将每个作为初始条件的数据组以及其对应的仿真结果存储在cfd仿真结果数据库中，从而构建cfd仿真结果数据库。
54.优选地，在数据库中可以为数据组及其对应的仿真结果预先建立好映射关系，以便在后续步骤中精准确定匹配成功的数据组对应的仿真结果。
55.实施例2
56.基于与实施例1相同的构思，实施例2提供一种基于cfd仿真的数据中心智能预警方法，该预警方法是在基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法的基础上增加了告警和预警过程，在显示了仿真结果或新仿真结果后，根据预先设定的阈值范围判断是否需要作出告警及预警。
57.如图6所示，该方法包括以下步骤：
58.s210、获取数据中心实时运行时的监控数据组；
59.s221、将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配，确定监控数据组与当前匹配的数据组之间的匹配度；
60.s222、判断匹配度是否大于预设的匹配阈值，如是，表示匹配成功，执行步骤s230；如否，表示监控数据组与当前匹配的数据组匹配失败，继续执行步骤s221以使监控数据组与下一个数据组进行匹配，直至监控数据组与所有数据组匹配失败，执行步骤s240。
61.s230、显示与监控数据组匹配成功的数据组在cfd仿真结果数据库中对应的仿真结果，执行步骤s252。
62.s240、将监控数据组导入已验证的cfd物理模型，以使cfd物理模型进行迭代计算并输出新仿真结果，显示该新仿真结果。
63.s251、将该监控数据组作为初始条件，连同该监控数据组对应的新仿真结果添加到cfd仿真结果数据库中；
64.s252、判断所显示的仿真结果或新仿真结果是否超过预先设定的健康运行阈值，如是，执行步骤s253；如否，则重新执行步骤s210获取下一组监控数据。
65.s253、输出高温告警。
66.在一种优选的实施方式中，在步骤s253中输出高温告警后，还包括：
67.s254、将输出告警信息对应的仿真结果或新仿真结果对应的数据组标记为异常数据组。
68.可选地，在构建cfd仿真结果数据库时预先设定的若干个作为初始条件的数据组可以包括有已知为异常数据的数据组，且已进行预先标记。
69.对告警信息对应的数据组或已知为异常数据的数据组进行标记，可在匹配的过程中提前发出预警信息，
70.基于此，如图7所示，步骤s230的具体执行过程包括以下步骤：
71.s231、判断与该监控数据组匹配成功的数据组是否标记为异常数据组，如是，则输出预警信息，执行步骤s232；如否，执行步骤s232；
72.s232、显示与监控数据组匹配成功的数据组在cfd仿真结果数据库中对应的仿真结果，执行步骤s252。
73.本实施例提供的基于cfd仿真的数据中心智能预警方法满足了实时告警和提前预警的需求，有利于数据中心的运行维护人员提前或及时对数据中心内的环境异常进行控制调节，且通过所显示的仿真结果或新仿真结果准确获知当前数据中心内的各种物理参数，从而实现对数据中心温度条件的精确控制，降低由于机柜功率密度增加而产生的运行风险。本实施例提供的方法与实施例1提供的方法基于同一思想，除了以上说明中提及的区别以外，本实施例中与实施例1相同的步骤、名词等的定义、工作原理、作用、构建过程、优选或具体的实施方式，以及其带来的有益效果均与实施例1中所描述的相同，在此不再赘述。
74.实施例3
75.基于与实施例1、2相同的构思，实施例3提供一种基于cfd仿真的数据中心可视化监控系统，如图8所示，该系统包括：
76.数据采集模块310，用于获取数据中心实时运行时的监控数据组；
77.监控数据组至少包括数据中心内机柜的实时功率、地板的送风口温度及送风口速度，空调的回风口温度及回风口速度；
78.匹配模块320，用于将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配。
79.具体地，匹配模块320用于将所采集的监控数据组与cfd仿真结果数据库中若干个作为初始条件的数据组进行逐一匹配，确定监控数据组与当前匹配的数据组之间的匹配度。判断匹配度是否大于预设的匹配阈值，如是，表示匹配成功；如否，表示监控数据组与当前匹配的数据组匹配失败，继续将监控数据组与下一个数据组进行匹配，直至监控数据组与所有数据组匹配失败，表示匹配失败。
80.显示模块330，用于在匹配模块320匹配成功时，显示与监控数据组匹配成功的数据组在cfd仿真结果数据库中对应的仿真结果；还用于在匹配模块320匹配失败时，显示cfd物理模型输出的新仿真结果。
81.仿真结果为预先选定的任一剖面的温度场、速度场、压力场分布，以及气流组织流线中的一种或多种；
82.数据更新模块340，用于将监控数据组导入已验证的cfd物理模型，以使cfd物理模型进行迭代计算并输出新仿真结果，并将监控数据组作为初始条件，连同监控数据组对应的新仿真结果添加到cfd仿真结果数据库中。
83.在一种优选的实施方式，该系统还包括：
84.告警模块350，用于判断显示模块330所显示的仿真结果或新仿真结果是否超过预先设定的健康运行阈值，如是，输出高温告警。
85.数据采集模块310还用于在告警模块350判断完成后获取下一组监控数据组。
86.异常标记模块360，用于在告警模块350输出高温告警后，将告警模块350输出告警信息对应的仿真结果或新仿真结果对应的数据组标记为异常数据组。可选地，在构建cfd仿真结果数据库时预先设定的若干个作为初始条件的数据组可以包括有已知为异常数据的数据组，且已进行预先标记。
87.预警模块370，用于在匹配模块320匹配成功时，判断与该监控数据组匹配成功的数据组是否标记为异常数据组，如是，则输出预警信息。
88.本实施例提供的系统与实施例1、2提供的方法基于同一思想，除了以上说明中提及的区别以外，本实施例中与实施例1、2相同的步骤、名词等的定义、工作原理、作用、构建过程、优选或具体的实施方式，以及其带来的有益效果均与实施例1、2中所描述的相同，在此不再赘述。
89.实施例4
90.基于与实施例1、2相同的构思，本实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1提供的基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法，或实现实施例2提供的基于cfd仿真的数据中心智能预警方法。
91.本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1提供的基于cfd仿真的数据中心可视化监控方法，或实现实施例2提供的基于cfd仿真的数据中心智能预警方法。
92.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。