专利名称：用于预测数据中心的多孔砖气流的系统和方法
技术领域：
根据本发明的至少一个实施例大体上涉及到用于数据中心管理和设计的系统和方法，更具体地，涉及用于预测数据中心的多孔砖(perforatedtile)气流的系统和方法。现有技术的讨论响应于以信息为基础的经济的日益增长的需求，信息技术网络继续在全球范围内扩展。这种增长的表现之一是集中式网络数据中心。集中式网络数据中心通常包括被排列在提供网络连接、电力和冷却能力的结构中的各种信息技术设备。通常情况下，设备被安置在称为“机架”的专门的机柜里，其整合这些连接、功率和冷却元件。在某些数据中心配置中，这些行被组织成冷热通道，以减少与冷却信息技术设备相关的成本。具有在地板下方的空气室的高架地板通常用于提供冷却空气到机架。冷空气通过具有开放区域的多孔砖从空气室分布到机架。各种工艺和软件应用，诸如可从西金斯敦RI的美国电力转换公司(APC)获得的iiifraStmXure 中央和操作管理产品已被开发，以帮助数据中心的工作人员设计和维护高效和有效的数据中心配置。这些工具通常通过诸如设计数据中心的结构，在安装之前定位数据中心内的设备及在建造后和安装完成时重新定位设备的活动来指导数据中心的工作人员。因此，传统的工具套装为数据中心的工作人员提供了标准化的和可预测的设计方法。
发明内容
本发明的第一方面针对一种用于预测来自气室中的多个开口的气流的计算机实现的方法。该方法包括:(A)从储存设备接收输入数据，所述输入数据包括与所述气室有关的数据；(B)确定所述气室中的平均空气压力；(C)基于所述平均空气压力确定每个所述开口的气流值；(D)将所述气室分割成多个网格单元；(E)使用第一迭代法，确定每个所述网格单元的气流速度值；(F)基于所述气流速度，确定在每个所述开口的空气压力值；
(G)使用第二迭代法，基于在所述开口中的每一个的所述空气压力值确定所述多个开口中的所述每一个的新的气流值；(H)确定所述新的气流值和以前的气流值之间的差是否大于阈值；及(I)重复行为(E)至(H)，直到所述差不大于所述阈值，及然后存储所述多个开口中的每一个的所述新的气流值作为最终的气流值。该方法可进一步包括显示所述多个开口中的每一个的最终的气流值。在另一种形式中，该方法可以包括基于至少一个最终的气流值，控制数据中心的冷却设备和装备机架中的至少一个。方法的行为(D)可以包括自动设置所述多个网格单元中的每一个的大小，使得所述多个网格单元中的至少一个网格单元具有与所述多个网格单元中的另外一个网格单元的大小不同的大小。该方法也可包括，自动设置大小包括:基于所述气室的特性确定所述多个网格单元中的每个的大小。该方法的行为(E)可包括针对所述第一迭代法设置松弛因子，并在所述第一迭代法中使用所述松弛因子。该方法还可包括:基于所述第二迭代法的完成的迭代次数，设置所述第一迭代法的迭代次数的限制；及基于所述第二迭代法的完成的迭代次数的增加，增加所述限制。在该方法中，行为(D)可包括创建气室中的阻塞物的二维模型，及行为(G)可包括:确定所述气室中的气流是否满足质量平衡方程。该方法还可包括:如果不能满足所述质量平衡方程，则直接校正在所述开口中的每个的压力值或砖气流。本发明的第二方面针对一种用于评估数据中心的气室中的气流的系统。该系统包括储存设备、显示器和耦合到所述储存设备和所述显示器的控制器，并且所述控制器被配置为:从所述储存设备接收输入数据，所述输入数据包括与所述气室有关的数据；基于初始空气压力值确定每个所述开口的气流值；将所述气室分割成多个网格单元；使用第一迭代法，确定每个所述网格单元的气流速度值；及基于所述气流速度，确定在每个所述开口的空气压力值；使用第二迭代法，基于在所述开口中的每一个的所述空气压力值确定所述多个开口中的所述每一个的新的气流值；确定所述新的气流值和以前的气流值之间的差是否大于阈值；及使用更新的值继续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阈值，及然后将所述多个开口中的每一个的所述新的气流值作为最终的气流值存储在所述储存设备中。在该系统中，该控制器可以被进一步配置为控制所述显示器显示所述多个开口中的每一个的所述最终的气流值；并基于至少一个最终的气流值来控制至少一个设备。所述控制器也可被配置为，设置所述多个网格单元中的每个的大小，使得所述多个网格单元中的至少一个网格单元具有与所述多个网格单元中的另外一个网格单元的大小不同的大小，其中，所述多个网格单元中的每一个的大小基于所述气室的特性。所述控制器也可被配置成针对所述第一迭代法设置松弛因子，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数设置所述第一迭代法的迭代次数的限制，并且所述控制器还被配置成基于所述第二迭代法的完成的迭代次数的增加，增加所述限制。所述控制器也可被配置成创建所述气室中的阻塞物的二维模型。本发明的又一个方面针对其上存储有指令系列的计算机可读介质，所述指令系列包括导致处理器执行以下步骤的指令:接收输入数据，所述输入数据包括与所述气室有关的数据；基于平均空气压力确定每个所述开口的气流值；将所述气室分割成多个网格单元；使用第一迭代法，确定每个所述网格单元的气流速度值；及基于所述气流速度，确定在每个所述开口的空气压力值；使用第二迭代法，基于在所述开口中的每一个的所述空气压力值确定所述多个开口中的所述每一个的新的气流值；确定所述新的气流值和以前的气流值之间的差是否大于阈值；及使用更新的值继续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阈值，及然后将所述多个开口中的每一个的所述新的气流值作为最终的气流值存储在所述储存设备中。所述指令系列可包括将导致处理器执行以下步骤的指令:设置所述多个网格单元中的每个的大小，使得所述多个网格单元中的至少一个网格单元具有与所述多个网格单元中的另外一个网格单元的大小不同的大小，其中，所述多个网格单元中的每一个的大小基于所述气室的特性。附图简述附图不意在按比例绘制。在附图中，各个附图中示出的每一个相同或几乎相同的部件由类似的标号表示。为清楚起见，不是每一个组件都可被标记在每一个图中。在附图中:
图1示出了根据本发明的各个方面使用其可以被实现的示例性的计算机系统；图2示出了包括一个实施例的示例性分布式系统；图3示出了在高架地板的数据中心的气流的模拟电路；图4示出了根据一个实施例的用于确定气室中的气流的过程；图5示出了来自CRAC的气流的表示；图6演示了根据一个实施例的对称性的使用；图7示出了在高架地板的数据中心中的气流的模拟电路；图8示出了根据一个实施例的用于确定气室中的气流的过程；图9演示了根据一个实施例的网格单元的使用；图10示出了根据一个实施例的用于确定气室中的气流的过程；图11演示了根据一个实施例的可变大小的网格单元的使用；图12是示出了根据一个实施例的用于减少计算时间的过程的一个例子的图示；图13A、13B和13C示出空气室的堵塞的表示；图14示出了根据一个实施例的用于确定气室中的气流的过程；图15示出了根据一个实施例的用于确定气室中的气流的过程。详细描述根据本发明的至少一些实施例涉及到系统和流程，通过其用户可以设计新的数据中心配置并分析、修改、管理和控制现有的配置。通过允许用户创建从中可确定性能指标的数据中心配置的模型，这些系统可方便该活动。系统和用户都可以采用这些性能指标来确定满足各种设计目标的替代性数据中心配置。另外，在至少一个实施例中，系统提供了对数据中心设备的建议布局的多孔砖气流的预测，还提供了对已安装的数据中心的多孔砖气流的预测。如2008 年 I 月 24 日提交的、题为 “System and Method for EvaluatingEquipment Rack Cooling (用于评估装备机架冷却的系统和方法)”的美国专利申请第12/019109号(在本文中称为“’109申请”)和于2006年I月27日提交的、题为“Methodsand Systems for Managing Facility Power and Cooling (用于管理设施的功率和冷却的方法和系统)”的美国专利申请第11/342300号(在本文中称为“’300申请”)中所描述的，这两者都转让给本申请的受让人，这两个专利申请通过全文引用的方式并入本文，现代数据中心的典型的装备机架抽入在机架前面的冷却空气，并将气体从机架后部排出。装备机架和排冷却器(in-row cooler)通常被以交替的前面/背面布置成行地布置，在数据中心内创建了交替的冷热通道，每排机架的前面面对冷通道，及每排机架的后面面对热通道。由冷通道分隔的相邻排的装备机架可被称为冷通道组，及由热通道分隔的相邻排的装备机架可被称为热通道组。对本领域的普通技术人员显而易见的是，一排装备机架可以是一个热通道组和一个冷通道组的一部分。在本文的说明书和权利要求书中，机架中的设备或机架本身可被称为冷却消耗方，排内的冷却单元和/或计算机房空调(CRAC)可以被称为冷却提供方。在引用的申请中，提供了用于分析数据中心的机架组的冷却性能的工具。在这些工具中，可以对不同的布局执行多个分析以尝试优化数据中心的冷却性能。在使用CRAC提供冷却的典型的数据中心中，从CRAC输出的气流通常采用地板下的气室分布到装备机架。CRAC将冷空气泵入气室中，且空气通过通常位于装备机架的前面的多孔地砖排出。对于采用热通道/冷通道设计的设施，多孔砖通常包含在冷通道中。在现有的数据中心设计和管理工具中，通常不执行对通过多孔砖的气流的详细分析，而一些经验或粗略估计被用来确定通过多孔砖传送的气流，且经常基于由CRAC提供的总气流和泄漏气流假设均匀的气流通过每一个多孔砖。气流数据然后被用于冷却计算来设计和评估数据中心的冷却解决方案。粗略估计分析不能考虑到诸如电缆桥架和水管、气室深度、多孔砖类型、泄漏路径、CRAC和砖的位置的障碍物。已知使用市售的基于计算流体动力学(CFD)的软件程序，如可从InnovativeResearch, Inc获得的“TileFlow”来进行对地板下的气室中的气流的分析。然而,这些程序通常非常昂贵，运行缓慢，且需要专家来进行操作。此处所描述的至少一些实施例针对这样的工具和方法，通过使用这些工具和方法，可以使用通用的计算机来实时或接近实时地估计多孔砖的气流性能。这些工具和方法可连同数据中心设计工具和数据中心管理工具使用，并且不需要高级操作员。本文公开的根据本发明的方面的应用并不限于在下面的描述中阐述或附图中示出的部件的结构和布置的细节。这些方面可以假设其它实施例且可以以各种方式实践或执行。本文中所提供的具体实现的实例仅用于说明的目的，而不是为了进行限制。特别是，结合任何一个或多个实施例所讨论的行为、元件和特征不意在从任何其它实施例的类似作用中排除。举例来说，根据本发明的一个实施例，计算机系统被配置为执行本文所描述的任何功能，包括但不限于，配置、建模和呈现关于特定的数据中心配置的信息。另外，数据中心的实施例的计算机系统可以被用来自动测量数据中心中的环境参数，并控制如冷凝器或冷却器的设备以优化性能。此外，本文所述的系统可以被配置成包括或排除本文所讨论的任何功能。因此，本发明并不限于一个特定的功能或一组功能。此外，本文所用的措辞和术语用于描述的目的，而不应该被认为是限制性的。本文使用的“包括”，“包含”，“具有”，“含有”，“涉及”及其变体意味着囊括其后列出的项及其等同物以及另外的项目。计算机系统本文描述的根据本发明的各个方面和功能可以被实现为在一个或多个计算机系统上的硬件或软件。目前使用的计算机系统的例子还有很多。这些例子包括，除其他外，网络用具、个人计算机、工作站、主机、网络客户端、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和Web服务器。计算机系统的其他例子可以包括移动计算设备，诸如蜂窝电话和个人数字助理，及网络设备，如负载平衡器、路由器和交换机。此外，根据本发明的方面可以位于单个计算机系统上，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，所述计算机系统被配置成提供服务到一个或多个客户端计算机或作为分布式系统的一部分来执行整体任务。此外，各个方面可以在客户端-服务器系统或多层系统上执行，它包括分布在执行各种功能的一个或多个服务器系统中的部件。因此，本发明并不限于在任何特定的系统或一组系统上执行。另外，各个方面可以被以软件、硬件或固件，或它们的任意组合实现。因此，根据本发明的各个方面可以被实现在使用各种硬件和软件配置的方法、行为、系统、系统元件和部件，并且本发明并不限于任何特定的分布式体系结构、网络和通信协议。图1示出了分布式计算机系统100的框图，其中可以实施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，如图所示，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如图所示，计算机系统102、104和106可通过通信网络108互连，并可通过通信网络108交换数据。网络108可以包括计算机系统可通过其交换数据的任何通信网络。为了使用网络108交换数据，计算机系统102、104和106及108网络可以使用各种方法、协议和标准，其中包括令牌环网、以太网、无线以太网、蓝牙、TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap 和 Corba。为 了确保数据传输安全，计算机系统102、104和106可采用各种安全措施，包括TSL、SSL或VPN等其他安全技术通过网络108传输数据。虽然分布式计算机系统100示出了 3个联网的计算机系统，但分布式计算机系统100可以包括使用任何介质和通信协议联网的任何数目的计算机系统和计算设备。根据本发明的各个方面和功能可以被实现为在包括示于图1中的计算机系统102的一个或多个计算机系统上执行的专门的硬件或软件。如图所示，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口 116和储存器118。处理器110可以执行导致被操纵的数据的一系列指令。处理器110可以是市售的处理器，例如英特尔的奔腾、摩托罗拉的PowerPC,SGI MIPS,Sun Ultra SPARC或惠普的PA-RISC处理器，但如果许多其它的处理器和控制器可获得的话，可以是任何类型的处理器或控制器。处理器110通过总线114连接到其它系统元件，包括一个或多个存储器设备112。在计算机系统102的操作期间，存储器112可以用于存储程序和数据。因此，存储器112可以是相对高性能的、易失性的随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。然而，存储器112可包括用于储存数据的任何储存设备，例如磁盘驱动器或其它非易失性储存设备。根据本发明的各种实施例可以将存储器112组织成特定的结构，并且在某些情况下，组织成独特的结构，以执行本文所公开的方面和功能。计算机系统102的部件可以通过互连元件(如总线114)耦合。总线114可以包括一个或多个物理总线，例如，在集成在同一台机器内的部件之间的总线，但可以包括系统元件之间的任何通信耦合，包括专门或标准的计算总线技术，如IDE、SCS1、PCI和InfiniBand。因此，总线114使得能够通信，例如，数据和指令在计算机系统102的系统部件之间进行交换。计算机系统102还包括一个或多个接口设备116,诸如输入设备、输出设备和输入/输出设备的组合等。接口设备可以接收输入或提供输出。更具体地，输出设备可使信息用于外部展示。输入设备可以从外部源接受信息。接口设备的例子包括键盘、鼠标设备、轨迹球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、网络接口卡等。接口设备允许计算机系统102与如用户和其他系统的外部实体进行信息交换和通信。储存系统118可以包括计算机可读和可写的非易失性的存储介质，其中存储了定义由处理器执行的程序的指令。储存系统118也可以包括记录在介质上或中的信息，且该信息可以通过程序处理。更具体地，该信息可以被存储在被特别配置以节省存储空间或提高数据交换性能的一个或多个数据结构中。该指令可以被永久地存储作为编码信号，且指令可导致处理器执行本文所述的任何功能。例如，介质可以是光盘、磁盘或闪速存储器等。在操作中，处理器或一些其他的控制器可导致数据从非易失性记录介质读出到另一个存储器，如存储器112中，与包括在储存系统118中的存储介质相比，其允许处理器更快地访问信息。然而，该存储器可以位于储存系统118中，或位于存储器112中，处理器110可以操纵存储器112内的数据，然后在处理完成后，将数据复制到与储存系统118相关的介质。各种部件可管理介质和集成电路存储元件之间的数据移动，且本发明并不限于此。此外,本发明并不限于特定的存储系统或储存系统。虽然通过示例的方式将计算机系统102示出为一种类型的、在其上可实施根据本发明的各个方面和功能的计算机系统，本发明的各个方面不限于在图1所示的计算机系统上实现。根据本发明的各个方面和功能也可以实施在具有与图1示出的不同的体系结构或部件的一个或多个计算机上。例如，计算机系统102可以包括专门编程的、专用的硬件，诸如例如，适于执行本文公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)，而另一实施例可以使用运行MACOS系统X的一些通用计算设备和摩托罗拉的PowerPC处理器及运行专有的硬件和操作系统的一些专用的计算设备执行相同的功能。计算机系统102可以是包括管理包括在计算机系统102中的硬件元件的至少一部分的操作系统的计算机系统。通常，处理器或控制器，例如处理器110，执行操作系统，例如，它可以是可从微软公司获得的基于Windows的操作系统,如Windows NT、Windows2000(Windows ME)、Windows XP或WindowsVista操纵系统，可以从苹果计算机公司获得的MACOS系统)(操作系统，其中许多基于Linux的操作系统发布之一，例如，可以从红帽公司获得的企业版Linux操作系统，可从Sun微系统公司获得的Solaris操作系统，或可以从各种源获得的UNIX操作系统。许多其他的操作系统都可以使用，并且实施例不局限于任何特定的实现。处理器和操作系统共同定义高级编程语言的应用程序可以被写入的计算机平台。这些部件的应用可以是可执行的、中间的，例如，C-、字节码或解释代码，其通过例如因特网的通信网络使用例如TCP/IP协议的通信协议进行通信。同样地，根据本发明的各个方面可以使用面向对象的编程语言实现，如.Net、Smalltalk、Java、C++、Ada或C # (C-Sharp)。也可以使用其它面向对象的编程语言。另外，可以使用功能性、脚本、或逻辑编程语言。此外，根据本发明的各个方面和功能可以被实现在非编程的环境中，例如，采用HTML、XML或其他格式创建的文档，当在浏览器程序的窗口中的查看时，呈现图形用户界面方面或执行其它功能。另外，根据本发明的各种实施例可以被实现为编程或非编程的元素，或它们的任意组合。例如，网页可以使用HTML来实现，而从网页内调用的数据对象可用C++编写。因此，本发明并不限于特定的编程语言，并且也可以使用任何适当的编程语言。此外，在至少一个实施方式中，该工具可以使用VBA Excel实现。包括在实施例中的计算机系统可以执行本发明的范围之外的附加功能。例如，系统方面可采用现有的商业产品来实现，诸如，例如数据库管理系统，如可以从华盛顿州的西雅图的微软获得的SQLServer,从加利福尼亚州的红木海岸的Oracle公司获得的Oracle数据库，和从瑞典的乌普萨拉的MySQL AB公司获得的MySQL，或诸如从纽约州的阿蒙克的IBM获得的Web Sphere中间件的集成软件。但是,运行例如SQL Server的计算机系统可能能够支持根据本发明的方面与不在本发明的范围内的用于各式各样的应用程序的数据库。示例性系统架构图2给出包括分布式系统200的物理和逻辑元件的环境图。如图所示，分布式系统200根据本发明被专门配置。关于图2陈述的系统结构和内容仅用于示例性的目的，并非旨在将本发明限制到图2所示的具体结构。对于本领域的普通技术人员而言将是明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以构建许多变型的系统结构。在图2给出的特定布置被选择提高清晰度。使用任何技术，信息可在示于图2的元件、部件和子系统之间流动。这些技术包括，例如，通过TCP/IP在网络上传递信息，使信息在存储器中的模块之间传递，并通过将信息写到文件、数据库，或一些其他的非易失性存储设备来传递信息。在不脱离本发明的范围的情况下，也可以使用其他的技术和协议。参照图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可允许用户202，如数据中心设计师或其他数据中心工作人员，与接口 204交互以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和机架编辑器方面，如于2008年5月15日提交的、题为 METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING (用于管理设施功率和冷却的方法和系统)的2013年7月17日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月17日
发明者J·W·范吉尔德, 扎迦利·谢弗, 张轩杭 申请人:施耐德电气It公司