李 康, 李 欣, 張子凡, 龐成鑫

(上海電力大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院, 上海 200090)

數(shù)據(jù)中心是提供數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)設(shè)施[1]。隨著數(shù)字化進(jìn)程的不斷發(fā)展,信息服務(wù)需求急劇增加,數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理備受關(guān)注。電力使用效率(Power Usage Effectivenes,PUE),作為評(píng)估數(shù)據(jù)中心能耗水平的重要標(biāo)準(zhǔn)[2-3](即數(shù)據(jù)中心總體能耗量與IT設(shè)備能耗量之比),數(shù)值越接近1,表明數(shù)據(jù)中心的能源利用率和節(jié)能水平越高。我國(guó)數(shù)據(jù)中心的PUE值較高(大多在2～3之間),針對(duì)這種現(xiàn)狀,現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心的PUE值需要降低,如上海市提出新建數(shù)據(jù)中心PUE值應(yīng)限制在1.3以下。

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提出,為解決數(shù)據(jù)中心能耗帶來(lái)了新的發(fā)展方向,為國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)行提供了安全的保障,構(gòu)建了科學(xué)合理的電力通信網(wǎng)絡(luò)[4]。與現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)絡(luò)不同,電力物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)輸配電的各個(gè)環(huán)節(jié)、各種設(shè)備和不同的電力業(yè)務(wù)進(jìn)行全面的感知,實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集[5],打造安全、開放、共享的服務(wù)平臺(tái)?；陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心能耗管理可以為電力用戶提供更高質(zhì)量的服務(wù)。

本文首先分析了目前數(shù)據(jù)中心能耗管理的節(jié)能手段、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和相關(guān)算法的研究進(jìn)展;然后根據(jù)電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu),從“云、管、邊、端”角度分析了數(shù)據(jù)中心能耗管理的優(yōu)化方向;最后提出了數(shù)據(jù)中心能耗管理的未來(lái)研究方向。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)

1.1 電力物聯(lián)網(wǎng)的主要特征

電力物聯(lián)網(wǎng)擁有將能源系統(tǒng)全周期內(nèi)的各環(huán)節(jié)設(shè)備、用戶的全狀態(tài)感知以及全業(yè)務(wù)穿透的強(qiáng)大能力,具有以下3個(gè)特征。一是信息感知全面、組網(wǎng)迅速。其網(wǎng)絡(luò)層可實(shí)現(xiàn)多模多制式的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)融合[6],全面覆蓋、連接感知傳感器和電力設(shè)施,全面檢測(cè)數(shù)據(jù)并迅速組建物聯(lián)網(wǎng),開展信息采集、處理、感知,達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤的極佳效果。二是信息整合度高,通信方式簡(jiǎn)潔。泛在物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)有效地融合聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù),以簡(jiǎn)化、提高局域電力的通信步驟與方法,呈現(xiàn)出電網(wǎng)信息化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化的發(fā)展新勢(shì)頭[7]。其中傳感與通信設(shè)備能夠以多跳的方式進(jìn)行無(wú)線通信,從而縮短物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的通信距離;而通信網(wǎng)絡(luò)中包含的多條通信鏈路使通信具有靈活性和容錯(cuò)性[8]。三是拓?fù)湫问蕉鄻?具備一定自我修復(fù)能力。拓?fù)渥兓l繁是根據(jù)電力資源網(wǎng)分布安裝要求,為節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)備維修投入而對(duì)傳感器進(jìn)行定時(shí)休整變動(dòng)[9],主要解決長(zhǎng)時(shí)間工作運(yùn)行導(dǎo)致的傳感設(shè)備問(wèn)題。但拓?fù)渥兓粫?huì)影響傳感器的高效運(yùn)行,其所具備的智能修復(fù)系統(tǒng)可自主檢查,并根據(jù)實(shí)時(shí)信息調(diào)整修復(fù)。

1.2 電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系

電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層與應(yīng)用層[10-11]。其架構(gòu)如圖1所示。感知層是電力物聯(lián)網(wǎng)的物理基礎(chǔ),一般包含先進(jìn)傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)及邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù),裝配有低功耗傳感器和智能終端以采集多種數(shù)據(jù)[12],從而進(jìn)行全面感知。網(wǎng)絡(luò)層是電力物聯(lián)網(wǎng)的信息載體,包含物聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)與信息安全技術(shù),用于信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸通道,提高數(shù)據(jù)傳輸速度,保證數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)上傳可采用以太網(wǎng)、5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信等方式[13]。平臺(tái)層是電力物聯(lián)網(wǎng)的核心樞紐,包括物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心及一體化云平臺(tái)等,重在實(shí)現(xiàn)電力終端物聯(lián)管理、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘及高效處理數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用層是電力物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)層,分為對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)和對(duì)外業(yè)務(wù)[6]。對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)包括提高客戶服務(wù)水平、提升企業(yè)經(jīng)營(yíng)績(jī)效、提升電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性、提升新能源滲透和消納等;對(duì)外業(yè)務(wù)包括建設(shè)綜合能源智慧服務(wù)平臺(tái)、建設(shè)綜合能源生態(tài)環(huán)境、建立數(shù)據(jù)共享服務(wù)等。

圖1 電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

2 數(shù)據(jù)中心能耗管理研究進(jìn)展

2.1 數(shù)據(jù)中心能耗

數(shù)據(jù)中心能源利用效率可采用PUE值進(jìn)行綜合評(píng)估。根據(jù)美國(guó)采暖制冷與空調(diào)工程師學(xué)會(huì)技術(shù)委員會(huì)9.9(簡(jiǎn)稱TC9.9)統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,數(shù)據(jù)中心總能耗可分為IT設(shè)備能耗、空調(diào)系統(tǒng)能耗、UPS(Uniterruptible Powr Supply)供電系統(tǒng)能耗、照明系統(tǒng)能耗和其他能耗,各部分能耗占比如圖2所示。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知,數(shù)據(jù)中心能耗降低的重點(diǎn)在于減小空調(diào)系統(tǒng)和UPS供電系統(tǒng)的能耗。

圖2 數(shù)據(jù)中心能耗分布

數(shù)據(jù)中心高能耗的原因主要為:未采用合理的UPS控制策略,導(dǎo)致供電系統(tǒng)耗能嚴(yán)重;數(shù)據(jù)中心機(jī)柜的不合理分布,容易形成數(shù)據(jù)中心熱島效應(yīng),造成大量的能量損耗;空調(diào)分布位置和控制策略不合理,導(dǎo)致空調(diào)制冷效率低。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,本文對(duì)能源動(dòng)力監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

(1) 能源動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 對(duì)市電、蓄電池、UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)動(dòng)。監(jiān)測(cè)參數(shù)一般為電池溫度、電池電量、負(fù)載功率、輸出功率,根據(jù)上述參數(shù)對(duì)供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常進(jìn)行判斷。文獻(xiàn)[14]采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過(guò)安裝小型化終端設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)中心的電氣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)對(duì)象包括電源電壓、電流和電源周圍環(huán)境溫度狀況。該設(shè)計(jì)已成功運(yùn)用于馬來(lái)西亞國(guó)立伊斯蘭大學(xué)數(shù)據(jù)中心。良好的控制策略可大幅降低UPS系統(tǒng)的能量損耗。美國(guó)丹佛大學(xué)的MA H等人[15]提出了一種基于模糊聚類的Niche遺傳算法,用于數(shù)據(jù)中心UPS控制策略優(yōu)化。該算法在不影響電池使用壽命的前提下,可以平衡本地電網(wǎng)和可再生能源電力。實(shí)際數(shù)據(jù)表明:在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載和運(yùn)行環(huán)境相同的條件下,使用UPS控制策略可將UPS系統(tǒng)運(yùn)行成本降低40%。

(2) 數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)煙霧、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。SCHERER T[16]提出使用低成本傳感器跟蹤數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵位置的溫度,并通過(guò)數(shù)據(jù)中心無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Data Center Wireless Sensor Network,DCWSN)將捕獲的信息轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)視客戶端。DCWSN已成功在數(shù)據(jù)中心部署。對(duì)于數(shù)據(jù)中心溫度可視化問(wèn)題,文獻(xiàn)[17]通過(guò)收集溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù),使用Kriging插值算法得到數(shù)據(jù)中心整體的溫度分布狀況。該設(shè)計(jì)已應(yīng)用于浙江某集團(tuán)公司的數(shù)據(jù)中心,其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果十分接近。該設(shè)計(jì)通過(guò)數(shù)據(jù)中心的溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果,可追蹤到高能耗機(jī)柜的準(zhǔn)確位置,從而對(duì)機(jī)柜位置進(jìn)行調(diào)整,使數(shù)據(jù)中心機(jī)柜和空調(diào)的空間位置合理化,避免形成數(shù)據(jù)中心熱島效應(yīng),降低了數(shù)據(jù)中心能耗。文獻(xiàn)[18]在空調(diào)通風(fēng)口處布置溫濕度傳感器,設(shè)計(jì)多層智能溫控算法,實(shí)現(xiàn)空調(diào)開啟、關(guān)閉的自動(dòng)化控制,從而節(jié)約了能源消耗,使空調(diào)能耗占總能耗比例由40%降低至30%左右。文獻(xiàn)[19]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)傳感器采集信息形成溫度與濕度的三維視圖。該系統(tǒng)根據(jù)單個(gè)機(jī)柜的需求調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的氣流、溫度和濕度,從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的空調(diào)制冷。該設(shè)計(jì)方案在威海市數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行,數(shù)據(jù)中心節(jié)能效果顯著。

(3) 安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 一般采用門禁、視頻監(jiān)控等方式對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)[20]中的安防預(yù)警系統(tǒng)著重設(shè)計(jì)了紅外對(duì)射圖像和紅外移動(dòng)偵測(cè)圖像,每一圖像采集節(jié)點(diǎn)設(shè)置唯一的ID標(biāo)識(shí),節(jié)點(diǎn)通過(guò)綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)的控制指令調(diào)整相關(guān)參數(shù)。該設(shè)計(jì)采用了低功耗的感知設(shè)備,并對(duì)指令數(shù)據(jù)包進(jìn)行細(xì)致分析、對(duì)采樣點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行定義。文獻(xiàn)[21]建立門禁、影像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù),方便管理人員查詢安全監(jiān)測(cè)歷時(shí)數(shù)據(jù);系統(tǒng)會(huì)對(duì)異常報(bào)警位置做出標(biāo)識(shí),并將警告分成4個(gè)等級(jí),例如一級(jí)警告為整個(gè)數(shù)據(jù)中心各個(gè)系統(tǒng)崩潰、二級(jí)警告為各個(gè)系統(tǒng)性能的降低等。

(4) 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 對(duì)數(shù)據(jù)中心的內(nèi)部交換機(jī)、路由器、防火墻和服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)測(cè),采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的CPU、磁盤和內(nèi)存等狀態(tài)參數(shù)。文獻(xiàn)[22]提出一種云數(shù)據(jù)中心審核系統(tǒng)(Cloud Data Center Analysis System,CDCAS)。該系統(tǒng)包含一個(gè)受動(dòng)態(tài)規(guī)則控制的自治代理模型和日志分析模型,收集服務(wù)日志、安全日志和防火墻日志等,通過(guò)安全控制策略對(duì)非法行為進(jìn)行阻止和警告,并將動(dòng)態(tài)安全報(bào)告提交給用戶。

（4）兩序槽間接頭施工。雙輪銑槽機(jī)施工的防滲墻槽段間接頭一般采用切削法進(jìn)行槽段連接連接。施工過(guò)程中，通過(guò)切削掉部分Ⅰ序槽墻體與Ⅱ序槽結(jié)合處的混凝土，使Ⅰ序槽墻體露出粗糙的新鮮混凝土面，混凝土澆筑前用鋼絲刷將接頭處泥皮刷洗干凈。其平面示意圖如圖1所示。

基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提供較好的監(jiān)測(cè)服務(wù),但監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)程度低,缺乏信息的統(tǒng)一管理和靈活調(diào)度。

2.3 基于電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心能耗管理設(shè)計(jì)

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展提供了新方向,其相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段。文獻(xiàn)[23]對(duì)智慧能源站數(shù)據(jù)中心能耗管理進(jìn)行了研究,在供電方面,智慧能源站采用高壓直流供電,并對(duì)站內(nèi)用電設(shè)備的配電方式進(jìn)行統(tǒng)一管理和綜合調(diào)度;在制冷方面,采用磁懸浮制冷技術(shù);在監(jiān)測(cè)管理方面,構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái),并采用B/S管理方式,工作人員可查看相關(guān)設(shè)備的工作狀況和參數(shù)。文獻(xiàn)[23]中的能源站數(shù)據(jù)中心綜合系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 能源站數(shù)據(jù)中心綜合系統(tǒng)架構(gòu)

該數(shù)據(jù)中心綜合系統(tǒng)僅包含數(shù)據(jù)采集層、管理應(yīng)用層和輔助決策層。數(shù)據(jù)采集層采集的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中,再由管理應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最終輔助決策層對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析。顯然,該管理系統(tǒng)難以對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理分析,難以保證實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)。因此,本文提出基于電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng),其架構(gòu)如圖4所示。

圖4 基于電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)

該架構(gòu)對(duì)各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合,實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的一體化,提升數(shù)據(jù)中心的整體效率;加入邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的就近處理,為用戶提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)時(shí)服務(wù);采用大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的快速遷移和快速響應(yīng),大大減少冗余性服務(wù);大幅提高了數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、終端設(shè)備等的安全系數(shù)。

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)可以分為“云、管、邊、端”4部分。

(1) “云” 采用虛擬化技術(shù)為用戶提供遠(yuǎn)程資源[24]。資源的合理化分配不僅提高了服務(wù)質(zhì)量,而且降低了計(jì)算所帶來(lái)的能量消耗。文獻(xiàn)[25]提出了一種新型的合并算法和虛擬化技術(shù),減少了數(shù)據(jù)中心所需的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量。仿真結(jié)果表明,采用新型合并算法和虛擬化技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心資源合理整合可以獲得顯著的節(jié)能效果?！霸啤笨梢詾橛脩籼峁?qiáng)大的計(jì)算能力和計(jì)算任務(wù)遷移能力,可對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘,并將計(jì)算結(jié)果回傳給用戶。在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景下,數(shù)據(jù)中心綜合管理平臺(tái)、空調(diào)照明遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)配置管理、用戶權(quán)限管理、控制策略等都屬于“云”的范疇?！霸啤蓖ㄟ^(guò)對(duì)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)整合和深度挖掘,給出最優(yōu)化的控制策略,從而降低數(shù)據(jù)中心的整體能耗。此外,為保證數(shù)據(jù)信息安全,云加密技術(shù)的應(yīng)用也至關(guān)重要。文獻(xiàn)[26]設(shè)計(jì)了一種基于分布式環(huán)境密鑰的加密系統(tǒng),使用一個(gè)從多個(gè)匹配密鑰派生的加密密鑰對(duì)所有文件進(jìn)行加密,能夠抵御數(shù)據(jù)泄露、竊聽攻擊和模擬攻擊。

(2) “管” 邊緣設(shè)備與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸通道。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信方式進(jìn)行融合,得到新型的一體化通信網(wǎng)絡(luò)。在新型數(shù)據(jù)中心建設(shè)中,一體化通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心全覆蓋,支持?jǐn)?shù)據(jù)中心各類終端設(shè)備的即插即用,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源的整體、合理、靈活的調(diào)度與管理;采用加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)中心通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通道進(jìn)行加密,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｎ墨I(xiàn)[27]采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(Advanced Encryptiopn Standard,AES)加密算法保障數(shù)據(jù)報(bào)文的保密傳輸,并結(jié)合混沌密碼學(xué),優(yōu)化密碼系統(tǒng)的密鑰管理及分配方式,提高通信網(wǎng)絡(luò)的安全性能。數(shù)據(jù)中心一體化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn),提高了數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力,降低了數(shù)據(jù)中心能耗監(jiān)測(cè)的難度。

(3) “邊” 提供邊緣計(jì)算的分布式智能代理。終端設(shè)備的不斷智能化發(fā)展,致使終端數(shù)據(jù)量大幅增長(zhǎng)。邊緣計(jì)算減輕了云服務(wù)平臺(tái)的任務(wù)量,減少了數(shù)據(jù)上傳所需要的帶寬。邊緣設(shè)備可對(duì)終端的部分請(qǐng)求做出及時(shí)應(yīng)答,在用戶側(cè)進(jìn)行分布式計(jì)算,就近提供決策服務(wù)[28],縮短了“請(qǐng)求/應(yīng)答”的距離,減少了通信帶來(lái)的能量消耗。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景中,由于智能終端節(jié)點(diǎn)相對(duì)固定,可通過(guò)部署一定數(shù)量和最佳位置的邊緣設(shè)備達(dá)到網(wǎng)絡(luò)延遲最小化。文獻(xiàn)[29]采用K-means聚類算法確定邊緣設(shè)備的部署數(shù)量和最優(yōu)位置,且考慮智能終端與邊緣設(shè)備的關(guān)聯(lián)性,實(shí)現(xiàn)了終端任務(wù)完成時(shí)間最小化的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在滿足智能終端服務(wù)質(zhì)量的前提下,基于K-means聚類部署算法選擇的邊緣服務(wù)器部署數(shù)量最佳,系統(tǒng)完成任務(wù)的平均時(shí)間為4.58 s。

(4) “端” 狀態(tài)感知和執(zhí)行控制命令的智能終端設(shè)備。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景中,根據(jù)感知節(jié)點(diǎn)功能的不同,分為溫濕度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、煙霧監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、能源動(dòng)力監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)標(biāo)簽、紅外圖像節(jié)點(diǎn)等。由于各類節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的環(huán)境參數(shù)不同,因此其終端設(shè)備響應(yīng)時(shí)間不同。感知節(jié)點(diǎn)采用小型化、低功耗的智能終端設(shè)備,可降低數(shù)據(jù)中心能耗。如文獻(xiàn)[30]設(shè)計(jì)的低功耗溫度采集終端,在正常工作下消耗電流不大于700 μA,休眠狀態(tài)時(shí)功耗電流不大于12 μA。此外,數(shù)據(jù)中心應(yīng)采用合理的智能終端調(diào)度方案,提高智能終端協(xié)同完成任務(wù)的能力。文獻(xiàn)[31]采用自適應(yīng)多種群協(xié)同差分進(jìn)化算法求解傳感器調(diào)度方案,提高傳感器協(xié)同能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案可有效調(diào)度多傳感器,應(yīng)對(duì)多任務(wù)需求。

基于電力物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)整合,減少了冗余的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)和服務(wù)器的數(shù)量,從而降低了數(shù)據(jù)中心的整體能耗。此外,在運(yùn)行維護(hù)方面,智能化的巡檢設(shè)備大幅提高了運(yùn)行維護(hù)效率,減少了維護(hù)成本。

2.4 研究進(jìn)展

為解決電力設(shè)備數(shù)量龐大、分布范圍廣、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理等問(wèn)題,本團(tuán)隊(duì)開展了低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(Low Power Wide Area Network,LPWAN)與邊緣計(jì)算融合的相關(guān)研究,構(gòu)建“云、管、邊、端”一體化管控的平臺(tái)架構(gòu)[32]。其中,LPWAN技術(shù)與邊緣計(jì)算融合,已應(yīng)用于電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測(cè),其應(yīng)用場(chǎng)景示意如圖5所示。采用LPWAN技術(shù),可使環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)靈活部署,構(gòu)建廣泛的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò);采用分布式邊緣網(wǎng)關(guān)對(duì)電力設(shè)備終端數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,提高了電力巡檢的效率。

圖5 LPWAN技術(shù)與邊緣計(jì)算融合在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用場(chǎng)景示意

此外,本研究團(tuán)隊(duì)在已構(gòu)建的電力物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)上,開展與數(shù)據(jù)中心溫度可視化和數(shù)據(jù)中心溫度預(yù)測(cè)的相關(guān)調(diào)研;隨后將開展數(shù)據(jù)中心熱島效應(yīng)和數(shù)據(jù)中心溫度預(yù)測(cè)的算法編寫與優(yōu)化,依托熱島效應(yīng)圖和溫度預(yù)測(cè)模型,對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗管理進(jìn)行優(yōu)化。

3 結(jié) 語(yǔ)

電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)對(duì)于電力行業(yè)發(fā)展具有重大的價(jià)值和意義。基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)中心能耗管理旨在更好地服務(wù)電網(wǎng)的各類業(yè)務(wù),快速提供決策方案,提升電網(wǎng)的整體運(yùn)行水平,為用戶帶來(lái)更加人性化的服務(wù)。本文通過(guò)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架,對(duì)數(shù)據(jù)中心的各個(gè)方面進(jìn)行了節(jié)能分析,為基于電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)下的數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了參考,為后續(xù)研究指明了方向。