許 曉 萍

(福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 福建 福州 350108)

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與人工智能等新技術(shù)廣泛應(yīng)用,數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和數(shù)量呈高速發(fā)展趨勢(shì),其能耗高、能效低的問題也日益凸顯。據(jù)測(cè)算,我國(guó)數(shù)據(jù)中心的總能源消耗量五年內(nèi)將翻一番[1]。提高能源利用效率將顯著節(jié)約能源消耗量、減少碳排放,這已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的重要內(nèi)容。

目前,國(guó)內(nèi)外普遍采用電能利用效率(PUE)作為數(shù)據(jù)中心能效評(píng)價(jià)指標(biāo),但PUE未考慮數(shù)據(jù)中心安全等級(jí)、氣候條件、IT設(shè)備負(fù)荷率等影響因素,無法對(duì)不同數(shù)據(jù)中心能效直接進(jìn)行比較。因此,2016年我國(guó)發(fā)布的GB/T 32910.3—2016《數(shù)據(jù)中心資源利用第3部分:電能能效要求和測(cè)量方法》提出了電能使用效率(EEUE)指標(biāo)[2-3],該指標(biāo)參照PUE并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況來調(diào)整能源效率值,形成全國(guó)范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心能效的統(tǒng)一比較標(biāo)準(zhǔn)。因此,本文采用EEUE指標(biāo)構(gòu)建云計(jì)算中心能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并對(duì)照GB/T 32910.3—2016國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)分析和電能使用效率值的計(jì)算,科學(xué)評(píng)價(jià)云計(jì)算中心電能能效等級(jí)。

1 EEUE能效評(píng)價(jià)指標(biāo)

數(shù)據(jù)中心是提供網(wǎng)絡(luò)信息處理、計(jì)算、存儲(chǔ)、交互等服務(wù)的場(chǎng)所,內(nèi)部由信息設(shè)備(即IT設(shè)備)、制冷系統(tǒng)、UPS與供配電系統(tǒng)、照明及其他系統(tǒng)構(gòu)成[4]。根據(jù)GB/T 32910.3—2016,EEUE指標(biāo)實(shí)測(cè)值為數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備能耗的比值,計(jì)算公式如式(1)所示:

(1)

式中:ETotal——數(shù)據(jù)中心總能耗;

EIT——IT設(shè)備能耗。

在此基礎(chǔ)上,引入EEUE調(diào)整值,對(duì)不同數(shù)據(jù)中心所處地區(qū)的氣候條件、IT設(shè)備負(fù)荷率、數(shù)據(jù)中心安全等級(jí)和制冷技術(shù)等影響因素進(jìn)行量化[5],據(jù)此對(duì)EEUE實(shí)測(cè)值進(jìn)行補(bǔ)償?shù)玫紼EUE修正值,從而將不同數(shù)據(jù)中心能效調(diào)整到統(tǒng)一的比較標(biāo)準(zhǔn)。EEUE修正值計(jì)算公式如式(2)所示:

EEUE修正值=EEUE實(shí)測(cè)值-EEUE調(diào)整值

(2)

其中,EEUE調(diào)整值大小通過查找GB/T 32910.3—2016國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。EEUE調(diào)整值如表1所示。

表1 EEUE調(diào)整值

經(jīng)過上述調(diào)整值計(jì)算得到的EEUE修正值,不僅是不同數(shù)據(jù)中心的能效比較依據(jù),也是數(shù)據(jù)中心電能能效等級(jí)的評(píng)價(jià)依據(jù),按其值大小可將數(shù)據(jù)中心分為5個(gè)等級(jí)。數(shù)據(jù)中心電能能效要求分級(jí)如表2所示。

2 EEUE能效監(jiān)測(cè)采集點(diǎn)

根據(jù)GB/T 32910.3—2016國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心EEUE能效指標(biāo)時(shí),應(yīng)至少采集數(shù)據(jù)中心總能耗以及IT設(shè)備能耗,對(duì)能效監(jiān)控要求高的數(shù)據(jù)中心,還應(yīng)對(duì)各主要系統(tǒng)的能耗分別采集,EEUE能效監(jiān)測(cè)能耗采集點(diǎn)分布如圖1所示。

表2 數(shù)據(jù)中心電能能效要求分級(jí)

圖1 EEUE能效監(jiān)測(cè)能耗采集點(diǎn)分布

在以下采集點(diǎn)安裝能耗監(jiān)測(cè)終端設(shè)備進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)的采集:

(1) 數(shù)據(jù)中心總能耗采集點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在變壓器的低壓側(cè),見圖1中的A點(diǎn);

(2) 當(dāng)機(jī)柜中PDU未安裝隔離變壓器時(shí),IT設(shè)備能耗采集點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在UPS輸出端供電回路,見圖1中的B點(diǎn);

(3) 當(dāng)機(jī)柜中PDU安裝有隔離變壓器時(shí),IT設(shè)備能耗采集點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在PDU輸出端供電回路,見圖1中的C點(diǎn);

(4) 當(dāng)機(jī)柜采用風(fēng)扇進(jìn)行輔助降溫時(shí),IT設(shè)備能耗采集點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在IT設(shè)備負(fù)載供電回路,見圖1中的D點(diǎn);

從整體上來看，農(nóng)民工返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)對(duì)其就地市民化有顯著影響。其中生存性創(chuàng)業(yè)質(zhì)量和成長(zhǎng)性創(chuàng)業(yè)質(zhì)量每提高1個(gè)單位，其在價(jià)值觀念因子上的得分將分別提高1.228分和5.180分，在身份認(rèn)同因子上的得分將分別提高3.070分和6.098分，在經(jīng)濟(jì)適應(yīng)因子上的得分將分別提高1.045分和5.786分，在生活方式因子上的得分將分別提高1.678分和3.774分。這表明，農(nóng)民工在創(chuàng)業(yè)實(shí)踐過程中逐漸形成具有主動(dòng)適應(yīng)動(dòng)機(jī)又具有主動(dòng)適應(yīng)能力的“主動(dòng)型城市適應(yīng)”模式[22]，從而導(dǎo)致返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)對(duì)其就地市民化有明顯的促進(jìn)作用。

(5) 當(dāng)IT設(shè)備能耗采集點(diǎn)為UPS輸出端供電回路且UPS的負(fù)載還包括UPS供電的制冷、泵時(shí),IT設(shè)備能耗應(yīng)扣除制冷和泵的能耗,即應(yīng)扣除圖1中的B1點(diǎn)和B2點(diǎn)的能耗;

(6) 當(dāng)配備柴油發(fā)電機(jī)時(shí),數(shù)據(jù)中心總能耗應(yīng)為圖1中的A點(diǎn)能耗加上柴油發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)的A1點(diǎn);

(7) 此外,對(duì)制冷、照明及其他系統(tǒng)的能耗也分別進(jìn)行采集,見圖1中的E1、E2和E3點(diǎn)。

3 云計(jì)算中心EEUE能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

本文以EEUE指標(biāo)構(gòu)建云計(jì)算中心能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng),云計(jì)算中心EEUE能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層以及應(yīng)用層?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層按圖1所示的采集點(diǎn)位置安裝能耗監(jiān)測(cè)終端設(shè)備,對(duì)主要用電系統(tǒng)進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)采集,包括IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)、UPS與供配電系統(tǒng)、照明及其他系統(tǒng)等;數(shù)據(jù)傳輸層基于HPLC高速電力線載波通信和ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能,與管理中心進(jìn)行通信;應(yīng)用層即管理中心,對(duì)采集到的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,分析能耗構(gòu)成,為節(jié)能活動(dòng)提供依據(jù),計(jì)算得到EEUE值,評(píng)估云計(jì)算中心電能能效等級(jí)。

圖2 云計(jì)算中心EEUE能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

4 云計(jì)算中心EEUE能效計(jì)算基本流程

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心EEUE能效計(jì)算的基本流程如下:

(1) 根據(jù)GB/T 32910.3—2016規(guī)定,選定云計(jì)算中心的能耗采集點(diǎn),在相應(yīng)回路安裝能耗監(jiān)測(cè)終端設(shè)備。

(2) 由各個(gè)終端的通信模塊、HPLC主站模塊以及上位機(jī)組成云計(jì)算中心通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)終端與上位機(jī)管理中心的能耗信息交互功能。

(4) 上位機(jī)管理中心將采集到的能耗信息按照不同的能耗類別進(jìn)行存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)并計(jì)算得到EEUE實(shí)測(cè)值。

(5) 根據(jù)云計(jì)算中心的安全等級(jí)、氣候環(huán)境以及空調(diào)制冷形式在表1中查找這些影響因素對(duì)應(yīng)的EEUE調(diào)整值。

(6) 根據(jù)采集的能耗數(shù)據(jù),計(jì)算云計(jì)算中心IT設(shè)備負(fù)荷使用率,并按照表1負(fù)荷使用率對(duì)應(yīng)的區(qū)間范圍等比例進(jìn)行換算,計(jì)算對(duì)應(yīng)的EEUE調(diào)整值。

(7) 將云計(jì)算中心的EEUE實(shí)測(cè)值扣除步驟(5)與(6)中確定的EEUE調(diào)整值,得到EEUE修正值,并依據(jù)表2分析云計(jì)算中心的電能能效要求,確定能效等級(jí)。

5 云計(jì)算中心EEUE能效分析

由于制冷能耗是云計(jì)算中心除IT設(shè)備能耗外占比最大的能耗且隨季節(jié)性波動(dòng),一般以1 a為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)周期進(jìn)行EEUE統(tǒng)計(jì)。因此,本文選擇東南沿海某云計(jì)算中心作為研究對(duì)象,采用本文提出的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)云計(jì)算中心某一年的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,計(jì)算并分析其EEUE能效情況。

首先,根據(jù)云計(jì)算中心安全等級(jí)和氣候及空調(diào)制冷的實(shí)際情況,查找表1得到相應(yīng)的EEUE調(diào)整值,東南某云計(jì)算中心影響因素調(diào)整值如表3所示。

表3 東南某云計(jì)算中心影響因素調(diào)整值

按月對(duì)云計(jì)算中心的EEUE能效進(jìn)行分析,并計(jì)算,云計(jì)算中心全年負(fù)荷使用率變化如圖3所示。

圖3 云計(jì)算中心全年負(fù)荷使用率變化

表1給出的是負(fù)荷使用率分別為25%、50%、75%和100%情況下的EEUE調(diào)整值,在實(shí)際應(yīng)用中,為方便計(jì)算,根據(jù)負(fù)荷使用率對(duì)應(yīng)的區(qū)間范圍按比例進(jìn)行換算,得到量化的、不同負(fù)荷使用率情況下的EEUE調(diào)整值。EEUE調(diào)整值計(jì)算公式如式(3)所示:

(3)

式中:LFIT——云計(jì)算中心負(fù)荷使用率。

根據(jù)式(3)計(jì)算出不同負(fù)荷使用率情況的EEUE調(diào)整值,根據(jù)式(2)計(jì)算最終的EEUE修正值,云計(jì)算中心全年EEUE能效分布圖如圖4所示。

圖4 云計(jì)算中心全年EEUE能效分布圖

當(dāng)云計(jì)算中心建成后,所處區(qū)域氣候環(huán)境和安全等級(jí)就已經(jīng)固定,IT設(shè)備的負(fù)荷使用率成為EEUE能效影響最大的因素。根據(jù)圖3和圖4可知,該云計(jì)算中心經(jīng)過將負(fù)荷使用率等影響因素量化后,計(jì)算所得的EEUE修正值基本維持在1.5,云計(jì)算中心電能能效符合一級(jí)節(jié)能的要求。

6 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了基于ZIGBEE與HPLC分層級(jí)物聯(lián)通信的云計(jì)算中心EEUE能效監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集云計(jì)算中心能耗數(shù)據(jù),便于分類統(tǒng)計(jì)云計(jì)算中心不同設(shè)備的能耗情況,為后續(xù)節(jié)能活動(dòng)提供依據(jù);將不同數(shù)據(jù)中心所處地區(qū)的氣候條件、制冷技術(shù)、安全等級(jí)與IT設(shè)備負(fù)荷率等影響因素進(jìn)行量化,從而將不同數(shù)據(jù)中心能效指標(biāo)調(diào)整到統(tǒng)一的比較標(biāo)準(zhǔn),科學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心電能能效要求。經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)中心采集及其能耗指標(biāo)計(jì)算,驗(yàn)證了本文能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用性。