張成挺，王文娟

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江寧波315040）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能溫度控制節(jié)能機(jī)房研究

張成挺，王文娟

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江寧波315040）

近年來，物聯(lián)網(wǎng)（internet of thinys，IoT）、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)在信息技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。這些技術(shù)已成為世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要引擎[1-5]。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的快速增長(zhǎng)[6-7]，連接到互聯(lián)網(wǎng)的各種設(shè)備數(shù)量在不斷增加，而這些設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)爆炸性增長(zhǎng)導(dǎo)致計(jì)算和存儲(chǔ)容量的需求呈指數(shù)級(jí)增加[8-9]。蓬勃發(fā)展的大數(shù)據(jù)行業(yè)加速了技術(shù)演進(jìn)和應(yīng)用創(chuàng)新的發(fā)展，大數(shù)據(jù)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、公共服務(wù)、國(guó)家安全等方面起著重要作用。而作為大數(shù)據(jù)核心基礎(chǔ)設(shè)施，機(jī)房中心（server room，SR）變得越發(fā)重要[10]。機(jī)房是一個(gè)復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅包括計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，還包括冗余數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、環(huán)境控制設(shè)備和安全支持設(shè)備[11]。機(jī)房在確保信息技術(shù)（information technology，IT）基礎(chǔ)設(shè)施連續(xù)性的同時(shí)，還為信息安全方面提供必要的保障[12]。圖1示所示為由電力、冷卻、防火、安全和其他子系統(tǒng)組成的因特網(wǎng)服務(wù)提供商（internet serice provider，ISP）中的實(shí)際機(jī)房。

圖1 ISP中采用的機(jī)房系統(tǒng)Fig.1 A practical data center system in an ISP

為了最大限度地提高能源效率，減少環(huán)境污染，近年來研究者提出綠色機(jī)房的發(fā)展趨勢(shì)[13]。提高IT設(shè)備和空調(diào)系統(tǒng)的供電效率是綠色機(jī)房的主要聚焦點(diǎn)[14]。為了降低IT設(shè)備的功耗，目前已有眾多各種新穎高效的方案被提出，如虛擬化和云計(jì)算。通過建立低溫區(qū)、部署通風(fēng)和水冷系統(tǒng)等，空調(diào)能耗也將會(huì)降低。

為了解決上述問題，本文提出了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)智能控制的節(jié)能機(jī)房系統(tǒng)。本研究主要內(nèi)容如下：①提出一種基于云計(jì)算的方法，通過微更新有效降低機(jī)房功耗，簡(jiǎn)化和規(guī)范冷卻系統(tǒng)的管理；②提出一種多級(jí)智能溫度控制算法，來提高冷卻系統(tǒng)的能源效率；③對(duì)小型機(jī)房部署方案進(jìn)行模擬，以證明能源效率得到顯著改善。

1 相關(guān)工作

機(jī)房的演變包括以下3個(gè)主要階段：①分布式機(jī)房：企業(yè)根據(jù)需求，在不同地區(qū)建立機(jī)房，分布式機(jī)房不能解決數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)連續(xù)性問題。②集中式機(jī)房：對(duì)分布式服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和其他與IT相關(guān)的設(shè)備集中管理。③支持云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)房：通過先進(jìn)的云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)，機(jī)房可靈活應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)需求，有效降低能耗。由于能源危機(jī)，具有顯著節(jié)能性能并支持云計(jì)算的機(jī)房已成為建立綠色機(jī)房的首選方法。

眾多研究嘗試在保證服務(wù)質(zhì)量（qualityofservice，QoS）和體驗(yàn)質(zhì)量（qualityof experience，QoE）的前提下，使用支持物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算技術(shù)來降低能耗。在文獻(xiàn)[15]中，Kashif等人提出了一種新穎的綠色機(jī)房架構(gòu)，以提供智能傳感器的全面監(jiān)控和云端實(shí)時(shí)遷移與優(yōu)化。在文獻(xiàn)[16]中，Jetsadaporn和Chawalit設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬系統(tǒng)來模擬機(jī)房冷卻系統(tǒng)，為降低能耗提供指導(dǎo)。雖現(xiàn)有的方法能夠降低機(jī)房能源消耗，但其需要大量資本投資，且難以在實(shí)際的機(jī)房系統(tǒng)中部署。因此，本文提出一個(gè)用于綠色機(jī)房的智能多電平溫度控制系統(tǒng)來解決以上問題。

2 云輔助智能溫控系統(tǒng)架構(gòu)

穩(wěn)定可靠的溫度控制系統(tǒng)是機(jī)房最重要的支撐之一。在設(shè)計(jì)階段需要著重考慮空調(diào)制冷系統(tǒng)。例如，諸多大型機(jī)房會(huì)投入大量資金建設(shè)穩(wěn)定、可靠和先進(jìn)的節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。但由于預(yù)算有限，一些中小型企業(yè)必須安裝價(jià)格低廉的家用空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，這對(duì)機(jī)房運(yùn)維造成重大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，基于對(duì)現(xiàn)有機(jī)房空氣溫度控制系統(tǒng)解決方案的全面調(diào)查，本文提出了一種物聯(lián)網(wǎng)輔助智能機(jī)房控制溫度的方法，該系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)架構(gòu)由溫度控制系統(tǒng)和云管理平臺(tái)組成，溫度控制系統(tǒng)提供冷卻、通風(fēng)、環(huán)境信號(hào)采集和傳輸；云管理平臺(tái)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控、附件設(shè)備管理和基于大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)評(píng)估。

2.1 數(shù)據(jù)中心溫控系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)是機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)保證。如圖3所示，提出的空調(diào)系統(tǒng)主要由5個(gè)部分組成：環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)、空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)以及多級(jí)智能溫度控制系統(tǒng)。

圖2 云輔助綠色機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Cloud-assisted green data center air conditioning system architecture

圖3 數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)Fig.3 Data center air conditioning system

2.1.1 環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)

通常，機(jī)房中會(huì)有一些高精度IT設(shè)備在運(yùn)行，易產(chǎn)生異常集中的熱負(fù)荷，而其對(duì)溫度和濕度的變化敏感。因此，溫濕度的穩(wěn)定狀態(tài)是機(jī)房最為重要的要求，必須通過連續(xù)的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)來支持。而機(jī)房面積、機(jī)架布局和設(shè)備數(shù)量直接影響機(jī)房的溫濕度。所以，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)應(yīng)在機(jī)房中靈活部署。為了解決這一問題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)集成了高精度溫濕度傳感器的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，其體積小，易于部署。需著重考慮的是，安裝在現(xiàn)有機(jī)房中的便利性。此外，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)也部署在機(jī)房外部，原因如下：1）外部溫度影響空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，例如，在較冷的地區(qū)，溫度和濕度均極低，這可能導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生問題故障；2）當(dāng)室外溫度和濕度接近所需參數(shù)時(shí)，可以關(guān)閉一部分空調(diào)，并打開通風(fēng)系統(tǒng)，將自然冷氣帶入機(jī)房以實(shí)現(xiàn)節(jié)能冷卻。而監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的電源是由機(jī)房電力系統(tǒng)和電池組合而成的，當(dāng)機(jī)房電源系統(tǒng)可用時(shí)，節(jié)點(diǎn)直接由機(jī)房供電并充電。當(dāng)機(jī)房電源系統(tǒng)不可用時(shí)，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)切換到由電池供電，保證物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控器的高可靠性。

2.1.2 空調(diào)系統(tǒng)

考慮到兼容性和經(jīng)濟(jì)性，本文提出了一種將ZigBee模塊集成到現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)中的輕量級(jí)重建方法。將物聯(lián)網(wǎng)傳感器安裝在空調(diào)器上，通過大數(shù)據(jù)監(jiān)控進(jìn)行設(shè)備的故障檢測(cè)、分析以及預(yù)測(cè)其運(yùn)行條件和參數(shù)。同時(shí)，傳感器收集有關(guān)功耗的信息，為能源優(yōu)化提供指導(dǎo)。

2.1.3 通風(fēng)系統(tǒng)

為了節(jié)約能源，必須將自然空氣引入機(jī)房冷卻。本設(shè)計(jì)在通風(fēng)口部署ZigBee溫濕度傳感器，為控制通風(fēng)系統(tǒng)提供依據(jù)。此外，應(yīng)部署空氣過濾裝置，以防止機(jī)房的空氣污染。

2.1.4 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

機(jī)房溫度控制系統(tǒng)提供2種網(wǎng)絡(luò)通信方式：1）由于機(jī)房通常提供更高的帶寬和多個(gè)因特網(wǎng)接入點(diǎn)（AP），所以zigbee網(wǎng)關(guān)可通過機(jī)房之間的有線連接傳輸感知數(shù)據(jù)并接收命令；2）zigbee網(wǎng)關(guān)與3G/4G模塊集成，且在機(jī)房網(wǎng)絡(luò)中斷等緊急情況下，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供可靠的通信。

2.1.5 多層智能溫控系統(tǒng)

溫度控制系統(tǒng)包含3層：計(jì)算機(jī)中心、運(yùn)行維護(hù)中心和自然環(huán)境。與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的IT設(shè)備集中部署在機(jī)房?jī)?nèi)，由透明玻璃分隔。大多數(shù)IT設(shè)備均放置在計(jì)算機(jī)中心，對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性要求較高。而運(yùn)行維護(hù)中心靠近計(jì)算機(jī)中心，以方便工作人員操作。計(jì)算機(jī)中心和操作維護(hù)中心分布由單獨(dú)的空調(diào)系統(tǒng)覆蓋。在緊急情況下如遇到異常溫度時(shí)，溫度控制系統(tǒng)將自動(dòng)打開計(jì)算機(jī)中心和維護(hù)中心之間的門及通風(fēng)口，使用維護(hù)中心的空調(diào)系統(tǒng)來控制計(jì)算機(jī)中心的溫度。這種多級(jí)別智能溫控系統(tǒng)不僅可以應(yīng)對(duì)緊急情況，還能節(jié)約能源消耗。當(dāng)檢測(cè)到外部溫度比計(jì)算機(jī)中心內(nèi)的溫度低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開通風(fēng)系統(tǒng)，關(guān)閉部分空調(diào)，從而將自然冷氣帶入計(jì)算機(jī)中心進(jìn)行節(jié)能冷卻。

2.2 支持云的管理平臺(tái)

云端管理平臺(tái)是機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的控制中心，其核心功能包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)分析。還可以基于該平臺(tái)開發(fā)各種應(yīng)用，為機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)提供監(jiān)控與管理。

2.2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)環(huán)境和空調(diào)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)計(jì)傳感器將以短時(shí)間間隔收集數(shù)據(jù)，如圖4所示。感知數(shù)據(jù)在工作人員協(xié)助進(jìn)行數(shù)據(jù)分類后，被傳輸?shù)皆贫瞬⒋鎯?chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）和大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，如hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS）中。RDBMS用于存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以進(jìn)行快速查詢和操作，通過數(shù)據(jù)庫訪問接口可開發(fā)對(duì)其的專屬應(yīng)用程序?？紤]傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)量較大，且包括來自多個(gè)機(jī)房的監(jiān)控信息，RDBMS不足以提供有效的管理。因此，將RDBMS中的歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出到HDFS以提高性能。此外，數(shù)據(jù)無需實(shí)時(shí)處理即可直接存儲(chǔ)在HDFS中。

2.2.2 大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)

新興的大數(shù)據(jù)技術(shù)支持對(duì)運(yùn)行信息大容量設(shè)備的有效分析，這可以幫助人們了解設(shè)備耗散并檢測(cè)故障癥狀。運(yùn)行信息由安裝在空調(diào)系統(tǒng)中的傳感器收集并傳輸?shù)皆贫艘员阌谛阅鼙O(jiān)控。此外，空調(diào)維護(hù)還可通過基于大數(shù)據(jù)的故障分析和預(yù)測(cè)來進(jìn)行指導(dǎo)，從而提高空調(diào)系統(tǒng)的有效性。

2.2.3 上層應(yīng)用

基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)分析可以開發(fā)各種上層應(yīng)用，實(shí)時(shí)演示運(yùn)行狀態(tài)，并監(jiān)控機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的故障。尤其是對(duì)于需要技術(shù)人員7×24 h值班的分布式小型機(jī)房，通過開發(fā)通知應(yīng)用程序，以短信或電子郵件的方式及時(shí)通知技術(shù)人員，減少人員的工作量。

3 設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 多級(jí)智能溫度控制算法

圖4說明了多級(jí)智能溫度控制算法的詳細(xì)程序。傳感器被部署以感測(cè)計(jì)算機(jī)中心（TDC）、操作維護(hù)中心（TOR）和自然環(huán)境（TN）的溫度。3個(gè)閾值即T[1]、T[2]和T[3]是預(yù)定值。詳細(xì)步驟描述如下：

若計(jì)算機(jī)中心與自然環(huán)境之間的溫差大于T[1]（即TDC-TN＞T[2]），計(jì)算機(jī)中心與自然環(huán)境之間的通風(fēng)系統(tǒng)（WDC-Nature）將被打開；

如果計(jì)算機(jī)中心和維護(hù)中心之間的溫差大于T[2]，即TDC-TN＞T[2]，計(jì)算機(jī)中心與運(yùn)行維護(hù)中心之間的通風(fēng)系統(tǒng)（WDC-OR）將被打開；

當(dāng)計(jì)算機(jī)中心的溫度大于T[3]，計(jì)算機(jī)中心的空調(diào)將被打開；

若不符合上述條件，計(jì)算機(jī)中心的溫度是正常的，系統(tǒng)將關(guān)閉一部分空調(diào)，并切換到節(jié)能模式。

針對(duì)緊急情況，必須定義兩個(gè)閾值Talert和Tmax，詳細(xì)的警告程序如下：

當(dāng)Talert＜TDC＜Tmax時(shí)，計(jì)算機(jī)中心的空調(diào)系統(tǒng)打開，向機(jī)房管理人員發(fā)送警告信息；

當(dāng)TDC＞Tmax時(shí)，存在緊急情況。通風(fēng)系統(tǒng)WDC-OR、WDC-Nature和計(jì)算機(jī)中心（ADC）、運(yùn)行維護(hù)中心（AOR）的空調(diào)系統(tǒng)則將必須立即開啟，以盡快降低溫度。此外，還需要向機(jī)房管理員發(fā)送警告消息。

3.2 機(jī)房中的傳感器網(wǎng)絡(luò)

如圖3所示，部署在機(jī)房中的傳感器組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)將感測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)。通常傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信是基于短波無線電技術(shù)，例如在所提出的系統(tǒng)中采用的ZigBee。ZigBee是遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低速和短距離無線通信協(xié)議，支持多達(dá)65，000個(gè)節(jié)點(diǎn)。在所提出的系統(tǒng)中，ZigBee網(wǎng)絡(luò)包括以下3種類型的設(shè)備（節(jié)點(diǎn)）：1）zigbee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)：用于啟動(dòng)和控制網(wǎng)絡(luò)并存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息；2）ZigBee路由器節(jié)點(diǎn)：用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由，防止網(wǎng)絡(luò)干擾和設(shè)備故障；3）ZigBee終端節(jié)點(diǎn)：用于收集環(huán)境數(shù)據(jù)。

圖4 綠色機(jī)房的多級(jí)智能溫度調(diào)節(jié)策略Fig.4 Multilevel smart temperature adjustment strategy for green DCs

ZigBee支持星形拓?fù)?、樹形拓?fù)浜途W(wǎng)格拓?fù)?。如圖5所示，本文部署了一個(gè)混合星型拓?fù)洹．?dāng)機(jī)房區(qū)域較小，終端和協(xié)調(diào)器之間幾乎沒有障礙物時(shí)，星型拓?fù)涫沁m用的；而當(dāng)機(jī)房面積較大，且超過ZigBee節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離（一般為100 m）或終端與協(xié)調(diào)器之間存在多個(gè)服務(wù)器機(jī)架時(shí)，則需要采用支持多跳傳輸?shù)臉湫瓮負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的配置。

3.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)必須同傳感器集成以收集復(fù)雜的環(huán)境數(shù)據(jù)。在提出的方案中，采用TI生產(chǎn)的CC2530 SoC芯片用作傳感器節(jié)點(diǎn)的控制芯片，集成了256 kB的內(nèi)存，8 kB的RAM和1個(gè)高性能射頻收發(fā)器，并支持3種類型的電源模式。CC2530內(nèi)置溫度傳感器，但其精度不足。因此，將SHT1X溫濕度傳感器集成在傳感器節(jié)點(diǎn)上，其具有可靠性高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。圖6為環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

圖5 數(shù)據(jù)中心傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.5 Topological structure of the data center sensor network

圖6 數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控節(jié)點(diǎn)Fig.6 Data center environment monitoring node

3.4 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)關(guān)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間的橋梁，除了ZigBee之外，其還支持各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如圖7所示，網(wǎng)關(guān)由硬件層、軟件層和應(yīng)用層組成。硬件層包括網(wǎng)關(guān)微處理器、通信模塊、轉(zhuǎn)換接口等；軟件層包括嵌入式操作系統(tǒng)、協(xié)議棧和協(xié)議轉(zhuǎn)換組件；應(yīng)用層則為上層應(yīng)用程序提供運(yùn)行時(shí)間。

圖7 zigbee網(wǎng)關(guān)框架Fig.7 Zigbee gateway framework

4 實(shí)驗(yàn)與評(píng)估

4.1 測(cè)試和評(píng)估環(huán)境

本文將提出的系統(tǒng)的可行性在小機(jī)房中進(jìn)行驗(yàn)證。機(jī)房的基本信息如表1所示，圖8為多級(jí)智能空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際部署情況。文中針對(duì)中小型企業(yè)的機(jī)房溫控系統(tǒng)進(jìn)行部署，包括所設(shè)計(jì)的ZigBee節(jié)點(diǎn)和云端控制系統(tǒng)。

表1 機(jī)房的基本信息Tab.1 Basic information of data center

圖8 物聯(lián)網(wǎng)多級(jí)智能空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際部署效果Fig.8 Actual deployment effect of the multilevel intelligent air conditioning system

4.2 實(shí)驗(yàn)

為了演示該機(jī)房中傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并可視化感知數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)在Android平臺(tái)上開發(fā)了移動(dòng)應(yīng)用程序。針對(duì)機(jī)房的監(jiān)控測(cè)試過程，如圖9所示。當(dāng)自然環(huán)境溫度明顯低于計(jì)算機(jī)中心時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉一部分空調(diào)，并打開計(jì)算機(jī)中心與自然環(huán)境之間的通風(fēng)系統(tǒng)，將冷空氣引入機(jī)房節(jié)能冷卻。此時(shí)剛開始機(jī)房溫度會(huì)稍有上升，但仍在允許的溫度范圍內(nèi)，這是因?yàn)槔淇諝鉀]有及時(shí)進(jìn)入機(jī)房。從第27個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)開始，溫度趨于穩(wěn)定。由此可知，在天然冷氣輔助下，能夠以較低的能量消耗來控制溫度。在圖9所示的監(jiān)測(cè)過程中，操作維護(hù)中心和計(jì)算機(jī)中心之間的溫度差未超過閾值，因此其之間的通風(fēng)系統(tǒng)并未打開。

為進(jìn)一步驗(yàn)證，本文統(tǒng)計(jì)分析了1個(gè)月內(nèi)所有各部的用電量。測(cè)試方案中的機(jī)房位于一個(gè)晝夜溫差較大的區(qū)域，計(jì)算機(jī)中心和自然環(huán)境之間的通風(fēng)系統(tǒng)在夜間會(huì)自動(dòng)開啟，而機(jī)房中的一些空調(diào)將會(huì)被關(guān)閉。在白天，若計(jì)算機(jī)中心與自然環(huán)境之間的溫差小于閾值，則通風(fēng)系統(tǒng)將被關(guān)閉，空調(diào)將被打開。如圖10所示，在多級(jí)智能溫控系統(tǒng)的協(xié)助下，空調(diào)系統(tǒng)占總功耗的百分比降低了10%。

圖9 數(shù)據(jù)中心溫度調(diào)節(jié)Fig.9 Data center temperature regulation

圖10 空調(diào)系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心總功耗的百分比Fig.10 Percentage of the air conditioning system accounting for the total power consumption in the data center

5 結(jié)語

本文針對(duì)當(dāng)前機(jī)房設(shè)計(jì)方案中所遇到的能耗過高問題，提出了結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器的綠色機(jī)房溫度控制系統(tǒng)。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)中每個(gè)組件的具體功能，并將所設(shè)計(jì)的方案集合實(shí)現(xiàn)，對(duì)中小型企業(yè)的機(jī)房進(jìn)行實(shí)際測(cè)試?；趯?shí)際部署的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了，所提出的方案可有效降低10%的能耗，且保障了機(jī)房的冷卻效果達(dá)到要求。本文設(shè)計(jì)的方案在小型機(jī)房中得到了驗(yàn)證，通過物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控，并采用大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行智能判斷。未來的工作中，還將會(huì)結(jié)合云計(jì)算，針對(duì)分布式機(jī)房組進(jìn)行的全局的調(diào)控與優(yōu)化，以期進(jìn)一步降低能耗。

[1]周立鶴，陳武.智能控制系統(tǒng)在綠色數(shù)據(jù)機(jī)房中的應(yīng)用[J].電力信息與通信技術(shù)，2015，13（11）:128-131.ZHOU Lihe，CHEN Wu.Application of Intelligent Control System in Green Data Room [J].Power Information and Communication Technology，2015，13（11）:128-131.

[2]駱玉海，韓延中，王常程，等.通信機(jī)房節(jié)能設(shè)計(jì)探索和氣流組織研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（2）:67-68.LUO Yuhai，HAN Yanzhong，WANG Changcheng，et al.Research on energy-saving design and airflow organization of communication room[J].Journal of Shandong Industrial Technology，2017（2）:67-68.

[3] 李銳.論數(shù)據(jù)中心之基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計(jì)與節(jié)能效益[J].信息技術(shù)與信息化，2014（5）:48-49.LI Rui.On the planning and design of energy infrastructure and energy efficiency [J].Information Technology and Information Technology，2014（5）:48-49.

[4]黃紅兵，鄭文斌，章振海.基于zigbee的電力通信機(jī)房可視化監(jiān)控系統(tǒng)[J].電力信息與通信技術(shù)，2016，14（1）:63-67.HUANG Hongbing，ZHENG Wenbin，ZHANG Zhenhai.Based on zigbee，a visual monitoring system for power communication room[J].Power Information and Communication Technology，2016，14（1）:63-67.

[5] 姚忠昌，方惠芬.基于多傳感設(shè)備的統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014，30（11）:14-17.YAO Zhongchang，F(xiàn)ANG Huifen.Analysis of unified data service based on multi-sensing equipment[J].Power System&Clean Energy，2014，30（11）:14-17.

[6]張志強(qiáng).通信機(jī)房節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:華中科技大學(xué)，2015.

[7]周志偉，李哲.遠(yuǎn)程機(jī)房空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（7）:143-145.ZHOU Zhiwei，LI Zhe.Research and design ofair conditioning energy saving monitoring system for remote room [J].Digital Technology and Applications，2016（7）:143-145.

[8]彭和平.新一代綠色數(shù)據(jù)中心（機(jī)房）先進(jìn)節(jié)能技術(shù)[J].智能建筑與城市信息，2016（9）:46-49.PENG Heping.A new generation of green data center（room）advanced energy-saving technology[J].Intelligent building and city information，2016（9）:46-49.

[9]辛建華.數(shù)據(jù)中心機(jī)房整體節(jié)能及設(shè)計(jì)評(píng)估模型[J].廣東通信技術(shù)，2015，35（4）:15-18.XIN Jianhua.Data center computer room overall energy saving and design evaluation model[J].Guangdong Communication Technology，2015，35（4）:15-18.

[10]胡之榮，顏麗淵，張倩.基于智能控制系統(tǒng)的昆明供電局綠色機(jī)房建設(shè)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（18）:169-170.HU Zhirong，YAN Liyuan，ZHANG Qian.Based on theintelligentcontrolsystem ofKunming PowerSupply Bureau green room construction[J].Electronic Technology and Software Engineering，2016（18）:169-170.

[11]廖珊.基于C/S與B/S混合結(jié)構(gòu)的機(jī)房管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技，2016，(5）:172-174.LIAO Shan.Design of Computer Room Management System Based on C/S and B/S Hybrid Structure[J].Electronic Science and Technology，2016，29（5）:172-174.

[12]吳曉龍.基于電氣設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的建筑節(jié)能應(yīng)用研究[D].濟(jì)南:山東建筑大學(xué)，2015.

[13]梁壽愚，胡榮，周華鋒，等.基于云計(jì)算架構(gòu)的新一代調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2016，10（6）:8-14.LIANG Shouyu，HU Rong，ZHOU Huafeng，et al.New generation scheduling automation system based on cloud computing architecture[J].Southern Power Grid Technology，2016，10(6）:8-14.

[14]劉宏.數(shù)據(jù)中心自適應(yīng)能效優(yōu)化系統(tǒng)的研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué)，2015.

[15]Bates N，Ghatikar G，Abdulla G，et al.Electrical Grid and Supercomputing Centers:An Investigative Analysis of Emerging Opportunities and Challenges[J].Informatik-Spektrum，2015，38(2）:111-127.

[16]Sitaram D，Phalachandra H L，Gautham S，et al.Energy efficientdata center managementunder availability constraints[C].Systems Conference.IEEE，2015.

Research on Intelligent Temperature Control Based on Internet of Things

ZHANG Chengting，WANG Wenjuan
（Zhejiang Tobacco Industry Co.，Ltd.，Ningbo 315040，Zhejiang，China）

As the global energy shortage intensifies，energy efficiency is one of the most important considerations for data centers.In this paper，a green data center air conditioning system，which is composed of cloud technology，is proposed.It consists of two subsystems:data center air conditioning system and cloud management platform.The data center air conditioning system includes environmental monitoring，air conditioning，ventilation and temperature control，while the cloud platform provides data storage and analysis to support upper-level applications.In addition，this paper discusses the temperature control of the scheduling algorithm，the sensor network topology and environmental monitoring node framework of the detailed design and implementation.The proposed system is verified with the feasibility assessment，and the results suggest that it is able to significantly reduce the energy consumption of the data center without reducing the cooling performance.

energy saving;air conditioning;ZigBee;cloud computing;Internet of Things

隨著全球能源短缺進(jìn)一步加劇，能源效率是數(shù)據(jù)中心最重要的考慮因素之一。文中提出了由云技術(shù)輔助的綠色數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)和云管理平臺(tái)2個(gè)子系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、空調(diào)、通風(fēng)和溫度控制，而云平臺(tái)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析，用以支持上層應(yīng)用。討論了溫度控制的調(diào)度算法，傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)境監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)框架的詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用可行性評(píng)估來驗(yàn)證所提出的系統(tǒng)可以顯著降低數(shù)據(jù)中心的能耗，且不影響冷卻性能。

節(jié)能；空調(diào)；ZigBee；云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)

1674-3814（2017）09-0072-06

TM623

A

國(guó)家自然科學(xué)基金（61033004）。

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China(61033004）.

2017-06-22。

張成挺（1985—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、煙草數(shù)字化工廠；

王文娟（1987—），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、軟件工程。

（編輯 張曉娟）