機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)和方法與流程
公開領域
本公開涉及空氣冷卻系統(tǒng)，且特別是涉及目的在于監(jiān)視在設備外殼或機架內的氣流的方法和系統(tǒng)。
公開背景
冷卻消耗數(shù)據(jù)中心的能量支出的一大部分。這產生盡可能有效地分配在數(shù)據(jù)中心內的冷卻的需要。為了達到這個目標，很多數(shù)據(jù)中心操作員依賴于氣流和溫度傳感器來調節(jié)冷卻以為服務器和用于支持服務器的機架達到足夠的氣流和溫度。為了估計氣流，一種已知的方法是假設氣流與已知的氣流數(shù)量(例如來自機架pdu)或估定機架功率成比例，例如125cfm/kw。雖然這種技術在整個數(shù)據(jù)中心界被廣泛使用，但是這不是非常準確的。支持it設備的設備機架可在氣流中從例如40cfm/kw改變到高達300cfm/kw或更大。此外，為了最小化風扇功率，it氣流速率一般響應于入口溫度和當前工作負荷而動態(tài)地改變。
估計氣流的另一方法是根據(jù)實測的入口溫度和出口溫度連同機架功率一起計算機架氣流速率。該技術涉及理解如果越過機架的凈溫度上升和功率都是已知的，則根據(jù)能量守恒原理(從熱力學第一定律推斷)氣流速率也是已知的。然而，以有意義的準確度測量越過機架的溫度上升非常難。由于創(chuàng)建具有高速度和其它“死點”的一些區(qū)的it設備風扇的分布，測量機架排氣溫度特別難。該技術要求速度加權溫度測量，其需要非常大量的測量位置來產生準確的測量。此外，比實際it設備的后部更接近機架的后門進行的測量將包括大量額外的夾帶空氣，其不應被包括在能量/氣流計算中。
公開概述
公開的一個方面目的在于配置成測量穿過具有殼體和使空氣能夠流入殼體的內部的穿孔前門的設備機架的氣流的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)。在一個實施方式中，系統(tǒng)包括控制模塊和固定到設備機架的前門并耦合到控制模塊的多個氣流傳感器。每個氣流傳感器配置成檢測用于測量氣流的參數(shù)并將所檢測的參數(shù)傳遞到控制模塊?？刂颇K配置成從在設備機架的前門處的多個氣流傳感器得到溫度、氣流速度和氣流方向。
系統(tǒng)的實施方式還可包括在設備機架的整個前門上均勻間隔開的15個氣流傳感器。多個傳感器可固定到設備機架的后門而不是前門。多個氣流傳感器可由多個纜線連接到控制模塊。多個氣流傳感器可由電池或有線連接提供電力?？刂颇K可包括與設備機架和/或數(shù)據(jù)中心處理設備通信的微處理器。每個氣流傳感器可包括細長管、布置在管的內部內的熱敏電阻器和在管的內部相鄰于熱敏電阻器而提供的加熱器。每個氣流傳感器還可包括led指示器以通知操作員特定的傳感器是“熱的”還是“冷的”?？墒褂盟矔r加熱和冷卻方法來測量氣流速率，熱敏電阻器被一直加熱到高于環(huán)境溫度的已知增量并接著被允許以與空氣速度相關的自然速率冷卻。每個氣流傳感器還可包括加熱元件以提供熱源，空氣方向可使用該熱源來被確定。加熱元件可包括電阻器。管可具有比管的直徑大大約三倍的長度。管可具有0.5英寸的直徑和1.5英寸的長度。系統(tǒng)還可包括密封部件以密封在前門周圍或跨服務器安裝平面的間隙以確保it氣流穿過設備機架的前門流動并受到監(jiān)視。系統(tǒng)還可包括在服務器安裝軌之間被固定在未被服務器占據(jù)的位置處的一個或多個空白面板。
公開的另一方面目的在于用于從氣流傳感器確定氣流速度的過程，氣流傳感器包括熱敏電阻器。在一個實施方式中，該過程包括：執(zhí)行熱敏電阻器的初始校準，直到熱敏電阻器的穩(wěn)態(tài)電壓和穩(wěn)態(tài)溫度被達到為止；啟動定時器；讀取熱敏電阻器的電壓；計算熱敏電阻器的環(huán)境溫度；計算熱敏電阻器的上電壓閾值和下電壓閾值以及上溫度閾值和下溫度閾值；將源電壓施加到熱敏電阻器，直到電壓達到上電壓閾值為止；讀取熱敏電阻器的電壓；如果熱敏電阻器的電壓大于上電壓閾值，則繼續(xù)在預定時間段期間將源電壓施加到熱敏電阻器；如果熱敏電阻器的電壓小于上電壓，則結束時間被記錄，電壓從熱敏電阻器被移除，且特征冷卻時間被計算；以及計算氣流速度。
該方法的實施方式還可包括確定氣流方向。確定氣流方向可包括獲取熱敏電阻器的幾個電壓讀數(shù)來確定穩(wěn)態(tài)環(huán)境溫度，一旦穩(wěn)態(tài)環(huán)境溫度被達到，就讀取熱敏電阻器的電壓并將電壓轉換成溫度以確立起始環(huán)境溫度，將電壓施加到與熱敏電阻器流體連通的加熱器，在短延遲之后讀取熱敏電阻器的電壓，計算熱敏電阻器的環(huán)境溫度，如果熱敏電阻器的溫度增加高于閾值溫度裕度，則氣流方向被記錄為“流入”，以及如果溫度增加低于閾值溫度裕度，則氣流方向被記錄為“流出”。閾值溫度裕度可以是關于預期或最近測量的氣流速度的變量。該過程還可包括通過使用在設備機架的前部上的多個傳感器來計算總設備機架氣流。
附圖的簡要說明
附圖并未旨在按比例繪制。在附圖中，在各種附圖中示出的每個相同或幾乎相同的部件由相似的數(shù)字表示。為了清楚的目的，不是每個部件都可在每個附圖中被標記。在附圖中：
圖1a是具有本公開的實施方式的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的設備機架的透視圖；
圖1b是圖1a所示的設備機架和機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的透視圖，設備機架的門在打開位置上；
圖2是機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的圖；
圖3是機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的傳感器的視圖；
圖4是在設備機架內的示例性氣流輸出的示意性表示；
圖5是在設備機架內的示例性氣流輸出的示意性表示；
圖6a-6f是在設備機架上的示例性傳感器模式的示意圖；
圖7a-7j是在設備機架內的示例性it分布的示意圖；
圖8是示出來自計算流體動力學(“cfd”)模擬的傳感器預測的準確度的曲線圖；
圖9是示出在cfd模擬時間常數(shù)中的百分比誤差和氣流速度與管長度的關系的曲線圖；
圖10是熱敏電阻器驅動電路的示意性表示；
圖11是瞬時熱敏電阻器加熱和冷卻分布的曲線圖；
圖12是用于從單個熱敏電阻器確定溫度和速度的過程流程圖；
圖13是用于確定在機架內的流入或流出的過程流程圖；以及
圖14是可用于執(zhí)行在本文公開的過程和功能的計算機系統(tǒng)的一個例子的方框圖。
公開的詳細描述
僅為了例證的目的，且不是限制一般性，現(xiàn)在將參考附圖詳細描述本公開。本公開在其應用中不限于在下面的描述中闡述的或在附圖中示出的部件的構造和布置的細節(jié)。在本公開中闡述的原理能夠有其它實施方式并能夠以各種方式被實踐或實現(xiàn)。此外，在本文使用的短語和術語是為了描述的目的，且不應被視為限制性的?！鞍?including)”、“包括(comprising)”、“具有”、“包含”、“涉及”及其變形在本文中的使用意指包括其后列出的項目及其等效形式以及額外的項目。
機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式使容納在設備機架內的it設備的氣流能夠連續(xù)地被監(jiān)視并報告給數(shù)據(jù)中心管理軟件。雖然有在數(shù)據(jù)中心中的實測參數(shù)(例如溫度、功率消耗、冷卻單元特定數(shù)據(jù)等)的數(shù)量和質量上的穩(wěn)定生長，穿過設備機架的氣流速率不在它們當中。盡管有下面的事實也是如此：機架氣流速率是影響數(shù)據(jù)中心冷卻和因此影響能量消耗的最重要的變量之一。機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)能夠管理并檢修現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心，編譯it氣流的數(shù)據(jù)庫(未來設施可使用該數(shù)據(jù)庫進行設計和管理)、創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心的準確的熱/氣流模型以及通過數(shù)據(jù)中心冷卻資源的控制來優(yōu)化能量效率。機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)配置成使用固定到設備機架的熱敏電阻器來測量氣流，這導致氣流測量容忍分散的it群組、高度可變的it氣流速率和氣流方向。系統(tǒng)以確定氣流方向(例如“進入”或“出來”)的能力來利用不昂貴的基于熱敏電阻器的氣流速度測量。
例如，對于熱通道遏制安裝系統(tǒng)，基于熱通道壓力測量來控制冷卻氣流已證明非常難(安裝系統(tǒng)有時太易泄漏而不能提供足夠的熱通道吸氣壓力解決方案)?；诒疚乃龅臍饬鳒y量來容易和有效地控制機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式。機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)安裝和操作起來簡單，并提供極大的效率。
參考附圖且更特別地參考圖1a和圖1b，通常以10指示示例性設備機架。如所示，設備機架10具有常規(guī)結構，包括具有用鉸鏈固定到殼體的前部的前門14的矩形殼體12。前門14包括允許氣流入和流出設備機架10的穿孔面板。殼體12的側面包括每個以16進行指示的面板，以將空氣穿過殼體引到殼體的背部或后部。殼體12的背部可配置成包括具有穿孔面板的背門或后門以允許氣流出設備機架10。設備機架10配置成以傳統(tǒng)方式支持可安裝在機架上的設備。在一個實施方式中，設備機架是19英寸機架。
為了測量氣流，設備機架10設置有本公開的實施方式的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)，其通常以20進行指示。機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)20能夠通過如圖1a所示分布在設備機架10的前門14上的多個傳感器(有時被稱為“氣流傳感器”)得到溫度、氣流速度和氣流方向，每個傳感器以22進行指示。如所示，15個氣流傳感器22在設備機架10的整個前門14上均勻地間隔開。如下面將更詳細描述的，可提供任何數(shù)量的氣流傳感器22以實現(xiàn)所需的氣流方向。而且，雖然進行參考的是氣流傳感器22被設置在設備機架10的前門14上，應理解，機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)20可配置成應用于設備機架的后門或背門。
參考圖2，氣流傳感器22由纜線連接到控制模塊24，并可由電池或有線連接提供電力，每個纜線以26進行指示。如所示，控制模塊24定位成沿著由前門14和殼體12界定的鉸鏈，并可在一個實施方式中安裝在前門上。在某個實施方式中，控制模塊24可被硬連線到適當?shù)碾娫匆越o氣流傳感器22的操作和控制模塊的部件提供電力。控制模塊24還可包括電池以在到控制模塊的電力被切斷的情況下給氣流傳感器的操作和控制模塊提供電力?？刂颇K24可以是配置成接收、處理和轉發(fā)來自氣流傳感器的讀數(shù)的任何適當?shù)挠嬎銠C或微處理器。在某些實施方式中，控制模塊配置成通過無線連接與設置在數(shù)據(jù)中心內的主控制器28通信，主控制器具有數(shù)據(jù)中心管理軟件。氣流傳感器22每個包括封裝在管中的熱敏電阻器(用于溫度和速度測量)和電阻器(確定氣流方向的熱源)，使得只有垂直于機架斷面的氣流被監(jiān)視，這將在下面被更詳細地描述。
參考圖3，在所示實施方式中，每個氣流傳感器22包括細長管30、布置在管的內部的熱敏電阻器32和設置成在管的內部相鄰于熱敏電阻器的加熱器34。熱敏電阻器32和加熱器34可通過任何適當?shù)姆绞嚼缯澈蟿┗蚰z或通過機械緊固件而被在管的內部固定到管30。氣流傳感器22還包括led指示器36以通知操作員特定的傳感器是“熱的”還是“冷的”。因為熱敏電阻器32的電阻取決于溫度，所以溫度的測量通過利用在典型角色中的熱敏電阻器來實現(xiàn)的。使用本公開的實施方式的瞬時加熱和冷卻方法來測量氣流速率，氣流傳感器22的熱敏電阻器32被一直加熱到高于環(huán)境溫度的已知的增量，并接著被允許以可與空氣速度相關的自然速率冷卻。應理解，不昂貴的熱敏電阻器而不是昂貴的熱線式風速計的使用使本公開的系統(tǒng)20變得部署起來更實際。額外的加熱器(電阻器)34提供熱源，氣流方向(“流入”或“流出”)可使用該熱源以下面更詳細描述的方式來確定。
如上面提到的，來自機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)20的氣流傳感器22的氣流和溫度測量可無線地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心管理軟件，例如由schneiderelectric提供的用于數(shù)據(jù)中心的
空間分布數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)中心操作員評估冷卻的均勻性并例如選擇相應地將it設備定位在特定的設備機架位置上的機會。在設備機架的前端面上的氣流和溫度分布可被示為精確地相應于氣流傳感器的數(shù)量(例如在圖4和圖5的例子中的60個傳感器)或在設備機架的前端面上基于實測值被插值。使用準確的it氣流測量和已知的設備機架功率，也可基于能量平衡來計算并報告準確的凈設備機架溫度升高。
除了經(jīng)由(遠程)軟件對氣流和溫度數(shù)據(jù)的顯示以外，機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)10配置成通過led指示器36或上面所述的某個其它類型的本地顯示器來提供實測數(shù)量的視覺指示。例如，每個氣流傳感器22配置有l(wèi)ed指示器36，每個led指示器配置成以“黃色”點亮以識別在所推薦的和最大可允許的值之間的溫度，并配置成以“紅色”或“綠色”點亮以分別識別更熱或更冷的溫度。
在某些實施方式中，測量穿過設備機架10的前門14(與后門相對)的氣流，因為引出的氣流比驅動或強制氣流平滑和均勻得多，以及因為在前門和服務器的前端面(服務器安裝平面)之間的設備機架的前部可與泄漏氣流隔離而沒有極大的困難。系統(tǒng)可設置有配置成密封在前門周圍或跨服務器安裝平面的任何間隙的密封部件。圖1b示出沿著前門14的外邊界提供的密封物38以當前門關閉時密封在前門和殼體12之間的間隙。提供對間隙的密封以確保所有it氣流穿過設備機架10的前門14，并因此受到監(jiān)視。在實踐中，可在改裝情形中使用簡單的擋風雨條和帶來實現(xiàn)有效的密封。密封部件也可包括安裝在所有被未占據(jù)的設備機架u位置上的空白面板。圖1a和圖1b示出設置在設備機架的側面上的兩個側面板，每個側面板以16進行指示。空白面部可安裝在設備機架10的前部處的服務器安裝板上，并擋住否則將被it設備的前端面占據(jù)的區(qū)域。圖1a和圖1b示出設置在設備機架的頂部處的空白面板40。
在配置系統(tǒng)時，考慮幾個因素，包括但不限于將氣流傳感器限制到實際和經(jīng)濟的數(shù)量，只測量進入或離開(垂直于)前門的氣流的分量，以及確定這個氣流的方向(“進入”或“出來”)。在確定傳感器分布中，cfd建?？捎糜诖_定在準確度和傳感器計數(shù)之間的良好平衡。創(chuàng)建位于不同的但代表性的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的設備機架的模型(例如具有一定范圍的氣流速率的活地板冷卻、具有一定范圍的氣流速率的基于行的冷卻、相對于其它設備機架的位置和定向等)。在圖6a-6f中示出示例性氣流傳感器放置，圖6a示出使用60個氣流傳感器的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式，圖6b示出使用20個氣流傳感器的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式，圖6c示出使用30個氣流傳感器的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式，圖6d示出使用15個氣流傳感器的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式，圖6e示出使用5個氣流傳感器的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式，以及圖6f示出使用10個氣流傳感器的機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)的實施方式。
對于每個環(huán)境，模擬在圖6a-6f和7a-7j中所示的傳感器分布和it群組的組合。在圖7a-7j中，較暗的陰影部分指示it設備氣流的位置，而較亮的陰影部分指示零氣流，例如空白面板、在it設備的前部上的“死”區(qū)域等。在圖6a-6f中所示的位置處在cfd模型中創(chuàng)建“虛擬傳感器”。虛擬傳感器提供垂直于后門的速度的分量并指示(基于符號)流是“進入”還是“出來”。機架氣流速率被計算為實測速度(考慮到流入和流出)的平均值與機架前門面積的乘積。速度可替代地根據(jù)它們的位置被不同地加權。例如，在門的邊緣附近的氣流傳感器可被加權以與在門的中心附近的傳感器比較對最后的氣流計算有更小的影響。
圖8示出一個特定的數(shù)據(jù)中心布局、即具有300cfm/鋪塊(tile)的鋪塊氣流速率率的標準活地板設施的cfd分析的結果。其它數(shù)據(jù)中心布局(未示出)展示類似的趨勢和特征。在±0.5％內的最佳準確度由傳感器配置a提供，傳感器配置a以60個均勻間隔開的傳感器為特征并相應于在圖6a中描繪的傳感器結構。然而，相應于在圖6d中描繪的傳感器結構的在d中描繪的傳感器結構被準確到在傳感器結構a的1.4％內且只需要15個傳感器，這是在經(jīng)濟上更適當?shù)姆椒?。因此，傳感器結構d是系統(tǒng)概念的優(yōu)選實施方式。
系統(tǒng)的氣流傳感器的配置的一個方面是確保通過將熱敏電阻器放置在如圖3所示的管內部來測量垂直分量。在選擇如上所述的傳感器分布時，傳感器可配置成實現(xiàn)不受物理傳感器的存在影響的理想結果。然而，為了選擇適當?shù)墓艹叽?，熱敏電阻器和管組件以明確的細節(jié)被建模。第一步驟是建模在隔離中的管組件，使得冷卻的速率或熱敏電阻器模型的時間常數(shù)可對照速度被校準，就像物理傳感器一樣，這將在下面被更詳細討論。因此，執(zhí)行幾個瞬時cfd模擬，其中熱敏電阻器被加熱到高于環(huán)境的規(guī)定初始值，并接著被允許在存在穿過管的已知氣流速率的情況下冷卻。冷卻的速率(時間常數(shù))然后對照速度被校準，使得時間常數(shù)可以此后被直接用作速度的代理。
在一個實施方式中，選擇0.5英寸的管直徑，因為這提供熱敏電阻器的合理間隙。使用這個固定直徑(例如0.5英寸)，執(zhí)行額外的(瞬時)cfd模擬，其中當氣流以相對于機架前門的最壞情況45度角接近管的端部時，管長度改變。在每一情況中，記錄時間常數(shù)，并從在時間常數(shù)和相應的速度之間的已知相關性確定相應的速度。此外，穿過管的真實氣流速率(在垂直于設備機架門的方向上)也被記錄，如由cfd模型直接測量的。圖9示出與在管長度的一定范圍上的真實值比較的基于熱敏電阻器的速度預測的結果。雖然在小管長度處存在某個非單調行為，對于大于1.25in(2.5長度與直徑比)的管長度，沒有可測量的誤差。因此，對于實際傳感器，選擇3的更保守的長度與直徑比(或1.5in的管長度)。然而應理解，管的尺寸和形狀可配置成實現(xiàn)最佳結果。
如圖3所示，傳感器包括電阻器，其定位成將熱施加到穿過管的氣流。如果熱敏電阻器檢測到溫度增加，則氣流在“進入”方向上，即如在圖3中觀察到的左到右。如果沒有溫度升高被檢測到，則氣流在“出來”方向上，即如在圖3中觀察到的右到左。注意，溫度升高的量取決于氣流(更多的氣流、更少的氣流升高，反之亦然)，所以用于記錄溫度升高的閾值可根據(jù)氣流速率進行調整，以用于更好的測量解析。
參考圖10，熱敏電阻器用于溫度和氣流測量。vs、v和vth分別是外加(源)、實測和熱敏電阻器電壓；r、rth和rw分別是虛擬電阻(以進行電壓測量)、熱敏電阻器和引出線電阻。熱敏電阻器一般用于溫度測量。雖然v(而不是vth)被測量，v和vth可通過考慮到線電阻rw而相關。因為vth是已知的，或可選地，引出線電阻是可忽略的，引出線電阻被考慮到，以便提高測量準確度。熱敏電阻器電阻rth隨著增加的溫度而降低，與標準材料(例如金屬)的電阻相反。這個關系是公知的，并可例如使用簡化的steinhart-hart方程來表示：
其中β是與熱敏電阻器結構有關的已知常數(shù)，以及v0是在已知參考溫度t0下的實測參考電壓。方程1根據(jù)實測電壓vth提供熱敏電阻器溫度。
如上面提到的，利用簡單和經(jīng)濟的雙線熱敏電阻器來實現(xiàn)氣流速度測量，雙線熱敏電阻器被以瞬時方式加熱并被允許冷卻。圖11示出在速度測量期間熱敏電阻器的溫度分布圖。熱敏電阻器從環(huán)境溫度t環(huán)境(或可選地，某個較高的溫度)開始被加熱到t熱，并接著被允許通過將它的熱傳遞到在它之上通過的氣流而自然地冷卻。在冷卻之下的分布圖的形狀由被定義為下式的熱敏電阻器的熱時間常數(shù)τ規(guī)定：
其中m是熱敏電阻器的質量，cp是熱敏電阻器的比熱，h是對周圍流體的傳熱系數(shù)，以及a是暴露于周圍氣流的熱敏電阻器的表面積。對于給定熱敏電阻器，只有熱傳遞系數(shù)h是可變的，且它(強烈地)取決于本地氣流速度。因此，在冷卻相期間溫度分布圖的形狀產生時間常數(shù)，其又可與氣流有關。
參考圖11，對于給定構造的熱敏電阻器，并非必須計算實際時間常數(shù)，其將一般通過將多個溫度-時間數(shù)據(jù)點擬合到指數(shù)函數(shù)來實現(xiàn)。替代地，氣流速度v被確定為單個值t冷——熱敏電阻器通過給定溫度下降t熱-t冷來冷卻所花費的時間——的函數(shù)。在熱敏電阻器校準階段期間，v被編譯為t冷的函數(shù)，并可選地包括環(huán)境溫度t環(huán)境的額外小校正。
圖12示出用于從熱敏電阻器確定溫度和氣流速度的過程。對于每個熱敏電阻器，初始校準(步驟100)在系統(tǒng)的構造之前執(zhí)行，但為了完整起見被包括在本文所述的過程中。初始校準用于確定閾值溫度和在熱敏電阻器之上通過的氣流的閾值速度。如上面討論的，校準步驟遵循使用熱敏電阻器進行的溫度和氣流測量的理論。進行電壓讀取直到穩(wěn)態(tài)電壓為止，且因此達到穩(wěn)態(tài)溫度(步驟102)。啟動定時器(步驟104)，以及測量熱敏電阻器的電壓(步驟106)。接著，電壓轉換成起始環(huán)境溫度(步驟108)。計算分別相應于t熱和t冷(見圖11)的上和下電壓閾值v熱和v冷(步驟110和112)?；诳偊膖熱量的百分比下降例如50％來獲取較低的閾值溫度t冷，其中t熱＝t環(huán)境+δt熱量。
接著將源電壓施加到熱敏電阻器(步驟114；見圖10)，直到電壓被讀取(步驟116)并達到v熱為止(步驟118)。如果熱敏電阻器電壓超過v熱，則tth≤t熱，回憶起熱敏電阻器電阻(和因此電壓)隨著溫度增加而降低，則電壓的連續(xù)施加應用于熱敏電阻器以在額外的時間延遲期間繼續(xù)加熱(步驟120)?？蛇x地，如果實測電壓小于v熱，則t熱被達到且開始時間t開始被記錄(步驟122)。移除源電壓(步驟124)并讀取熱敏電阻器電壓(步驟126)。
如果熱敏電阻器電壓低于v冷(步驟128)，則tth≥t冷，且延遲被施加以讓熱敏電阻器溫度下降(步驟130)?？蛇x地，如果實測熱敏電阻器電壓超過v冷，則記錄結束時間t結束，且計算特征冷卻時間t冷(步驟132)。最后，以對環(huán)境溫度的可選的小校正從使速度v與特征冷卻時間t冷相關的原始傳感器校準計算空氣速度(步驟134)。
與在圖1a和圖1b中所示的傳感器組件一起，在圖13中示出通過給定傳感器來確定氣流方向的過程。在開始該過程之前，獲取幾個熱敏電阻器電壓(溫度)讀數(shù)以確保熱敏電阻器被維持在合理地穩(wěn)態(tài)環(huán)境溫度處。一旦穩(wěn)態(tài)被實現(xiàn)，熱敏電阻器電壓就被讀取(步驟200)并轉換成溫度(步驟202)，以便確立起始環(huán)境溫度t0環(huán)境。將電壓施加到加熱器電阻rh(步驟204)；在短延遲之后(步驟206)，讀取新熱敏電阻器電壓(步驟208)并確定相應的環(huán)境溫度t1環(huán)境(步驟210)。如果檢測到溫度增加高于某個閾值δt裕度(步驟212)，則氣流被記錄為“流入”(步驟9)；否則它被考慮為“流出”(步驟214)。因為由電阻加熱器產生的溫度升高取決于氣流速率，δt裕度可關于預期或最近測量的氣流速度可變。
本文公開的系統(tǒng)的實施方式包括用于針對單個傳感器確定速度和流方向的過程。假設速度v在每個傳感器位置處是已知的并對“流入”給與正號和對“流出”給與負號，則總機架氣流速率q凈被計算為：
其中adoor是總正面機架打開面積(即總穿孔面積)，n是傳感器的數(shù)量(例如15)，以及αi是與每個傳感器i相關的加權因子。在最簡單的解釋中，傳感器被假設為均勻地分布在設備機架的端面之上，以及所有傳感器位置對總氣流速率相等地做貢獻。在這個實例中，對于所有傳感器αi＝1，以及總氣流計算簡化為打開門面積和所有傳感器的平均速度的乘積。然而，根據(jù)設備機架形狀、優(yōu)選的傳感器位置等，使用更復雜的加權可能是合乎需要的。在這種情況下，可根據(jù)實驗通過測量和/或cfd建模來確定加權系數(shù)的最佳值。
最后，理想地，設備機架傳感器將提供與設備機架前門的穿孔開口相同的對氣流的阻力。這確保氣流將不“避開”傳感器，因為它們“看起來像”較大的流障礙物。相應地構造系統(tǒng)概念；然而，也許可能進一步通過相應地按比例增加或減小方程3的總氣流速率預測來校準傳感器。例如，校準可包括允許機架氣流監(jiān)視系統(tǒng)為每個單獨的傳感器建立與入射在那個特定傳感器上的已知規(guī)定空氣速度的條件相關的特定冷卻時間(或熱時間常數(shù))的自動板上校準的方法(其中優(yōu)選實施方式在零空氣速度下執(zhí)行校準，因為那是產生的最容易的條件)。此外，基于與傳感器起源于的這批傳感器的統(tǒng)計平均特性相關的特定傳感器的冷卻時間的數(shù)學模型使每個給定傳感器的未來讀數(shù)與修改的讀數(shù)匹配，修改的讀數(shù)可用作將冷卻時間映射到空氣速度的數(shù)學關系的輸入。由于制造可變性，具有入射在它上的特定的空氣速度的給定傳感器的冷卻時間可從在相同的空氣速度下的任何其它傳感器明顯改變。當執(zhí)行本文公開的方法時，這可能是個問題。系統(tǒng)的操作員能夠配置系統(tǒng)，使得已知的空氣速度(零空氣速度是優(yōu)選實施方式)入射在所有氣流傳感器上，并接著使系統(tǒng)記錄在給定空氣速度下的每個氣流傳感器的冷卻時間。系統(tǒng)配置成將每個氣流傳感器的特定冷卻時間與這批氣流傳感器的平均冷卻時間進行比較，并將某個校正因子添加到來自特定氣流傳感器的任何未來的讀數(shù)。校正因子可被確定為在某個已知的傳感器群組-平均冷卻時間和特定傳感器的冷卻時間之間的差異。
系統(tǒng)的實施方式可包括在15個傳感器位置(圖1a和圖1b)的每個處提供led燈，傳感器位置可被顏色編碼以與例如ashrae準則一致。例如，藍色或綠色led燈可位于底部處以及紅色led在頂部處。這除了與管理軟件通信以外還提供在數(shù)據(jù)中心中的良好視覺指示。在其它實施方式中，在設備機架中的服務器可通過檢測服務器“嗶嗶聲”來被自動定位。系統(tǒng)還可包括集成在設備機架中的功率測量(rpdu)。系統(tǒng)還可包括更高級的安全和訪問控制，例如將所有訪問事件報告給管理軟件。本文公開的氣流測量概念可擴展到其它數(shù)據(jù)中心設備，即crah單元和穿孔鋪塊。這可允許整個數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的智能優(yōu)化。
本文所述的各種方面和功能——包括上面討論的基于模擬的優(yōu)化方法——可被包括為在一個或多個計算機系統(tǒng)中執(zhí)行的專用硬件或軟件部件。例如，可以用計算機執(zhí)行計算機模塊24和/或上面所述的方法的一個或多個動作，其中在計算機中容納的軟件程序中執(zhí)行至少一個動作。計算機系統(tǒng)的非限制性例子除了別的以外還包括網(wǎng)絡器具、個人計算機、工作站、大型計算機、聯(lián)網(wǎng)客戶端、服務器、媒體服務器、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和web服務器。計算機系統(tǒng)的其它例子可包括移動計算設備(例如蜂窩電話和個人數(shù)字助理)以及網(wǎng)絡設備(例如負載平衡器、路由器和交換機)。此外，方面可位于單個計算機系統(tǒng)上或可分布在連接到一個或多個通信網(wǎng)絡的多個計算機系統(tǒng)當中。
例如，各種方面和功能可分布在配置成向一個或多個客戶端計算機提供服務或執(zhí)行總任務作為分布式系統(tǒng)的部分的一個或多個計算機系統(tǒng)。此外，方面可在包括分布在執(zhí)行各種功能的一個或多個服務器系統(tǒng)當中的部件的客戶端-服務器或多層系統(tǒng)上被執(zhí)行。因此，例子不限于在任何特定的系統(tǒng)或系統(tǒng)組上執(zhí)行。此外，方面和功能可在軟件、硬件或固件或其任何組合中實現(xiàn)。因此，方面和功能可使用各種硬件和軟件配置在方法、行動、系統(tǒng)、系統(tǒng)元件和部件內實現(xiàn)，且例子不限于任何特定的分布式架構、網(wǎng)絡或通信協(xié)議。
參考圖14，示出分布式計算機系統(tǒng)500的方框圖，其中各種方面和功能被實施。如所示，分布式計算機系統(tǒng)500包括交換信息的一個或多個計算機系統(tǒng)。更具體地，分布式計算機系統(tǒng)500包括計算機系統(tǒng)/設備502、504和506。如所示，計算機系統(tǒng)/設備502、504和506由通信網(wǎng)絡508互連并可通過通信網(wǎng)絡508交換數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡508可包括任何通信網(wǎng)絡，計算機系統(tǒng)可通過通信網(wǎng)絡交換數(shù)據(jù)。為了使用網(wǎng)絡508交換數(shù)據(jù)，計算機系統(tǒng)/設備502、504和506和網(wǎng)絡508可使用各種方法、協(xié)議和標準，除了別的以外還包括光纖通道、令牌環(huán)、以太網(wǎng)、無線以太網(wǎng)、藍牙、ip、ipv6、tcp/ip、udp、dtn、http、ftp、snmp、sms、mms、ss7、json、soap、corba、rest和web服務。為了確保數(shù)據(jù)傳輸是安全的，計算機系統(tǒng)502、504和506可經(jīng)由網(wǎng)絡508使用各種安全措施例如tls、ssl或vpn來傳輸數(shù)據(jù)。雖然分布式計算機系統(tǒng)500示出三個聯(lián)網(wǎng)計算機系統(tǒng)，分布式計算機系統(tǒng)500并不被這樣限制并可包括使用任何介質和通信協(xié)議聯(lián)網(wǎng)的任何數(shù)量的計算機系統(tǒng)和計算設備。
如圖14所示，計算機系統(tǒng)502包括處理器510、存儲器512、互連元件514、接口516和數(shù)據(jù)存儲元件518。為了實現(xiàn)本文公開的方面、功能和過程中的至少一些，處理器510執(zhí)行導致被操縱的數(shù)據(jù)的一系列指令。處理器510可以是任何類型的處理器、多處理器或控制器。一些示例處理器包括市場上可買到的處理器，例如intelatom、itanium、core、celeron或pentium處理器、amdopteron處理器、applea4或a5處理器、sunultrasparc或ibmpower5+處理器和ibm大型機芯片。處理器510由互連元件514連接到其它系統(tǒng)部件，包括一個或多個存儲器設備512。
存儲器512在計算機系統(tǒng)502的操作期間存儲程序和數(shù)據(jù)。因此，存儲器512可以是相對高性能、易失性、隨機存取存儲器例如動態(tài)隨機存取存儲器(“dram”)或靜態(tài)存儲器(“sram”)。然而，存儲器512可包括用于存儲數(shù)據(jù)的任何設備，例如磁盤驅動器或其它非易失性存儲設備。各種例子可將存儲器512組織成特殊化的和在一些情況下唯一的結構以執(zhí)行本文公開的功能。這些數(shù)據(jù)結構可依尺寸被制造并組成以存儲特定數(shù)據(jù)和特定類型的數(shù)據(jù)的值。
計算機系統(tǒng)502的部件由互連元件(例如互連元件514)耦合?；ミB元件514可包括一個或多個物理總線，例如在集成在同一機器內的部件之間的總線，但可包括在系統(tǒng)元件之間耦合的任何通信，包括專用或標準計算總線技術，例如ide、scsi、pci和infiniband?；ミB元件514使通信(例如數(shù)據(jù)和指令)能夠在計算機系統(tǒng)502的系統(tǒng)部件之間交換。
計算機系統(tǒng)502還包括一個或多個接口設備516，例如輸入設備、輸出設備和輸入/輸出設備的組合。接口設備可接收輸入或提供輸出。更特別地，輸出設備可再現(xiàn)信息用于外部顯現(xiàn)。輸入設備可從外部源接收信息。接口設備的例子包括鍵盤、鼠標設備、軌跡球、麥克風、觸摸屏、打印設備、顯示屏、揚聲器、網(wǎng)絡接口卡等。接口設備允許計算機系統(tǒng)502交換信息并與外部實體(例如用戶和其它系統(tǒng))通信。
數(shù)據(jù)存儲元件518包括計算機可讀和可寫非易失性或非臨時數(shù)據(jù)存儲介質，其中存儲定義由處理器510執(zhí)行的程序或其它對象的指令。數(shù)據(jù)存儲元件518還可包括被記錄在介質上或在介質中并由處理器510在程序的執(zhí)行期間處理的信息。更具體地，信息可存儲在特別配置成節(jié)省存儲空間或增加數(shù)據(jù)交換性能的一個或多個數(shù)據(jù)結構中。指令可永久地被存儲為編碼信號，且指令可使處理器510執(zhí)行本文所述的任何功能。介質可以例如是光盤、磁盤或閃存等。在操作中，處理器510或某個其它控制器使數(shù)據(jù)從非易失性記錄介質被讀取到另一存儲器(例如存儲器512)內，該另一存儲器比被包括在數(shù)據(jù)存儲元件518中的存儲介質允許由處理器510對信息的更快訪問。存儲器可位于數(shù)據(jù)存儲元件518中或存儲器512中，然而，處理器510操縱在存儲器內的數(shù)據(jù)，并接著在處理完成之后將數(shù)據(jù)復制到與數(shù)據(jù)存儲元件518相關的存儲介質。各種部件可管理在存儲介質和其它存儲元件之間的數(shù)據(jù)移動，且例子不限于特定的數(shù)據(jù)管理部件。此外，例子不限于特定的存儲器系統(tǒng)或數(shù)據(jù)儲存器系統(tǒng)。
雖然計算機系統(tǒng)502作為例子被示為各種方面和功能可被實施的一種類型的計算機系統(tǒng)，方面和功能不限于在計算機系統(tǒng)502上實現(xiàn)。各種方面和功能可在具有與在圖14中所示的架構或部件不同的架構或部件的一個或多個計算機上被實施。例如，計算機系統(tǒng)502可包括特別編程的專用硬件，例如適合于執(zhí)行本文公開的特定操作的專用集成電路(“asic”)。雖然另一例子可使用以ibmpowerpc處理器運行macosx的幾個通用計算設備和運行專用硬件和操作系統(tǒng)的幾個專用計算設備的網(wǎng)格執(zhí)行相同的功能。
計算機系統(tǒng)502可以是包括管理被包括在計算機系統(tǒng)502中的硬件元件的至少一部分的操作系統(tǒng)。在一些例子中，處理器或控制器(例如處理器510)執(zhí)行操作系統(tǒng)。可被執(zhí)行的特定的操作系統(tǒng)的例子包括從微軟公司可得到的基于windows的操作系統(tǒng)，例如windows8操作系統(tǒng)、從蘋果計算機可得到的macosx操作系統(tǒng)或ios操作系統(tǒng)、從redhat有限公司可得到的很多基于linux的操作系統(tǒng)分布，例如企業(yè)linux操作系統(tǒng)、從sunmicrosystems可得到操作系統(tǒng)或從各種源可得到的unix操作系統(tǒng)?？墒褂煤芏嗥渌僮飨到y(tǒng)，且例子不限于任何特定的操作系統(tǒng)。
處理器510和操作系統(tǒng)一起定義計算機平臺，對計算機平臺的應用程序用高級編程語言被編寫。這些部件應用可以是使用通信協(xié)議，例如tcp/ip，通過通信網(wǎng)絡，例如互聯(lián)網(wǎng)，傳遞的可執(zhí)行的、中間、字節(jié)代碼或解釋代碼。類似地，可使用面向對象的編程語言，例如.net、smalltalk、java、c++、ada、c#(c-sharp)、python或javascript，來實現(xiàn)方面。也可使用其它面向對象的編程語言?？蛇x地，可使用功能、腳本或邏輯編程語言。
此外，可以在非編程環(huán)境(例如以html、sml或其它格式)創(chuàng)建的文檔中實現(xiàn)各種方面和功能，文檔在瀏覽器程序的窗口中被觀看時可再現(xiàn)圖形用戶界面的方面或執(zhí)行其它功能。此外，各種例子可被實現(xiàn)為編程或非編程元素或其任何組合。例如，可使用html來實現(xiàn)網(wǎng)頁，雖然從網(wǎng)頁內調用的數(shù)據(jù)對象可以用c++或python被編寫。因此，例子不限于特定的編程語言，且可使用任何適當?shù)木幊陶Z言。相應地，本文公開的功能部件可包括配置成執(zhí)行本文所述的功能的各種元素，例如專用硬件、可執(zhí)行代碼、數(shù)據(jù)結構或對象。
在一些例子中，在本文公開的部件可讀取影響由部件執(zhí)行的功能的參數(shù)。這些參數(shù)可物理地存儲于任何形式的適當存儲器，包括易失性存儲器(例如ram)或非易失性存儲器(例如磁性硬盤驅動器)。此外，參數(shù)可在邏輯上存儲在專用數(shù)據(jù)結構(例如由用戶模式應用定義的數(shù)據(jù)庫或文件)中或在普遍共享的數(shù)據(jù)結構(例如由操作系統(tǒng)定義的應用寄存器)中。此外，一些例子提供允許外部實體修改參數(shù)并從而配置部件的行為的系統(tǒng)和用戶接口。
應觀察到，本文公開的系統(tǒng)和方法能夠連續(xù)地監(jiān)視流經(jīng)在設備機架中的it設備的空氣的流速、方向和溫度。這個數(shù)據(jù)除了別的事情以外又可用于：
1)管理并檢修現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心；
2)編譯it氣流的數(shù)據(jù)庫，未來的設施可使用該數(shù)據(jù)庫進行設計和管理；
3)準確地輸入數(shù)據(jù)中心的熱/氣流模型，其提供額外的設計和操作益處；以及
4)控制數(shù)據(jù)中心冷卻資源以優(yōu)化能量效率。
在一個實施方式中，系統(tǒng)包括分布在設備機架的整個前門上的15個氣流/溫度傳感器，其指示機架氣流和入口溫度的分布和聚合值。系統(tǒng)可被構造為完整的設備機架、替換設備機架前門或對現(xiàn)有設備機架的改造。
系統(tǒng)包括連續(xù)地測量總機架氣流速率的能力。氣流測量容許it設備的分散的it群組和/或高度可變的it氣流速率和“反向”氣流的存在以及平行于機架前門的強氣流分量。使用能量有效瞬變方法使用不昂貴的簡單雙線熱敏電阻器來進行氣流測量。額外的電阻器提供允許流方向被檢測的熱源。
本領域中的技術人員將容易認識到，本文所述的各種參數(shù)和配置旨在示例性的，以及實際參數(shù)和配置將取決于特定的應用，對該特定的應用使用目的在于本公開的氣流故障檢測方法和系統(tǒng)的實施方式。本領域中的技術人員將認識到或能夠確定使用僅僅例程實驗，對本文所述的特定實施方式的很多等效形式。例如，本領域中的技術人員可認識到，根據(jù)本公開的實施方式還可包括多個功率模塊或功率模塊的網(wǎng)絡，或可包括使用功率模塊的生產過程的部件。因此應理解，前述實施方式僅作為例子被提出，以及在所附權利要求和對其的等效形式的范圍內，所公開的氣流故障檢測方法和系統(tǒng)可以不同于如特別描述的被實施。本系統(tǒng)和方法目的在于本文所述的每個單獨的特征或方法。此外，兩個或多個這樣的特征、裝置或方法的任何組合——如果這樣的特征、裝置或方法不相互不一致——被包括在本公開的范圍內。
此外，應認識到，本領域中的技術人員將容易想到各種變更、修改和改進。這樣的變更、修改和改進被認為是本公開的部分，且被認為在本公開的精神和范圍內。例如，現(xiàn)有的過程可被修改以利用或合并本公開的任一個或多個方面。因此，在一些實施方式中，實施方式可涉及連接或配置現(xiàn)有的過程以包括氣流故障檢測方法和系統(tǒng)。例如，現(xiàn)有的空氣冷卻過程可被改造以涉及根據(jù)一個或多個實施方式的故障檢測方法的使用。相應地，前述描述和附圖僅作為例子。此外，在附圖中的描繪并不將本公開限制到特別示出的表示。
雖然已經(jīng)公開了示例性實施方式，但是可在其中進行很多修改、添加和刪除而不偏離本公開及其等效形式的精神和范圍，如在下面的權利要求中闡述的。
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