邱平 胡倫

摘 要 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)機(jī)房智能化管理與能源增效起到重要作用。通過對(duì)高校耗電巨大的機(jī)房進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)思維分析，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)條件改造機(jī)房，并提出運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機(jī)房能源增效方案，對(duì)整個(gè)高校綠色校園建設(shè)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);高校機(jī)房;IDC機(jī)房;能源增效;節(jié)能減排;綠色校園;節(jié)約型校園;機(jī)房能源管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）08-0134-03

Study on Effect of Internet of Things on Energy Efficiency of Computer Rooms in Colleges//QIU Ping， HU Lun

Abstract The use of IOT technology has played an important role?in reinforcing intelligent managements and promoting energy effi-ciency in computer rooms. We can use IOT technology to analyze the?large power consumption in computer rooms in colleges and trans-form the condition of the room， and then put forward a scheme for?effectively increasing the energy efficiency of computer rooms based?on IOT technology， which make a referential significance for the construction of green campus.

Key words Internet of things; college computer rooms; IDC rooms; energy efficiency; energy conservation and emission reduction; green campus; conservation-oriented campus; energy management system of computer room

1 引言

高校機(jī)房主要分為兩種，一種是存放重要電子設(shè)備的IDC（Internet Data Center）機(jī)房，其正常運(yùn)行對(duì)環(huán)境要求較高;一種是承擔(dān)教學(xué)的電子機(jī)房，電子設(shè)備一般為臺(tái)式計(jì)算機(jī)及一些大型電子儀器設(shè)備。隨著節(jié)能減排、綠色校園要求的不斷深入，降低機(jī)房能耗、提高機(jī)房能源增效已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的熱點(diǎn)，同時(shí)可以提高機(jī)房運(yùn)行的智能化與穩(wěn)定性，對(duì)節(jié)能降耗與綠色校園建設(shè)具有重要意義。

物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息社會(huì)發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，具有泛在感知的能力、可靠傳輸?shù)男阅堋⒅悄芴幚淼膬?yōu)勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)具體與能源增效建設(shè)進(jìn)行結(jié)合，能夠很好地為高校節(jié)能減排、綠色校園做出貢獻(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)具有精細(xì)化管理的能力，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各種設(shè)備的使用及耗能情況，并可以根據(jù)各種傳感器數(shù)據(jù)情況進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整，解放了人工防守這種高成本方式;并可以根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)大數(shù)據(jù)分析，可持續(xù)跟進(jìn)、動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)房能源增效相關(guān)方案。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是信息化時(shí)代的重要發(fā)展階段，現(xiàn)代大型互聯(lián)網(wǎng)公司爭(zhēng)相進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。通常講，物聯(lián)網(wǎng)是指物與物相連，物與人相連，它是互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的延伸。物聯(lián)網(wǎng)利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)通信技術(shù)，把安裝在各種物品中的傳感器通過新的方式聯(lián)系在一起，形成物與物、人與物的信息互聯(lián)，從而構(gòu)成遠(yuǎn)程管理控制的新型智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。物聯(lián)網(wǎng)形式多樣、技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣，通常根據(jù)工作機(jī)制分為四個(gè)層次：感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

層、管理服務(wù)層和綜合應(yīng)用層（圖1）。

物聯(lián)網(wǎng)各層之間既相對(duì)獨(dú)立又緊密聯(lián)系。在綜合應(yīng)用層以下，同一層次上的不同技術(shù)互為補(bǔ)充，適用于不同環(huán)境，構(gòu)成該層次技術(shù)的全套應(yīng)對(duì)策略。而不同層次根據(jù)應(yīng)用需求，提供各種技術(shù)的配置組合，構(gòu)成一套完整的解決方案。具體到某個(gè)區(qū)域性的智能物聯(lián)網(wǎng)，就應(yīng)該以現(xiàn)實(shí)需求為向?qū)?duì)技術(shù)進(jìn)行選擇，根據(jù)具體的需求和環(huán)境，選擇合適的感知技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息處理技術(shù)[2]。

3 物聯(lián)網(wǎng)在高校機(jī)房能源增效中的應(yīng)用

高校機(jī)房特點(diǎn) 高校IDC機(jī)房是高校重要電子設(shè)備運(yùn)行場(chǎng)所，房間內(nèi)除了安放計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等，為了增加設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，還安裝了多重輔助設(shè)備，主要包括不間斷電源（UPS）、精密空調(diào)、電力檢測(cè)、新風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備。因IDC機(jī)房諸多電子設(shè)備散熱量較大，房間溫度過高，極易導(dǎo)致計(jì)算機(jī)等重要設(shè)備的故障。為了保證整個(gè)機(jī)房的長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行，除了需要穩(wěn)定的電力及溫濕度環(huán)境保障外，還需要各種傳感設(shè)備及監(jiān)控設(shè)備來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的狀態(tài)，一般通過RS-485通信線與數(shù)據(jù)采集器連接。

高校普通機(jī)房對(duì)環(huán)境要求相對(duì)IDC機(jī)房較低，其主要功能為公共計(jì)算機(jī)教學(xué)及專業(yè)課教學(xué)功用，耗能分析上主要為設(shè)備、空調(diào)及燈光耗能，對(duì)機(jī)房室內(nèi)溫濕度等要求具有一定的彈性，因此在后期利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)節(jié)能方式上也有不同。不管是IDC機(jī)房，還是普通教學(xué)機(jī)房，通常都通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，主要有環(huán)境檢測(cè)設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、處理設(shè)備與執(zhí)行設(shè)備（圖2）。

煙感傳感器、火感傳感器、水浸傳感器、溫濕度傳感器及紅外傳感器主要用來監(jiān)測(cè)機(jī)房環(huán)境及機(jī)房實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài);采用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模型開發(fā)方式，通過網(wǎng)絡(luò)/RS-485接口轉(zhuǎn)換器連接需要控制的設(shè)備，一般包括不間斷電源（UPS）、精密空調(diào)、三相電力表;采集的主要參數(shù)包括設(shè)備運(yùn)行的電力參數(shù)（電壓、電流、功率等）、不間斷電源的開關(guān)控制狀態(tài)、空調(diào)的溫濕度等。此外，還需要網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備采集視頻信息，可以通過監(jiān)控畫面是否變動(dòng)判定是否有人活動(dòng)，進(jìn)行標(biāo)記存儲(chǔ)與電源管理。

物聯(lián)網(wǎng)在高校機(jī)房能源增效中的作用 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，已經(jīng)越來越多地走進(jìn)人們的生活，各種傳感器的應(yīng)用可以有效地實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備或者環(huán)境等狀態(tài)，并根據(jù)事先構(gòu)建的節(jié)能策略對(duì)各種耗能設(shè)備進(jìn)行節(jié)能控制。通過相關(guān)研究分析，IDC機(jī)房耗能主要由制冷設(shè)備、IT設(shè)備、供電設(shè)備、照明監(jiān)控等附帶設(shè)備組成。通常IT設(shè)備耗能占比最多，約占耗電總量的70%;制冷設(shè)備與供電設(shè)備約占14%;照明監(jiān)控設(shè)備約占2%[3]。

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)模型分析高校機(jī)房能耗情況，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行節(jié)能策略針對(duì)性處理，從而達(dá)到能源增效的效果。IT設(shè)備是耗能大戶，因?yàn)樾枰\(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，找出耗能規(guī)律，構(gòu)建節(jié)能增效的技術(shù)方案，主要運(yùn)用虛擬化技術(shù)與超融合技術(shù)減少服務(wù)器等物理設(shè)備的總量，同時(shí)配合能源監(jiān)控做好電力的節(jié)能優(yōu)化;制冷系統(tǒng)也是高校機(jī)房耗能的重要來源，因IT設(shè)備發(fā)熱量大，制冷系統(tǒng)對(duì)機(jī)房設(shè)備安全穩(wěn)定至關(guān)重要，利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器設(shè)置對(duì)溫濕度的測(cè)定，制定通風(fēng)或者制冷策略;此外，針對(duì)照明等小型耗能設(shè)備，可根據(jù)人體傳感器偵測(cè)是否有人，從而控制電源開關(guān)[4]。

4 物聯(lián)網(wǎng)對(duì)高校機(jī)房能源增效對(duì)策

制冷系統(tǒng)中機(jī)房能源增效 隨著IDC機(jī)房設(shè)備的不斷改造增加，機(jī)房的散熱量也不斷上升，制冷設(shè)備的耗能僅次于IT設(shè)備耗能，屬于機(jī)房耗能大戶。制冷設(shè)備運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)模型改造，構(gòu)建通風(fēng)降溫與設(shè)備制冷雙模式進(jìn)行節(jié)能增效。通過物聯(lián)網(wǎng)溫濕度傳感器，可以精確地獲知機(jī)房溫濕度，進(jìn)而調(diào)節(jié)空調(diào)功率降低能耗，屬于普通節(jié)能降耗方式，并不能明顯節(jié)能增效。精密空調(diào)制冷主要從改善空氣循環(huán)方面入手，冷風(fēng)可以直接精準(zhǔn)送入機(jī)柜，最大限度地高效利用冷氣。

根據(jù)區(qū)域不同，高校IDC機(jī)房可建設(shè)通風(fēng)降溫與設(shè)備制冷雙模式，根據(jù)地理位置不同做不同方案。特別是在北方地區(qū)，新風(fēng)系統(tǒng)可以利用室內(nèi)外空氣交換達(dá)到降溫的目的，有效節(jié)約能源。基本原理是利用機(jī)房?jī)?nèi)外溫差，引入室外冷空氣循環(huán)交替，達(dá)到物理降溫的方式（圖3）：由溫濕度傳感器偵測(cè)室外空氣，根據(jù)事先系統(tǒng)設(shè)定的定值啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)，交換熱冷空氣。由于通風(fēng)系統(tǒng)不涉及壓縮機(jī)這種高耗能制冷設(shè)備，因此，相較于設(shè)備制冷，節(jié)約能源效果明顯。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，冬季效果尤為顯著，有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，可節(jié)約能耗約50%。

IT設(shè)備能源增效 根據(jù)數(shù)據(jù)分析，機(jī)房主要耗能的70%左右來自IT設(shè)備，其他為制冷、照明等設(shè)備耗能。因此，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)思維對(duì)機(jī)房IT設(shè)備的耗能進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)能源增效至關(guān)重要。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)思維，就是創(chuàng)建萬物互聯(lián)、萬物感知的環(huán)境，通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，把機(jī)房里面眾多的IT設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通，借此監(jiān)測(cè)能耗情況，進(jìn)行集中控制、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保[4]。

通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備智能控制及分配設(shè)備用電時(shí)間及時(shí)顯示耗能情況，適時(shí)調(diào)整用電規(guī)律抗大電流沖擊等[5]?；赯igBee標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于IT設(shè)備的監(jiān)控。通常IT設(shè)備為了保持穩(wěn)定，都有一定冗余，這部分設(shè)備也是耗能節(jié)點(diǎn)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備收集耗能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而建立標(biāo)準(zhǔn)耗能模型，并根據(jù)不通時(shí)段對(duì)冗余需求進(jìn)行設(shè)備的功耗降低或者關(guān)閉設(shè)備。除此之外，需要在服務(wù)器虛擬化方面加大力度，盡量集成設(shè)備以減少物理設(shè)備的數(shù)量，超融合技術(shù)的運(yùn)用也可以有效減少設(shè)備耗能與設(shè)備數(shù)量。

照明監(jiān)控等設(shè)備的能源增效 高校IDC機(jī)房與普通機(jī)房都必須配用監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面并存儲(chǔ)視頻，此外還有照明設(shè)備等少量耗能產(chǎn)品?，F(xiàn)如今，監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)嵌入物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，有紅外攝像功能、移動(dòng)偵測(cè)功能、自動(dòng)碎片化攝錄功能、熱傳感功能等。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)智能家居模式，可構(gòu)建機(jī)房照明及輔助設(shè)備的智能化控電方式，這種模式在普通機(jī)房發(fā)揮的功用更為明顯。根據(jù)控制區(qū)域?qū)⒄彰鞣纸M，通過每個(gè)微波傳感器與攝像頭移動(dòng)偵測(cè)或智能家具中的人體偵測(cè)，構(gòu)建智能化控制照明方案，傳感器根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境光照度與是否有人員活動(dòng)，綜合決定是否執(zhí)行感應(yīng)動(dòng)作或者開啟錄制[6]。此外，現(xiàn)代機(jī)房監(jiān)控都支持APP遠(yuǎn)程查看與控制，在一些極端天氣與環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)與能源控制。

5 結(jié)語

建設(shè)綠色校園、節(jié)約型校園是大勢(shì)所趨，機(jī)房作為高校一個(gè)重要耗能節(jié)點(diǎn)，能源增效方面尤為重要。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行能源監(jiān)控與管理將是今后機(jī)房發(fā)展的一個(gè)重要方向，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)模型構(gòu)建機(jī)房能源管理系統(tǒng)進(jìn)行能源控制，由于機(jī)房耗能100%為電能，主要由控電進(jìn)行節(jié)能。機(jī)房能源管理系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要對(duì)不同能源增效方案進(jìn)行策略調(diào)整，以便選擇更好的節(jié)能增效方案[7]。如北方機(jī)房對(duì)精密空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)分季節(jié)使用，冬季使用新風(fēng)系統(tǒng)而關(guān)閉精密空調(diào)，節(jié)能明顯。用高壓直流電替代傳統(tǒng)UPS也有較好的節(jié)能效果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用在機(jī)房節(jié)能增效方面效果明顯，將為綠色校園與節(jié)約型校園建設(shè)提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]郭忠文.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)方法與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2017（3）：168-172.

[2]丁承君，劉強(qiáng)，等.基于物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算的高校機(jī)房在線監(jiān)測(cè)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2018（21）：257-264.

[3]高中蘭.降低數(shù)據(jù)中心電力損耗和節(jié)能措施研究：能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在徐州電信IDC機(jī)房的應(yīng)用[M]//中國(guó)通信學(xué)會(huì)信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)2013年年會(huì)論文集.2013：545-550.

[4]何力，余海，房利國(guó).基于物聯(lián)網(wǎng)的能耗檢測(cè)系統(tǒng)解決方案[J].信息安全與通信保密，2012（1）：67-69，71.

[5]劉媛，楊杉，張泉，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)房監(jiān)測(cè)和資產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].湖北電力，2016，40（8）：43-47.

[6]趙巧穎.基于物聯(lián)網(wǎng)的電信運(yùn)營(yíng)商機(jī)房能耗監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2017.

[7]趙巧穎，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的電信運(yùn)營(yíng)商機(jī)房能耗監(jiān)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2017，53（22）：204-207，270.

作者：邱平、胡倫，寧波工程學(xué)院，助理館員，研究方向?yàn)閿?shù)字圖書館、智慧圖書館、信息技術(shù)與學(xué)科整合（315211）。