淺談智慧城市數據中心配電能效管理平台的建設與研究

摘要：智慧城市數據中心是我國智慧城市建設的重要組成部分，與(yu) 相關(guan) 部門的開放數據存取有著密切的聯係。本文以智能城市數據中心機房監控係統為(wei) 例，對其核心組成進行分析研究，對未來智慧城市規劃建設提供一定的借鑒。

關(guan) 鍵詞：院智慧城市；數據中心；建設研究

0 引言

智能城市的建設，數據科學與(yu) 技術發揮著重要作用。通過高效的網絡建設，可以實現信息資源的交換、匯集，並利用現有的智能基礎設施為(wei) 有關(guan) 單位提供信息服務。自六十年代至今，數據中心經曆了三個(ge) 階段：計算中心、資訊中心、服務中心。維基百科把它稱為(wei) “一個(ge) 數據中心，是一個(ge) 非常複雜的捐贈。"它不僅(jin) 僅(jin) 包括電腦、係統，也包括數據通訊、環境控製、監控及各種安保設備。數據中心在各行各業(ye) 都扮演著舉(ju) 足輕重的角色，為(wei) 客戶提供視頻、數據挖掘、高性能計算等服務。隨著雲(yun) 計算技術的飛速發展，信息技術的應用與(yu) 共享也在發生變化。雲(yun) 計算是傳(chuan) 統計算機和網絡技術發展的結果，包括網格計算、並行計算、分布式計算、虛擬化和負載平衡等，它是一種全新的計算與(yu) 資源使用方式。在雲(yun) 計算的背景下，數據中心從(cong) *初的數據存儲(chu) 到基於(yu) 服務和應用的信息技術。在海量的數據服務中， 隻有微軟Azure、亞(ya) 馬遜EC2、穀歌搜索引擎、Facebook等能夠提供海量的雲(yun) 計算服務。

1 智慧城市數據中心組成

1.1 硬件基礎設施

智慧城市的資料處理係統由電腦網路、伺服係統儲(chu) 存、負荷平衡等組成。在此基礎上，以IRSAN為(wei) 核心的基於(yu) LAN的係統，具有快速、安全、方便等特點。首先，對用戶基礎數據、主題數據和協作數據進行監控和過濾，以達到合理、高效的局域網、服務器存儲(chu) 、負載平衡等功能；其次，對相關(guan) 的硬件進行了測試和校驗，對服務器的存貯進行檢驗，並對係統的負荷進行測試，*終完成係統的裝入，完成智能城市信息係統的每日運營與(yu) 維修工作。如圖 1 所示為(wei) 智慧城市數據規劃中心，合理設計智能數據中心，將實際需求、現狀評估、設計實施、運行維護等多個(ge) 要素結合在一起，設計出指標和參數，實現對數據中心的網絡服務器的實時監測，為(wei) 數據中心工作提供了良好的保障

1.2 中心數據庫

智慧城市的實質是對大量的信息進行智能化加工、收集、存儲(chu) 、分類、重組和再使用。從(cong) “經驗治理"向“科學治理"轉變，是智慧城市建設的一個(ge) 重要手段。數據存儲(chu) 技術是數據存儲(chu) 、建模、分析等技術的關(guan) 鍵技術，可以將大量數據存儲(chu) 和分析；通過對數據模型的重構，建立了雪花、星型等數據的解析邏輯，實現了多維數據的高 效整合。通過使用數據模型技術，可以將多維數據的不同維度與(yu) 實際的表格進行直接或間接的聯係；它能夠分析和建模數據，為(wei) 實時分析、統計分析等工作提供了強有力的支持。

1.3 大數據中心

城市數據的組織方式有很多種，基於(yu) 地圖的空間結構是其中一種。都市生活節奏的加快，城市數據的時間尺度也隨之變化。因此，時空的多維性成為(wei) 城市數據研究的又一熱點。在對數據進行分析和應用時，充分考慮數據的時空演化特征，並從(cong) 多個(ge) 角度進行數據之間的聯係分析。

智慧城市的建設中，需要的資料主要有：互聯網應用、行業(ye) 應用、政府信息等。智慧城市建設通常采用政府、行業(ye) 管理、大型企業(ye) 等多種形式。因此，基於(yu) 政府內(nei) 網和外聯網，充分利用數據交換平台，分析挖掘數據，建立一個(ge) 支持 各種智能係統的統一數據中心，實現數據之間的數據處理，為(wei) 用戶提供全麵的數據服務和數據安全，見圖 2。

2 智慧城市數據中心建設

2.1 建設目標

智能城市數據中心的建設目的是建立一個(ge) 共享和監控中心，實現數據采集、共享和監控等方麵的應用。因此，在建設智慧城市時，應從(cong) 四個(ge) 層麵展開：

地監測不同階段的運營狀況。利用大量地圖 、POI、人口、車輛等數據，結合物聯網、互聯網等實時數據，對各地區的用地狀況進行全麵的數據統計與(yu) 數據分析；

加強對大數據應用於(yu) 城鎮管理。在市政領域，包括運營方式、治安、電話、交通密度、突發事件處理、環境保 護等；

通過“生態孵化"促進產(chan) 業(ye) 發展，提高產(chan) 業(ye) 品質。通過對工業(ye) 公司進行戰略布局，通過科技孵化、人才培養(yang) 等多方麵的支持，*終達到產(chan) 城融合、工業(ye) 落地、資源聚集和經濟發展的目的；

要把群眾(zhong) 對公共服務、交通和醫療等生活服務的需求結合起來，做到全麵的智慧提升，主動服務，真正提升群眾(zhong) 的滿意度。

2.2 建設思路

數據中心的建設是一項既有軟體(ti) 又有硬體(ti) 的綜合係統。首先要掌握各個(ge) 產(chan) 業(ye) 的經營需求，全麵地對各個(ge) 產(chan) 業(ye) 的發展現狀及現實需求進行剖析，並依據信息需求，對各類公司進行歸類，作出相應的規劃。其次，數據中心的管理員(數據交流平台)設置數據中心的使用權，對數據進行管理；然後根據自身能力，將需要的資料從(cong) 標準的數據中心中抽取出來，進行同步或異步的更新，再交給數據中心進行處理。

在網絡體(ti) 係的設計上，采用了以二叉樹為(wei) 基礎的樹型結構，以縱向擴展為(wei) 基礎，提高了係統的整體(ti) 功能。但是，這種網絡拓撲很難解決(jue) 傳(chuan) 統的樹型網絡在核心根節點中產(chan) 生的海量信息流，導致網絡的運行效率受到了很大的製約；采用高性能大容量的交換器，僅(jin) 在一定範圍內(nei) 減輕負荷，無法從(cong) 根源上解決(jue) 網絡的過載和熱點問題；由於(yu) 網絡的頻寬限製，采用高接口的高性能器件會(hui) 產(chan) 生大量的器件開銷，使得大型的數據處理係統難以實現。因此，基於(yu) 高帶寬、低延遲、高可靠性、低運行開銷、易於(yu) 管理和管理的特點，數字中心係統中出現了許多新的拓撲。Fat-Tree 解決(jue) 了熱點問題，即向中心交換器增加了“粗"的連接，但是它僅(jin) 限於(yu) 中心交換機的數量；VL2 解決(jue) 了網絡中的熱點問題、提高了係統的可擴充性，但其線路較多；DCell 架構可以很好地滿足業(ye) 務擴充，但其業(ye) 務流的分配不均衡，且擴展的顆粒尺寸較大；BCube 架構以一個(ge) 以數據為(wei) 基礎的容器為(wei) 基礎，它與(yu) 當前“Data Center in aBox"的理念相一致，具有很好的性能，不過需要更多的擴充。

2.3 建設方案

2.3.1 核心軟硬件設施的構建

第一，要包括目前的數據標準、交換標準、平台標準等；第二，要有網絡、存儲(chu) 器、服務器、開關(guan) 、傳(chuan) 感器等硬件架構；第三，包括實體(ti) 、網路、資料、應用、平台等。其中的安全條款主要有：實體(ti) 、網路、資料、應用程式、平台等。建立一個(ge) 協調高效的軟件環境，保障數據中心的安全、穩定的工作環境。

2.3.2 數據的采集

通過數據交換平台、采集適配器、ETL軟件等采集接口，實現了 ODS 數據庫的數據采集和非結構數據的采集。

2.3.3 數據的處理

建立運行管理平台、數據管理平台等軟件平台，實現對係統的關(guan) 鍵數據、業(ye) 務數據統一的標識和加密，實現全生命周期管理和過程監控，實現數據管理、入侵檢測、身份認證等功能。數據加密、訪問控製和安全審計是確保數據 安全可靠的重要措施

2.3.4 合並

建立了相應的數據交換平台，在此基礎上，開發了多種業(ye) 務接口，及時發布各類主要數據和業(ye) 務數據，並與(yu) 其他智慧城市的業(ye) 務係統對接，實現了信息資源的*優(you) 化和*大限度的利用。

2.3.5 數據的處理與(yu) 應用

根據智能城市決(jue) 策分析的需要，收集、整理、建模、提取、分析等多種信息，以滿足智能管理、控製、傳(chuan) 輸等方麵的改進，提高智能決(jue) 策和反應能力，有效促進城市管理。智慧城市數據中心的建成，進一步提高了城市的智能決(jue) 策和快速響應能力，為(wei) 城市整體(ti) 管理做出了重大貢獻。

隨著時間的推移，網絡的不斷發展，人們(men) 的生活、學習(xi) 、工作都變得更加便捷。在智能交通係統中，運用基於(yu) 傳(chuan) 感器、監控視頻 、GPS等技術的大數據技術，為(wei) 用戶提供*優(you) 的出行路徑。同時，通過對交通流量的統計，可以有效地分析和處理交通堵塞。大數據推動著城市的規劃與(yu) 建設。比如，在政府一級，可以通過數據為(wei) 大學提供專(zhuan) 業(ye) 支 持，既能加強政府間的協作，又能增強政府在城市管理中的作用。

3 雲(yun) 計算時代的城市數據中心建設展望

3.1 建設背景

雲(yun) 計算是一種將網格、分布式和並行計算相結合的技術，它是當前社會(hui) 和經濟發展的一種業(ye) 務方式。雲(yun) 計算依賴於(yu) 數據中心，沒有了雲(yun) 數據，雲(yun) 計算將不能使用企業(ye) 或單位的數據來製定產(chan) 品的組織規則。從(cong) 本質上說，雲(yun) 數據能夠對各個(ge) 企業(ye) 、事業(ye) 單位的數據進行采集，並將各個(ge) 領域的數據資源集中起來進行運算，使其具有較高的代表性，對提高其應用價(jia) 值具有重要意義(yi) 。為(wei) 了提高計算的安全性和可靠性，雲(yun) 計算在實際應用中需要滿足分布式的數據處理需求。對使用者而言，每天消耗的資料都能被安全地儲(chu) 存在雲(yun) 端資料服務中，而不用擔心資料遺失造成的個(ge) 人資料泄漏。雲(yun) 計算對用戶產(chan) 生的數據進行去敏感處理，才能將其直接用於(yu) 企業(ye) 的生產(chan) 和運營，從(cong) 而避免用戶的個(ge) 人信息被侵犯。這種集約化的數據處理方法，不但提高了數據資源的使用效率，而且從(cong) 根本上改變了數據的本質，使用戶的數據資源具有更高的指導意義(yi) 。

3.2 數據中心建設存在的問題

隨著雲(yun) 計算技術的不斷發展，在數據中心的建設上也遇到了一些問題，這些問題已經嚴(yan) 重地製約了雲(yun) 計算的順利發展和數據中心的建設。在雲(yun) 環境下，數據中心的建設 麵臨(lin) 著以下幾個(ge) 問題：首先是網絡的架構問題。傳(chuan) 統的三層結構會(hui) 產(chan) 生較大的時延， 從(cong) 而很大地影響到存儲(chu) 過程，所以對其進行改進和優(you) 化。第二，由於(yu) 傳(chuan) 統的數據中心係統的建設，導致了數據和存儲(chu) 網絡的分離，從(cong) 而限製了數據中心的資源集成，加快了其發展。第三點是虛擬化。為(wei) 了更好地利用虛擬設備，提高數據中心硬件資源的利用率，本文提出了一種新的虛擬技術。第四點，就是安全性。 雲(yun) 計算技術的不斷發展，使得數據中心業(ye) 務越來越不穩定，越來越開放，越來越安全。在當前的數據中心建設中，如何保證安全穩定的運行是一個(ge) 迫切需要解決(jue) 的問題。第五，過度使用能量。 由於(yu) 雲(yun) 技術的引進，大大增加了數據中心的能耗。為(wei) 了促進數據中心的持續健康發展，需要尋找一條高效、綠色、節能的技術路線，以保證新數據中心的建設。

4 安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理係統

4.1平台組成

安科瑞電氣緊跟數據中心發展形式，推出AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決(jue) 方案，包含有18luck新客户端、動環監控、消防監控、能耗統計分析、智能照明控製以及新能源監測幾個(ge) 子係統。集成了變配電監測、電源備自投、電氣接點測溫、智能照明控製、電能質量監測及治理、蓄電池在線監測、精密配電監控、智能母線監控以電氣火災、應急照明及疏散指示等多種子功能，能夠幫助用戶實時掌握數據中心的運行情況，保障數據中心可靠、安全、節約、有序、低碳的運行，輔助運維團隊提升數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率並降低運維成本。

AcrelEMS數據中心綜合能效管理係統，為(wei) 數據中心的能源管理提供的監測和控製，主要分為(wei) 18luck新客户端、動環監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線監控、智能照明、消防相關(guan) 的子係統。

4.2 平台拓撲圖

4.3 能耗統計分析（能源管理）解決(jue) 方案

4.3.1 係統介紹

建立高效的能耗監測管理係統，對建築各類耗能設備能耗數據進行實時測量，對采集數據進行統計和分析。能夠合理的確定各區域建築能耗經濟指標及績效考核指標，發現能源使用規律和能源浪費情況，提高人員主動節能的意識。

4.3.2係統功能

1)搭建數據中心智慧能源管理係統的基本框架，對各個(ge) 用能環節進行實時監測；

2）排碳數據化：通過係統可實現建築單位內(nei) 人均能耗分析（包括水、電、能量），實現低碳辦公數據化；

3）區域能效比：實現建築單位內(nei) 區域能耗對比，方便能耗考核；

4）同期能效比：實現同年、同期、同一區域能耗對比，方便節能數據分析；

5）能耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、引導值進行分析單位麵積能耗和人均能耗指標；

6）能耗競爭(zheng) 排名：各個(ge) 功能區能耗對比，實現能耗排名，增強工作人員的節能意識；

7）對能耗的使用數據進行綜合的分析、統計、打印和查詢等功能，並根據能耗監測管理係統的需要可選擇不同樣式報表的打印。為(wei) 能耗運營管理部門提供可靠的依據；

8）能耗數據采集，隨時查詢，並根據采集數據進行統計分析，監測異常能源用量，對能源智能儀(yi) 表故障進行報警，提高係統信息化、自動化水平。

4.3.3產(chan) 品選型

4.4 安科瑞蓄電池監測係統解決(jue) 方案

4.4.1產(chan) 品介紹

安科瑞公司ABAT係列鉛酸蓄電池在線監測係統是在線電池監測產(chan) 品，可以提前對失效的鉛酸蓄電池進行預警及電池均衡，符合ANSI/TIA-942標準要求。

  該係統具有監測電池的電壓、內(nei) 阻與(yu) 內(nei) 部溫度功能，安裝、維護與(yu) 接入非常方便。係統主要由ABAT-S模塊、ABAT-C模塊及ABAT-M采集器組成，可通過采集器查詢告警與(yu) 實時數據、設置參數等，可選配監測平台實現網絡化集中管理。

4.4.2 產(chan) 品選型

4.5 安科瑞智能母線監測解決(jue) 方案

4.5.1產(chan) 品介紹

數據中心IT服務器配電傳(chuan) 統采用精密配電櫃，占用空間較大，配電線纜多，新增設備不便，為(wei) 了節省麵積，智能小母線方案由於(yu) 不占用機房麵積、可按需靈活插拔，受到很多數據中心的青睞，被越來越多的應用。

安科瑞智能母線監控產(chan) 品分為(wei) 交流和直流母線監控兩(liang) 類，包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏，另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用於(yu) 監測母線槽的運行溫度，確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網，可以實現任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數據上傳(chuan) 通訊。

4.5.2 產(chan) 品選型

4.6 安科瑞精密配電管理係統解決(jue) 方案

4.6.1產(chan) 品介紹

係統可以展示精密配電櫃內(nei) 進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關(guan) 狀態，並可以對數據進行報警設置和分級，數據取自精密配電櫃測量模塊。

4.6.2 產(chan) 品選型

5 小結

在未來的生產(chan) 和生活中，數據中心的重要性與(yu) 日俱增， 確保數據中心能夠滿足雲(yun) 計算時代的需求，提升服務的可靠性和效率，從(cong) 而達到節能環保的目的。新一代數據中心的發展方向是：減少IT運營成本，提高管理效率，提高業(ye) 務靈活性，提高安全性，提高可靠性，減少能源消耗。

安科瑞侯文莉