物联网对高校机房能源增效作用研究

邱平 胡伦

摘 要 利用物联网技术，对机房智能化管理与能源增效起到重要作用。通过对高校耗电巨大的机房进行物联网思维分析，基于物联网技术条件改造机房，并提出运用物联网技术的机房能源增效方案，对整个高校绿色校园建设具有一定的借鉴意义。

关键词 物联网;高校机房;IDC机房;能源增效;节能减排;绿色校园;节约型校园;机房能源管理系统

中图分类号：G647 文献标识码：B

文章编号：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

高校机房主要分为两种，一种是存放重要电子设备的IDC（Internet Data Center）机房，其正常运行对环境要求较高;一种是承担教学的电子机房，电子设备一般为台式计算机及一些大型电子仪器设备。随着节能减排、绿色校园要求的不断深入，降低机房能耗、提高机房能源增效已经成为行业内的热点，同时可以提高机房运行的智能化与稳定性，对节能降耗与绿色校园建设具有重要意义。

物联网是现代信息社会发展最为迅速的技术之一，具有泛在感知的能力、可靠传输的性能、智能处理的优势。物联网具体与能源增效建设进行结合，能够很好地为高校节能减排、绿色校园做出贡献。物聯网具有精细化管理的能力，可以实时监控各种设备的使用及耗能情况，并可以根据各种传感器数据情况进行自动化调整，解放了人工防守这种高成本方式;并可以根据物联网平台数据进行后续大数据分析，可持续跟进、动态调整机房能源增效相关方案。

2 物联网技术

物联网（Internet of Things，IoT）是新一代信息技术的重要组成部分，也是信息化时代的重要发展阶段，现代大型互联网公司争相进军物联网市场。通常讲，物联网是指物与物相连，物与人相连，它是互联网系统的延伸。物联网利用局部网络或互联网等相关通信技术，把安装在各种物品中的传感器通过新的方式联系在一起，形成物与物、人与物的信息互联，从而构成远程管理控制的新型智能化网络系统[1]。物联网形式多样、技术复杂、涉及面广，通常根据工作机制分为四个层次：感知识别层、网络构建

层、管理服务层和综合应用层（图1）。

物联网各层之间既相对独立又紧密联系。在综合应用层以下，同一层次上的不同技术互为补充，适用于不同环境，构成该层次技术的全套应对策略。而不同层次根据应用需求，提供各种技术的配置组合，构成一套完整的解决方案。具体到某个区域性的智能物联网，就应该以现实需求为向导对技术进行选择，根据具体的需求和环境，选择合适的感知技术、联网技术和信息处理技术[2]。

3 物联网在高校机房能源增效中的应用

高校机房特点 高校IDC机房是高校重要电子设备运行场所，房间内除了安放计算机、通信设备等，为了增加设备运行的稳定性和可靠性，还安装了多重辅助设备，主要包括不间断电源（UPS）、精密空调、电力检测、新风系统等设备。因IDC机房诸多电子设备散热量较大，房间温度过高，极易导致计算机等重要设备的故障。为了保证整个机房的长期、稳定运行，除了需要稳定的电力及温湿度环境保障外，还需要各种传感设备及监控设备来实时监测电力及设备运行环境的状态，一般通过RS-485通信线与数据采集器连接。

高校普通机房对环境要求相对IDC机房较低，其主要功能为公共计算机教学及专业课教学功用，耗能分析上主要为设备、空调及灯光耗能，对机房室内温湿度等要求具有一定的弹性，因此在后期利用物联网技术节能方式上也有不同。不管是IDC机房，还是普通教学机房，通常都通过物联网设备进行数据采集与处理，主要有环境检测设备、监控系统、处理设备与执行设备（图2）。

烟感传感器、火感传感器、水浸传感器、温湿度传感器及红外传感器主要用来监测机房环境及机房实时动态;采用物联网数据模型开发方式，通过网络/RS-485接口转换器连接需要控制的设备，一般包括不间断电源（UPS）、精密空调、三相电力表;采集的主要参数包括设备运行的电力参数（电压、电流、功率等）、不间断电源的开关控制状态、空调的温湿度等。此外，还需要网络视频监控设备采集视频信息，可以通过监控画面是否变动判定是否有人活动，进行标记存储与电源管理。

物联网在高校机房能源增效中的作用 随着物联网技术的不断进步与发展，已经越来越多地走进人们的生活，各种传感器的应用可以有效地实时监控设备或者环境等状态，并根据事先构建的节能策略对各种耗能设备进行节能控制。通过相关研究分析，IDC机房耗能主要由制冷设备、IT设备、供电设备、照明监控等附带设备组成。通常IT设备耗能占比最多，约占耗电总量的70%;制冷设备与供电设备约占14%;照明监控设备约占2%[3]。

运用物联网模型分析高校机房能耗情况，可以根据具体情况进行节能策略针对性处理，从而达到能源增效的效果。IT设备是耗能大户，因为需要运用物联网监控技术对设备进行监控，找出耗能规律，构建节能增效的技术方案，主要运用虚拟化技术与超融合技术减少服务器等物理设备的总量，同时配合能源监控做好电力的节能优化;制冷系统也是高校机房耗能的重要来源，因IT设备发热量大，制冷系统对机房设备安全稳定至关重要，利用物联网传感器设置对温湿度的测定，制定通风或者制冷策略;此外，針对照明等小型耗能设备，可根据人体传感器侦测是否有人，从而控制电源开关[4]。

4 物联网对高校机房能源增效对策

制冷系统中机房能源增效 随着IDC机房设备的不断改造增加，机房的散热量也不断上升，制冷设备的耗能仅次于IT设备耗能，属于机房耗能大户。制冷设备运用物联网数据模型改造，构建通风降温与设备制冷双模式进行节能增效。通过物联网温湿度传感器，可以精确地获知机房温湿度，进而调节空调功率降低能耗，属于普通节能降耗方式，并不能明显节能增效。精密空调制冷主要从改善空气循环方面入手，冷风可以直接精准送入机柜，最大限度地高效利用冷气。

根据区域不同，高校IDC机房可建设通风降温与设备制冷双模式，根据地理位置不同做不同方案。特别是在北方地区，新风系统可以利用室内外空气交换达到降温的目的，有效节约能源。基本原理是利用机房内外温差，引入室外冷空气循环交替，达到物理降温的方式（图3）：由温湿度传感器侦测室外空气，根据事先系统设定的定值启动新风系统，交换热冷空气。由于通风系统不涉及压缩机这种高耗能制冷设备，因此，相较于设备制冷，节约能源效果明显。实践发现，冬季效果尤为显著，有相关数据显示，可节约能耗约50%。

IT设备能源增效 根据数据分析，机房主要耗能的70%左右来自IT设备，其他为制冷、照明等设备耗能。因此，运用物联网思维对机房IT设备的耗能进行优化，对能源增效至关重要。运用物联网思维，就是创建万物互联、万物感知的环境，通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，把机房里面众多的IT设备进行互联互通，借此监测能耗情况，进行集中控制、统一管理，实现节能环保[4]。

通过物联网设备智能控制及分配设备用电时间及时显示耗能情况，适时调整用电规律抗大电流冲击等[5]。基于ZigBee标准的嵌入式传感器已经被广泛应用于IT设备的监控。通常IT设备为了保持稳定，都有一定冗余，这部分设备也是耗能节点。运用物联网传感设备收集耗能数据进行分析，进而建立标准耗能模型，并根据不通时段对冗余需求进行设备的功耗降低或者关闭设备。除此之外，需要在服务器虚拟化方面加大力度，尽量集成设备以减少物理设备的数量，超融合技术的运用也可以有效减少设备耗能与设备数量。

照明监控等设备的能源增效 高校IDC机房与普通机房都必须配用监控设备，实时监控画面并存储视频，此外还有照明设备等少量耗能产品。现如今，监控设备已经嵌入物联网感知设备，有红外摄像功能、移动侦测功能、自动碎片化摄录功能、热传感功能等。根据物联网智能家居模式，可构建机房照明及辅助设备的智能化控电方式，这种模式在普通机房发挥的功用更为明显。根据控制区域将照明分组，通过每个微波传感器与摄像头移动侦测或智能家具中的人体侦测，构建智能化控制照明方案，传感器根据现场的环境光照度与是否有人员活动，综合决定是否执行感应动作或者开启录制[6]。此外，现代机房监控都支持APP远程查看与控制，在一些极端天气与环境下可以实现远程查看现场与能源控制。

5 结语

建设绿色校园、节约型校园是大势所趋，机房作为高校一个重要耗能节点，能源增效方面尤为重要。运用物联网技术进行能源监控与管理将是今后机房发展的一个重要方向，运用物联网模型构建机房能源管理系统进行能源控制，由于机房耗能100%为电能，主要由控电进行节能。机房能源管理系统可根据现实需要对不同能源增效方案进行策略调整，以便选择更好的节能增效方案[7]。如北方机房对精密空调与新风系统分季节使用，冬季使用新风系统而关闭精密空调，节能明显。用高压直流电替代传统UPS也有较好的节能效果。物联网技术运用在机房节能增效方面效果明显，将为绿色校园与节约型校园建设提供技术保障。

参考文献

[1]郭忠文.物联网系统设计开发方法与应用[M].北京：科学出版社，2017（3）：168-172.

[2]丁承君，刘强，等.基于物联网和边缘计算的高校机房在线监测[J].计算机工程与应用，2018（21）：257-264.

[3]高中兰.降低数据中心电力损耗和节能措施研究：能耗监测系统在徐州电信IDC机房的应用[M]//中国通信学会信息通信网络技术委员会2013年年会论文集.2013：545-550.

[4]何力，余海，房利国.基于物联网的能耗检测系统解决方案[J].信息安全与通信保密，2012（1）：67-69，71.

[5]刘媛，杨杉，张泉，等.物联网技术在机房监测和资产管理中的应用[J].湖北电力，2016，40（8）：43-47.

[6]赵巧颖.基于物联网的电信运营商机房能耗监控系统研究与设计[D].武汉：华中师范大学，2017.

[7]赵巧颖，等.基于物联网的电信运营商机房能耗监控系统[J].计算机工程与应用，2017，53（22）：204-207，270.

作者：邱平、胡伦，宁波工程学院，助理馆员，研究方向为数字图书馆、智慧图书馆、信息技术与学科整合（315211）。