前言
新基建热潮正盛，越来越多的企业开始布局数字化业务，数据迅猛增长。作为数据存储、处理、分析的数据中心进入新一轮建设加速期。鉴于数据中心是能源密集型行业，能效的重要性不容小觑，这对能源优化提出严峻挑战。
世纪互联作为新基建的积极参与者，对数据中心产业进行充分调研与试验，探索属于世纪互联的生态优先绿色发展之路。通过建设软件开发能力，引入AIoT、新传感器等前沿技术，不断驱动数据中心技术和管理升级、优化数据中心PUE、提升财务表现，为新基建数据中心产业的发展提供强大推力。
在数据中心行业，工程师们承载了公司项目从蓝图到部署，从运维到交付落实，决定着产品服务的品质与保障。而“工程师基因”正是对世纪互联价值观的高度内化与凝练，“工程师精神”是世纪互联发展的根本和内在动力，“工程师文化”更是互联人“务实、拼搏、严谨、精进”的代名词，对产品的敬畏、对客户的负责，始终催使我们去创造精益求精的产品与服务。
步入2021，世纪互联坚持精益运营、高效管理，持续提升创新力、产品力，培育高素质人才和组织，追求长期稳定的高质量发展。
接下来，本文将与您分享，世纪互联工程师在数据中心运营实践管理中几个方向的探索与实践。
01 建立软硬件基础测试环境
数据中心作为企业的核心基础设施，安全稳定地运行和把电力高效地转化为算力对企业运营、保持核心竞争力至关重要。通过数据中心运维系统，基础设施运维工程师对数据中心进行监测，帮助其高效掌握数据中心整体情况，及时发现并解决问题，进而保证数据中心以及整个企业的正常运行。
世纪互联秉持以客户体验为核心，由具备深厚专业背景、广阔视野的科研团队开展工作规划与业务部署，率先提出将数据中心设施运维系统架构细分为设施运维生产系统（MPS）、设施运维支撑系统（MSS），以及设施运维分析系统（MAS）。MPS的演进方向为数据中心的数字孪生和智慧运维；MSS的演进方向将面向数据中心的基础设施运维管理的全面数字化，并实现设施管理全生命周期的规范化和标准化。
基于AIoT的能源优化，通过以MAS作为重要支撑，世纪互联确定分阶段工作目标：首先，采集设施运维数据，不断积累并形成分析性数据仓库；其次，研究制冷系统在不同负载、工况下的运营参数等，包括全局能耗表现、系统级COP表现，以及设备级能耗表现；最后，建立不同系统运行工况、系统负荷下的优化设施运维模型，预测设施最优工况。
数据中心运维系统架构
运维分析的基础要建立于对大量运维数据的积累之上，经过不断对运维数据进行的采集、解析、存储后，方可定义标准化的指标体系及运维指标。
02 选用优化的数据采集终端、程序和通讯
在数据采集设备方面，世纪互联选用树莓派作为采集数据终端，其具备体积小、功耗低的优势。通过树莓派的丰富数据接口，可随时部署交换机旁或直接接入其他底层硬件进行数据采集。树莓派还可运行操作系统，完成更复杂的任务管理与调度，支持更上层应用的开发，为程序开发者提供广阔的开发自由度，且完全独立于生产系统和支持系统，可以高效的进行数据采集和分析，而不用完全依赖于生产系统的长周期的升级流程，使得数据分析和参数调整可以很快形成闭环实验。
数据采集设备部署架构
在数据采集程序方面，世纪互联使用了脚本语言与C语言的协议栈进行了高效集成，使得数据采集、开发、调试和配置都有着极高的效率。脚本语言为不同设施的通讯协议栈提供执行环境，快速解析设备设施通讯报文，同时为设备参数模型优化输出结果提供数据可视化图形界面，快速完成实验环境和参数调整。
预测输出结果可视化界面
在数据采集通讯方面，由于制冷系统设备的不同制造商及设计方面的考量，采用了不同的通讯协议，例如Modbus、BACnet、OPC等。世纪互联采用了物联网创新企业自主研发的协议硬件网关、协议转换软件网关解决这一问题。
Modbus分线器及RevolutionPi
03 人以数据中心总能耗为依据，探索其可优化的影响因素
从上一章节可以看出对于一个数据中心，选用了较优化的基础测试环境后，在基于对能效指标PUE的解读上，通过建立PUE公式模型，我们把制冷能效系数（CLF）、配电能效系数（PLF）、其他能效系数（OLF）作为MAS能源分解优化的方向，在技术架构中，注入能耗关键性指标用于全系统分析。
在进一步研究公式及系数三要素进行近似计算过程中，全系统COP在模型中起到至关重要的作用，这不但在成熟机房中适用，对于新机房，也可以从全系统制冷效率方面进行考核及分析。因上架率较高、运行的生命周期较长，成熟机房PUE的优化空间相对有限；但对于新机房，因上架率有限，设备容量实用不足，其PUE一般具备比较大的优化空间，从全系统COP入手可以在上架率不足的情况下，持续优化数据中心的能源使用效率。
综合冷机、冷塔、冷却/冻泵、送风温度、冷冻供水温度等因素考虑在内，并考虑不同设备的特性曲线，综合测算水侧全系统的COP变化情况，并进行测试验证，不断地试验、分析、总结、再反复校验，总结得出如下的几个结论。
冷通道送风温度影响数据中心总能耗
数据中心常见服务器类型包括计算型和存储型，在长期的运营实践中，运维数据通过实时采集、分析，工程师对整个制冷系统机房内服务器能耗与整体能耗关系进行了深入研究，提供进风温度不同负载的服务器能耗。
计算型服务器在服务器进风温度大于22度时，服务器自身风机能耗呈上升趋势。世纪互联工程师为研究服务器进风温度升高后，服务器自身耗电量的增加、制冷系统耗电量降低以及总耗电量之间的关系，进行了实验。我们选择负载率偏高，室外环境相对稳定的机房楼，调整冷冻水温度（-2~+1范围），从而调整冷通道温度，记录24小时内机房IT、制冷设备、末端温度、湿度控制设备能耗以及服务器进风温度。
经过测试，在实验机房，如将服务器进风温度从24℃调低到22℃，机房总能耗降低0.7%。基于存储型服务器进风温度拐点偏高（27℃），服务器能耗与总能耗的关系待后续实验验证。
通过不断尝试及试验，以数据中心总能耗为依据，得到最佳实践结果，为运营优化提供决策依据，进一步提升数据中心能效利用和可靠性。
冷冻水系统设备能耗特性的相关结论
在数据中心冷冻水系统中，冷冻水温度的变化或者末端负荷的变化会引起精密空调水阀的自动调节，同时会导致冷冻水泵频率的变化，在研究制冷能效系数过程中，为了精确分析水系统制冷系数的影响因素，世纪互联工程师对冷冻水泵和精密空调进行了深入的研究。
A. 冷冻水泵能耗特性
大多数运营人员认为冷冻水泵的功率与频率呈三次方关系，故降低冷冻水泵频率会大大降低冷冻水泵的能耗。但实际上，水泵功率与频率的三次方关系是基于标准工况的前提下才成立的。
*水泵轴功率计算公示轴功率：
N(KW)=Q(m³/h)*H(m)/(367*η)。
Q:水泵流量,
H:水泵扬程,
η:水泵效率。
标准工况下，管网特性保持不变的情况下，水泵的轴功率与频率关系为：P1/P2=N1³/ N2³。
数据中心冷冻水泵变频控制多采用压差控制，当末端空调水阀自动调节时，末端水流量会发生变化，水泵会根据目标压差值进行自动调节，忽略末端空调与水泵之间管道及相关设备因水流量变化对差压的影响，同时忽略水泵效率的变化，近似认为水泵扬程不变（在上述公式中H不变），则可认为冷冻水泵轴功率与水泵频率近似成线性关系（由于H不变，N与Q成线性关系，而Q与频率为线型关系，所以N与水泵的频率成线性关系）。
以上数据为某机房在冷冻水泵自动运行时，冷冻水泵频率在30-35Hz变化时水泵轴功率的变化趋势。从数据可以证明，随着冷冻水泵频率上升，水泵轴功率的变化与频率变化基本为线性关系。从追求收益最大化的角度上考虑，在实际的运维实践中，不必过度追求冷冻水泵降频率运行。
B. 精密空调能耗特性
数据中心的精密空调水阀控制大部分根据设定送风温度进行控制的，世纪互联工程师就水阀开度和精密空调制冷量的关系，以及水流速度对传热系数K值得影响进行了实验分析。
某一负载率偏高且负载分布相对均匀的机房，稳定工况下7台水冷精密空调水阀开度范围44%-67%，风机转速60%-80%。通过实际测量和理论结算可知：其中水阀60%、风机转速70%时精密空调制冷效率最高，传热系数K值最大。
同时结合从以下图表可以得出传热系数与水流速度之间的关系，水流速度小于1.3m/s时，传热系数K值随水流速的增加而增加，传热效果越好。我们统计数据中心的水流速一般都低于1.2m/s, 所以在数据中心的水流速控制中，应尽量增大水流速，以增加精密空表冷器的换热效率 。
小结
基于以上运维分析系统和多方位能耗探究的实践，世纪互联的工程师们利用大数据技术和智能算法对运维数据进行分析，推动了IT系统运行向标准化、数据化、智能化、自动化转变。另外，运维分析系统的使用也促使运维人员从被动地面对系统故障转变为主动分析系统性能，向系统架构和业务转变，更多的投入到有价值和创造性的工作中，从而更好的支持企业的业务创新。
伴随新基建的不断深化，数据中心将进一步承载AI、大数据、云计算等全新业务形态，成为百行百业的数据基石。面对“新基建”在灵活、绿色、安全等方面对数据中心提出的全新要求，如何做好运维管理，如何平衡“稳”与“敏”的关系尤为重要。世纪互联将持续践行“大定制+新零售”双引擎战略，秉承工程师文化和工匠精神，不骄不躁，潜心研究，不断创新，不断探索，有效提升用户体验，走出一条具有世纪互联特色的数据中心发展之路。
过往25年，世纪互联见证了中国IDC产业的诞生、崛起，从大冷门到大热门，并将自身与时代相连，依托“新零售+大定制”独特的IDC双引擎战略，为IDC行业新时代发展带来全新憧憬。4月21日，为探讨行业发展、聚焦数字化转型、积极拥抱国家3060双碳战略，由中国通信工业协会数据中心委员会指导，中国IDC圈与世纪互联等共同主办的“2021年中国IDC行业Discovery大会”将在北京盛大开幕。届时，行业领导、专家学者、IDC头部企业、链原生新基建的信仰者、新一代IDC的探索者、权威媒体等等将共聚一堂，共话IDC的“过去·现在·未来”，共同开启新一代IDC的“无限游戏”。
