高校实验室绿色计算环境建设探讨

李 浩，李明杰，张子振

(安徽财经大学 管理科学与工程学院，安徽 蚌埠 233030)

高校实验室绿色计算环境建设探讨

李 浩，李明杰，张子振

(安徽财经大学 管理科学与工程学院，安徽 蚌埠 233030)

绿色计算技术是当前国内外研究的一个热点，绿色计算的目标是节能、环保和节约。绿色计算作为建设低碳生活环境的重要一环，已成为推动科技进步和社会可持续发展的一种新型计算模式，是当今国际竞争的焦点和制高点，对国家的政治、经济和社会安全等方面影响深远。然而，当前把绿色计算技术引入高校，构建高校绿色计算环境的相关研究还比较少，针对这一问题，文中在绿色计算目标下分析我校计算机专业实验室目前存在的问题和构建绿色计算环境的可能条件；随后以云计算为技术背景，简单介绍了安徽财经大学构建绿色计算环境的方案和措施。

计算机专业实验室；云技术；绿色计算；探讨

1 建设高校绿色计算机专业实验室的意义

高校不仅是教书育人、向社会输送人才的摇篮，而且是推动科技进步的一股巨大力量。高校作为社会一员，应该节能减排，树立良好的环保形象，高校还是IT设备使用较多的社会团体之一。随着社会的发展，具有较强的实践动手能力和创新性的专业技术人才是当今企业所急需的；计算机专业实验室是高校培养计算机专业高精尖人才不可或缺的重要场所[3]。实验教学是大学本科教学的一个十分重要的环节，是培养学生专业综合能力和创新性的主要途径。培养学生的综合素质和创新能力已成为当今各高校的一种共识，于是各校都加大了专业实验室的建设力度。随着大量的资金投入，大量的基础设施逐渐完备以及业务需求的不断增长，专业实验室设备运行的能耗成本也越来越大。将绿色计算技术引入高校，不仅符合环保需求，更能提高学校的能源效率，降低运营成本。

2 从绿色计算的观点分析专业验室的现状

郭兵等人从工业、理论和交叉学科三个不同视觉对绿色计算进行了重定义，并提出绿色计算的目标是节能、环保和节约[3]。根据此目标，分析安徽财经大学计算机专业实验室的情况，认为我校实验室绿色计算的环境主要存在以下4个问题：

2.1 能耗管理检测

如果高校缺乏统一有效的能耗检测管理平台[4]，就不能实时有效地对能耗和资源的利用情况进行检测，也无法对资源进行有效合理的决策分析，从而不能有效地实现计算资源的集中管理和合理的调度利用。针对我校来说，主要是缺乏机房的制冷和设备运行的电能损耗的有效监测。

2.2 资源利用率

资源利用低下是我校专业实验室存在的一个突出问题，我校工程管理与信息技术实验中心有信息技术、信息管理、软件工程、电子电工、通信与测量、工程管理、计算机硬件，计算机网络等12个实验室和一个信息数据中心。因校区不同和实验室用房原因，各个实验室分布在不同的地点，即使同校区，也分布在不同的大楼，导致其具有多个功能略有不同但设备相似的独立系统。这些系统的独立运行，必然导致资源使用率的低下，造成资源的浪费。同时，我校实验室还存在着专业设备开放时段的利用率低的问题。除了PC机房之类的通用设备外, 为了强化学生专业技术及实践技能的演练,中心的专业实验室在无教学任务时段会面向我校学生开放.但由于缺乏有效的信息发布及管理平台,导致专业设备的开放使用常常与教学任务发生冲突,严重影响了专业设备的开放使用率[5].

2.3 更新成本

我院实验中心专业实验室的设备大多都是计算机、服务器等电子产品，电子产品的更新换代非常迅速，通常一些最新的设备，在使用2～3年后就会出现隐形故障，即便是设备完好，也会因其功能陈旧性能低下而被淘汰，频繁的更换会导致成本的增加。

2.4 环境问题

具体到我校，主要是电能损耗的CO2排放、实验耗材的损耗产生的电子垃圾(如报废的电子元件)以及大量纸质的实验报告等。

3 云计算技术

云计算是一种新兴的超级计算模式[5]，它是以数据为中心，构建一种新兴的基础共享架构，在这一架构中，把基础设施资源、系统资源、硬件资源、数据资源和应用资源等IT资源虚拟化形成一个巨大的资源池，并进行统一管理，以服务的方式，通过网络按照需求提供给用户使用。这些服务包括当前流行的各类互联网应用及运行这些应用的计算平台。系统支撑平台所提供的软硬件资源可以通过云计算平台动态管理和调度，用户无需关心如何部署或维护这些资源，从而达到集约计算资源，减少资源维护成本的目的。目前，数据存储、数据管理、编程模式是云计算技术的三大关键技术。

4 基于云计算的绿色计算实验室环境构建

绿色计算已成为一种趋势，在保证我校专业实验室能够安全稳定运行的前提下，打造绿色计算环境，需要从实验室环境、硬件设备、管理制度几个层面上开展工作。通过云技术，对当前实验室的资源进行整合，尽量在节约成本的基础上通过整合实验中心空间、能源、设备等资源，有效控制和减少服务器等IT设备的数量，减少环境的复杂性，从而降低能耗。具体方案如图1所示。

4.1 实验室环境

4.1.1 制冷环境的改进

我院数据中心不仅承担着我院实验中心的数据管理和实验平台的运行，还承担着我院和学校其他几个部门和学院的网站的运行和维护。我院实验室主要使用的是空调制冷，并且为了保证设备的正常运行，数据中心的空调机组采用的是24小时不间断运行。由于空调分布不合理以及设备的分散性，导致需冷却的设备不能很好地得到冷却，而已经被冷却的区域却被继续冷却，从而导致过耗能严重，而制冷效率低下。解决方法可以采用动态控制制冷法。具体措施如下：

1)安装室内温度控制传感器，设置温度门限(通常在20℃～24℃)。当温度较低时，可以少量关闭几个空调机；当温度较高时，可以增加开启几个空调机从而达到节能减排制冷增效的目的。

2)增加实验室的排气窗口，使室内空气流动幅度增加，从而达到室内温度冷热分布均匀。另外，可以在安全许可范围内适当提高机房内温度，研究表明机房温度每提高一度都会显著降低电能消耗[4]。

图1 基于云技术的绿色计算架构

4.2 硬件设备

4.2.1 服务器更换

在满足需求和性能的条件下，尽量采用低能耗的刀片服务器，并利用虚拟化技术，从而节省成本，减小空间，降低能耗。

4.2.2 存储技术改进

当前我校采用的是传统的存储技术，不仅占用大量的存储空间，而且能耗较高，如果一旦采用绿色虚拟化存储。比如：EMC文件级存储虚拟化技术Rainfinity、数据块级虚拟化Invista等技术，不仅可以节省成本，还可起到降低能耗的作用。

4.2.3 机房PC机的改进

我院实验中心拥有普通机房8个，共计400多台电脑，这些电脑还是普通型的非节能电脑，因实验教学的需要，这些电脑每天运行产生的能耗也是不容小觑的。如采用安全节能型、低辐射、低噪音的绿色环保电脑，不仅能够起到节能降耗，节省成本的作用，还能把对健康和环境的危害降到最小。联想、戴尔、海尔、方正等厂商所推出的绿色电脑新品，无论在电磁兼容性还是节能方面，都令人耳目一新，值得我们选择。

4.2.4 实验报告改进

为了检验学生实验学习效果，我校在实验教学结束后会有学生提交实验报告环节，实验报告大多采用纸质的。可以改变这种方式，使学生改用电子文档的形式提交，不仅可以节省成本，还可以减少废弃的纸质垃圾。

4.3 管理制度的改进

改变传统的管理模式，逐步建立绿色校园管理体系，采用统一的能耗管理网络平台，校后勤水电部门、实验室管理中心、网络中心等多部门统一系统，配合调度，相互监督，以节能减排为目标，建立统一的奖惩制度，从而使绿色环保的观念深入人心。

5 结束语

“十一五”以来，建设节约型社会是我国的基本国策，如何利用高科技更有成效地节能减耗，是当前面临的一个重大课题。云计算的出现，能够解决我校专业实验室的现状，使在保证教学需要的前提下建立绿色计算实验室成为可能！

[1]Wikipedia.GreenComputing[EB/OL].(2011-03-1).http://zh.wikipedia.org/zh-cn/ 绿色计算.

[2]过敏意.绿色计算：内涵及趋势[J] .计算机工程，2010,36(10):1-7.

[3]张华.云计算技术在建设高校绿色计算机实验室中的应用[J].价值工程.2012,31(11)：180-181.

[3]郭 兵,沈 艳,邵子立. 绿色计算的重定义与若干探讨[J].计算机学报，2009,32(12):2311-2319.

[4] 孟坛魁,苗林,梁艺军. 数字校园中的绿色计算环境构建探讨[J].计算机科学，2012,39(10):74-76.

[5]倪冕. 基于Web的实验室设备综合管理系统的设计与实现[J].浙江师范大学学报:自然科学版, 2011, 34(2): 171-174.

[6]陈全，邓倩妮.云计算及其关键技术[J].计算机应用，2009, 29(9): 2562-2567.

Discussion on the Construction of Green Computing for College Laboratory

LI Hao,LI Mingji,ZHANG Zizheng

(School of Management Science and Engineering，Anhui University of Finance and Economics，Bengbu 233030，China)

Currently, green computing technology is one of research hotspots. The energy saving, environmental protection and conservation are the goal of the green computing. As the construction of low carbon living environment is important one annulus, green computing has become a new computing model of promoting the progress of science and technology and social sustainable development. As the focus of international competition and the commanding heights, green computing far-reaching influence on a country’s political，economic and social security and other aspects. However, there is relatively rare work on the construction of College Green computing environment. Therefore, the problems of laboratory computer specialty in our college are analyzed with this objective and the possibility of constructing green computing environments is presented in this paper. Thus, our school building green computing environment of the scheme and the corresponding measures were introduced in the technical background of cloud computing.

computer science laboratory; cloud computing technology; green computing；discassin

2014-07-24

安徽财经大学教研基金资助项目(acjyyb2014 13)；安徽财经大学教育事业发展研究基于云技术的实验绿色计算环境建设基金资助项目(2015JFEY26)。

李 浩(1983-)，男，硕士生，助理实验师，研究方向：计算机网络，可信技术，绿色计算等。

G482；X-0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.060