基于大數(shù)據(jù)機(jī)房監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)

吳興國 蔣輝

（中國電信股份有限公司安徽分公司 安徽省合肥市 230000）

1 引言

近年來，隨著通信領(lǐng)域業(yè)務(wù)規(guī)模的擴(kuò)大，通信機(jī)房承載著越來越多系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)及業(yè)務(wù)的發(fā)展，這使得建立更完善的機(jī)房管理制度、提供數(shù)字信息化的機(jī)房管理手段、保證機(jī)房穩(wěn)定安全的運(yùn)行成為了保障通信行業(yè)良性發(fā)展的必然趨勢(shì)。而運(yùn)營商的實(shí)際機(jī)房監(jiān)管存在多種問題，并且缺乏節(jié)能的數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。如機(jī)房出現(xiàn)局部溫度過高的時(shí)候，只是盲目的增加或者置換空調(diào)，客觀上增加了運(yùn)營商的機(jī)房成本。

針對(duì)上述問題，機(jī)房監(jiān)管平臺(tái)從人員管理、設(shè)備管理、機(jī)房管理等多方面切入，基于大數(shù)據(jù)建模及分析，提供一整套的監(jiān)管體系，配備門禁管理、機(jī)房作業(yè)/設(shè)備出入及加電管理、機(jī)房日常維護(hù)管理、機(jī)房環(huán)境管理、機(jī)房設(shè)備拓?fù)涔芾淼榷嗄K功能，落實(shí)機(jī)房進(jìn)出審批制度、加強(qiáng)機(jī)房作業(yè)審批及備案、實(shí)現(xiàn)機(jī)房3D 一體化展示。

2 運(yùn)營商機(jī)房監(jiān)控整體設(shè)計(jì)

基于大數(shù)據(jù)的機(jī)房監(jiān)管平臺(tái)，包括以下功能：門禁管理、機(jī)房機(jī)架視圖、全省機(jī)房視圖、巡檢管理、機(jī)房及設(shè)備上下架管理及機(jī)房視頻監(jiān)控等（如圖1 所示）。利用多維度的分析模型計(jì)算出當(dāng)前機(jī)房的環(huán)境溫度、能耗預(yù)測(cè)及設(shè)備狀態(tài)等。

IT 負(fù)載預(yù)測(cè)：通過單個(gè)機(jī)房當(dāng)天的IT 負(fù)載數(shù)據(jù)(按小時(shí))的輸入，經(jīng)過模型計(jì)算分析，輸出未來1 天的IT 負(fù)載預(yù)測(cè)結(jié)果。

制冷功耗評(píng)估：通過當(dāng)前水冷機(jī)機(jī)組數(shù)據(jù)、冷凍水水泵數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、IT 設(shè)備總能耗及空調(diào)總能耗等數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過模型計(jì)算分析，輸出水冷主機(jī)功耗預(yù)測(cè)。

機(jī)柜溫度評(píng)估：通過機(jī)柜ID、機(jī)柜當(dāng)前溫度最大值、負(fù)載數(shù)據(jù)、出風(fēng)地板等數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過模型計(jì)算分析，輸出瞬時(shí)機(jī)柜出風(fēng)溫度。

空調(diào)狀態(tài)評(píng)估：通過機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)、運(yùn)行電流、電量等數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過模型計(jì)算分析，輸出空調(diào)狀態(tài)、包括開關(guān)、風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速等。

用電預(yù)算：通過輸入需要預(yù)測(cè)的機(jī)房ID，經(jīng)過模型計(jì)算分析，輸出當(dāng)前機(jī)房未來1 天的耗電預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.1 設(shè)計(jì)原理

全省機(jī)房視圖及機(jī)房機(jī)架視圖基于基礎(chǔ)設(shè)備信息完備的情況下建立，系統(tǒng)提供創(chuàng)建設(shè)備實(shí)體、錄入設(shè)備信息等功能，在業(yè)務(wù)層面上實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)聯(lián)形成機(jī)房拓?fù)潢P(guān)系圖；將日常維護(hù)中對(duì)數(shù)據(jù)、設(shè)備等所需的功能，建立在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房設(shè)備的可視化管理。

此外通過管理手段上的延伸，需建立門禁管理、巡檢管理、機(jī)房視頻監(jiān)管等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)房從實(shí)際使用層面的出入管理及預(yù)防監(jiān)控管理。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

建立大數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)房能耗節(jié)能。通過外圍系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集，運(yùn)營商可以獲取到財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、智能電表數(shù)據(jù)、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等，利用這些數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析模型找到問題原因，實(shí)現(xiàn)機(jī)房能耗節(jié)能。

此分析架構(gòu)可基于Hadoop 實(shí)現(xiàn)，Hadoop 具備高擴(kuò)展性、高效性、高可靠性、高容錯(cuò)性、成本低等優(yōu)點(diǎn)。分析架構(gòu)大致框架如圖2 所示。

圖1

圖2

圖3

通過將不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或者定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚與清洗，將數(shù)據(jù)匯總整合形成最終適用于分析建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

機(jī)房能耗受多種影響因素，包括外部溫度、外部濕度、設(shè)備開啟時(shí)間、主設(shè)備數(shù)量、主設(shè)備功耗、空調(diào)設(shè)置溫度、機(jī)房面積、開啟的風(fēng)柜數(shù)量等，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，可以幫助發(fā)現(xiàn)這些因素與機(jī)房能耗之間可能存在的關(guān)系。

圖4

圖5

根據(jù)以上的多種影響因素，建立簡(jiǎn)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖3所示。

由于運(yùn)營商機(jī)房的業(yè)務(wù)承載、外部環(huán)境及機(jī)房規(guī)模等因素的不同，可將機(jī)房劃分為若干類，針對(duì)每一種類型制定相應(yīng)的模型。通過模型來模擬機(jī)房的承載及環(huán)境的預(yù)警值，實(shí)現(xiàn)機(jī)房能耗的提前預(yù)警等功能。

3 功能簡(jiǎn)介

3.1 門禁管理及視頻監(jiān)控

加強(qiáng)機(jī)房管理，落實(shí)機(jī)房進(jìn)出審批制度，包括人員進(jìn)出、設(shè)備進(jìn)出，隨身攜帶品“最小必需”。每個(gè)月核對(duì)檢查門禁刷卡記錄及機(jī)房視頻監(jiān)控錄像。

圖7

圖8

圖9

門禁及視頻監(jiān)控：核查門禁、視頻失效和異常等情況。可查看當(dāng)前各機(jī)房的門禁情況，是否有機(jī)房視頻監(jiān)控失效，視頻監(jiān)控異常情況占比等。

門禁卡管理：門禁卡包含新增、注銷及權(quán)限變更流程。在界面上提供門禁卡的申請(qǐng)及變更功能?？梢愿鶕?jù)不同的需求不同的申請(qǐng)人進(jìn)行不同權(quán)限的門禁卡申請(qǐng)操作，申請(qǐng)之后需要相應(yīng)的人員進(jìn)行審批；還可以對(duì)已申請(qǐng)的門禁卡進(jìn)行注銷及權(quán)限變更，變更的過程需要進(jìn)行上級(jí)人員審批。

圖10

機(jī)房進(jìn)出審批流程（如圖4 所示）：包括人員進(jìn)出、設(shè)備進(jìn)出，隨身攜帶品“最小必需”等審批流程。將審批的結(jié)果和審批的過程記錄下來，為后期做門禁刷卡記錄、視頻監(jiān)控等核對(duì)做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.2 機(jī)房機(jī)架視圖

通過數(shù)據(jù)采集及大數(shù)據(jù)分析等將機(jī)房機(jī)架形成3D 視圖方式（如圖5 所示），集成告警數(shù)據(jù)形成3D 模式的機(jī)樓機(jī)房監(jiān)控及管理視圖。

數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)提供多樣化的數(shù)據(jù)采集方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同設(shè)備的采集和管理。系統(tǒng)為用戶提供了設(shè)備信息的修改功能，可以手動(dòng)輸入設(shè)備的相應(yīng)信息，根據(jù)不同的安全級(jí)別對(duì)服務(wù)器CPU 使用率、內(nèi)存使用率、接口流量數(shù)據(jù)、FTP 服務(wù)及UPS 使用情況等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中，為后臺(tái)應(yīng)用分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)也可以通過一定的采集設(shè)備定時(shí)掃描設(shè)備信息，包括設(shè)備的名稱、編號(hào)、連接端口、域名等并存儲(chǔ)在系統(tǒng)中為后續(xù)分析做數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)采用流量采集程序獲取各網(wǎng)段的流量數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶主機(jī)和流量類別進(jìn)行歸并，按時(shí)間周期存儲(chǔ)入庫并在視圖上展示各個(gè)不同設(shè)備的實(shí)時(shí)流量。

通過3D 視圖方式，建立機(jī)房的立體視圖。可以從樓外觀查看當(dāng)前機(jī)房的整體情況；并且可以點(diǎn)擊樓房定位到不同的樓層，可查看不同樓層的機(jī)房監(jiān)管情況（如圖6 所示）；進(jìn)入樓層之后，可點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)的房間，查看房間的立體視圖。

視圖展示內(nèi)容包括機(jī)房、機(jī)柜、油機(jī)、冷機(jī)、UPS、儲(chǔ)水、儲(chǔ)油、網(wǎng)絡(luò)寬帶、額定功率等各指標(biāo)的總量及當(dāng)前占用量（如圖7 所示）。并可以展示當(dāng)前所選區(qū)域的客戶租用機(jī)柜數(shù)量top10，所有機(jī)房能耗的排名top10。通過對(duì)當(dāng)前機(jī)樓或者機(jī)房的總體監(jiān)控，查看環(huán)境概覽，包含周圍環(huán)境的溫度、濕度及粉塵情況；查看綜合能效，包含當(dāng)日的能耗情況，IT 設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等當(dāng)日能耗及PUE 值；查看IT 關(guān)鍵指標(biāo)，包含硬盤占用率、內(nèi)存占用率、寬帶占用率、CPU 占用率、實(shí)時(shí)流量、服務(wù)器負(fù)載等。對(duì)于告警的內(nèi)容，可根據(jù)告警的時(shí)間、等級(jí)等統(tǒng)計(jì)出告警趨勢(shì)圖及等級(jí)分布情況。并且根據(jù)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)能耗的情況，查看分時(shí)能耗走勢(shì)圖。根據(jù)以上的展示數(shù)據(jù)可監(jiān)控當(dāng)日所選機(jī)房或者機(jī)樓的整體運(yùn)行情況，包括告警、預(yù)警及實(shí)時(shí)能耗。

左側(cè)提供當(dāng)前機(jī)樓的樓層及房間號(hào)的選擇，可以通過定位數(shù)字來直接定位到所需要查看的機(jī)房房號(hào)。

3.3 機(jī)房及設(shè)備上下架管理

通過生成標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備出入記錄，為以后盤點(diǎn)及核查留下依據(jù)。嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)房功能規(guī)劃，對(duì)于不符合機(jī)房規(guī)劃的在資源分配環(huán)節(jié)攔截等。在整體管理中，留存相關(guān)的電子依據(jù)，例如：《機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)施工承諾書》、《機(jī)房工程隨工表》、《機(jī)房作業(yè)申請(qǐng)表》、《機(jī)房加電申請(qǐng)表》等。

標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)房作業(yè)申請(qǐng)表包含以下多個(gè)信息：設(shè)備名稱、設(shè)備廠家型號(hào)、上架發(fā)起部門、工程編號(hào)、需求說明、占用機(jī)架、門禁開門時(shí)間、門禁開門人、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、加電時(shí)間、設(shè)備維護(hù)負(fù)責(zé)人等。具體界面如圖8 所示。

發(fā)起申請(qǐng)需求之后，經(jīng)過配置的統(tǒng)一審批流程，判斷與當(dāng)前機(jī)房規(guī)劃是否相符合，審批通過之后接入門禁管理流程。流程如圖9所示。

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人發(fā)起機(jī)房作業(yè)；按照機(jī)房功能及平面規(guī)劃，當(dāng)預(yù)分配現(xiàn)場(chǎng)機(jī)架、供電不滿足時(shí)，反饋需求部門，工單回退，由需求部門聯(lián)系商討能力建設(shè)；由相關(guān)部門審批需求是否滿足；需求部門按作業(yè)時(shí)間期限（工單發(fā)起日的3 個(gè)月內(nèi)）按次申請(qǐng)進(jìn)機(jī)房，并上傳必須提供的材料：進(jìn)場(chǎng)設(shè)備清單、現(xiàn)場(chǎng)隨工人、承諾書等；電子申請(qǐng)是啟動(dòng)的必要條件之一，且開門人需在人臉識(shí)別庫；當(dāng)次開門無驗(yàn)收的，系統(tǒng)自動(dòng)限制下次申請(qǐng)，全部施工結(jié)束后，工單進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

3.4 巡檢管理

建立機(jī)房巡檢閉環(huán)管理，由管理員下發(fā)巡檢任務(wù)，不同類型的巡檢任務(wù)通過流程及相應(yīng)環(huán)節(jié)的人員配置自動(dòng)下發(fā)給不同的人。巡檢完畢之后，巡檢人員提交巡檢信息并上傳巡檢照片，由發(fā)起人審核之后歸檔并閉環(huán)巡檢任務(wù)。具體流程如圖10 所示。

對(duì)于巡檢管理的結(jié)果，按周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用視圖方式查看巡檢管理的結(jié)果，通過巡檢的結(jié)果可對(duì)機(jī)房的設(shè)備及環(huán)境等做預(yù)警和提前預(yù)測(cè)修復(fù)擴(kuò)容操作等，避免出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。

4 總結(jié)與展望

基于大數(shù)據(jù)分析及3D 機(jī)房視圖的能力，分析總結(jié)出機(jī)房能耗及節(jié)能減排的方向，并通過3D 視圖的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)房的一點(diǎn)監(jiān)控、機(jī)房作業(yè)管理及機(jī)房規(guī)劃功能等。

機(jī)房作為通信行業(yè)的核心業(yè)務(wù)，其重要性不言而喻，節(jié)能減排的工作是值得研究和探討的，可對(duì)機(jī)房內(nèi)單位能耗與機(jī)柜空間溫度、機(jī)柜飽和度以及電力的健康度等多種屬性之間的關(guān)系做深入的研究，另外利用物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同機(jī)房之間的能耗數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)的交互，將節(jié)能減排系統(tǒng)建設(shè)成為一個(gè)跨機(jī)房、跨區(qū)域的綜合性監(jiān)管平臺(tái)。