數(shù)據(jù)中心機房搭建三維可視化平臺的研究與設(shè)計

常曉茹 亢軍賢 王輝 胡慧中 楊怡晨

摘要：文章通過研究數(shù)據(jù)中心機房的運維問題，提出將可視化技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心機房的設(shè)計思路，文章進行了三維可視化平臺的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和功能設(shè)計等，描述了數(shù)據(jù)中心機房環(huán)境可視化、資產(chǎn)可視化、容量可視化、配線可視化、監(jiān)控可視化、演示可視化等運維功能，通過在數(shù)據(jù)中心機房應(yīng)用可視化技術(shù)將機柜、服務(wù)器、配線架、交換機、路由器等進行可視化，可以極大提高運維人員工作效率，有效解決數(shù)據(jù)中心機房安全穩(wěn)定可靠運行的問題。

關(guān)鍵詞：可視化；數(shù)據(jù)中心；機房

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）30-0098-03

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

隨著信息化步伐的加速發(fā)展，萬事萬物都需要數(shù)據(jù)化，這樣數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)尤為重要，目前數(shù)據(jù)中心機房包括機柜、空調(diào)、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、配線架和各類探頭等，種類多，技術(shù)要求高，專業(yè)性強，運維困難，這些設(shè)備可靠運行通常是機房可靠運行的重要考量指標，為了保障這些設(shè)備的可靠運行，就需要提出新的解決方案和思路[1]。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機房存在的問題

管理工具分散。應(yīng)用和系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、機房管理等工具系統(tǒng)，分散孤立、缺乏整合，無法提供統(tǒng)一管理視圖，難以協(xié)調(diào)配合。技術(shù)領(lǐng)域間缺乏關(guān)聯(lián)分析手段，沒有建立跨技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)關(guān)系，缺乏自業(yè)務(wù)應(yīng)用至IT基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一管理視圖，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，影響范圍和故障根源定位困難。缺乏可視化管理手段，當前系統(tǒng)建設(shè)仍停留在數(shù)據(jù)管理和傳統(tǒng)的表格維護層面，內(nèi)容理解困難，缺乏有效的可視化分析手段。部分管理數(shù)據(jù)依靠人工線下維護，部分運維數(shù)據(jù)維護仍依賴傳統(tǒng)的離線電子表格，管理分散，缺乏統(tǒng)一的管理手段，準確性無法保證[2]。

2 可視化技術(shù)

人類思考的過程就是建立思維視圖的過程?？梢暬捎糜嬎銠C技術(shù)，將數(shù)據(jù)和概念轉(zhuǎn)化為圖形，將復雜信息傳遞給受眾，使其快速消化和理解?？梢暬萌祟愌劬νㄍ撵`深處的廣闊帶寬優(yōu)勢，使人們能目睹、探索乃至立即理解大量的信息。計算機可視化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在眾多領(lǐng)域，正在改變?nèi)祟惿畹姆椒矫婷妗？梢暬先祟愄煨?，讓人類與新技術(shù)世界以人類的方式互動?？梢暬夹g(shù)就是利用圖形接口工具如：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等將實體及功能可視化，達到遠程可視化控制和維護實體的技術(shù)[3]。本文提出將可視化技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)中，以解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機房遇到的問題。數(shù)據(jù)中心機房可視化也就是將數(shù)據(jù)中心機房的機柜、空調(diào)、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、配線架和各類探頭等的運維和管理實現(xiàn)可視化，通過一體化可視化平臺對其進行運維和管理。

3 數(shù)據(jù)中心機房可視化總體框架設(shè)計

目前單位數(shù)據(jù)中心機房分為三部分：機柜區(qū)域、供配電區(qū)域和值班區(qū)域。機柜區(qū)域配有傳輸機柜、網(wǎng)絡(luò)機柜、服務(wù)器機柜、網(wǎng)絡(luò)邊界防護機柜、動環(huán)機柜、工程精密空調(diào)、消防柜、監(jiān)控機柜等，主要進行業(yè)務(wù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)存儲、業(yè)務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)邊界防護、機房及重點位置監(jiān)控等功能；供配電區(qū)域主要包括強電機柜、UPS主機、UPS電池組，空調(diào)、動環(huán)設(shè)施、消防設(shè)施、監(jiān)控攝像頭等，主要對數(shù)據(jù)中心機房提供不間斷電源，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等全年正常運行；值班區(qū)域正在升級改造中，初步設(shè)計前排為操作臺，操作臺對面為拼接屏，可以將機房內(nèi)可視化界面顯示到拼接屏上，進行實時監(jiān)控報警提醒，方便運維人員盡快處理。

數(shù)據(jù)中心機房可視化總體按照三層設(shè)計，最底層是圖形接口層，圖形接口工具包括：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等；中間層為3D引擎（數(shù)據(jù)接口層），分為管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，管理系統(tǒng)包括資產(chǎn)臺賬表、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、配置管理系統(tǒng)等，監(jiān)控系統(tǒng)包括動環(huán)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、主機系統(tǒng)等；由圖形接口和數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)的3D引擎[4]支撐起最上層的用戶層，主要可視化運維、可視化服務(wù)和可視化顯示，可視化運維包括機房資產(chǎn)可視化、機房布線可視化、機房容量可視化、機房監(jiān)控可視化、運維工作可視化，可視化服務(wù)包括設(shè)備配置可視化、設(shè)備上架可視化、機柜容量可視化、設(shè)備監(jiān)控可視化、遠程巡檢可視化，可視化顯示包括多中心可視化、環(huán)境可視化、建筑瀏覽可視化、建筑管路可視化、演示匯報可視化等。如圖1所示：

4 利用三維可視化模型建模

三維可視化模型是對實體與實體之間關(guān)系進行描述，是由實體節(jié)點與連接線組成的集合。當用戶對數(shù)據(jù)模型進行三維可視化建模時，首先需要加載待布局節(jié)點的信息；然后進行布局操作；最后保存布局結(jié)果，供圖形呈現(xiàn)使用。

5 數(shù)據(jù)中心機房三維可視化平臺的硬件設(shè)計

在數(shù)據(jù)中心機房部署三臺服務(wù)器，分別為：三維可視化平臺應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和存儲服務(wù)器，通過光纖將其接入核心交換機并入網(wǎng)絡(luò)。對所有設(shè)備通過ID號和IP地址通過協(xié)議進行動態(tài)定位監(jiān)測，對機柜及以外設(shè)施通過動力環(huán)境監(jiān)測設(shè)備進行動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測，在關(guān)鍵點位根據(jù)需要安裝對應(yīng)傳感器，并將其接入網(wǎng)絡(luò)，對線纜、設(shè)備端口和配線架進行統(tǒng)一命名標識，并通過模型設(shè)置到三維平臺。

6 數(shù)據(jù)中心機房三維可視化平臺的軟件設(shè)計

開發(fā)三維可視化平臺，該平臺分為六個模塊，分別為環(huán)境可視化模塊、資產(chǎn)可視化模塊、配線可視化模塊、容量可視化模塊、監(jiān)控可視化模塊、演示可視化模塊等。該平臺通過圖形接口工具：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等建立三維可視化模型，對機房內(nèi)所有設(shè)備、機柜、空調(diào)、線纜、配線架、設(shè)備端口等進行三維可視化開發(fā)，建立數(shù)據(jù)元，數(shù)據(jù)元映射為實體和屬性，通過開發(fā)工具建立機房設(shè)備的模擬三維模型，在三維模型上設(shè)置其實體屬性，通過算法實現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，達到智能監(jiān)測的目的，實現(xiàn)通過軟件平臺高效管控和運維機房的目的。

7 數(shù)據(jù)中心機房三維可視化平臺的功能設(shè)計

7.1環(huán)境可視化

環(huán)境可視化就是將數(shù)據(jù)中心機房從機房結(jié)構(gòu)、機柜布局到機柜內(nèi)IT設(shè)備以及機房設(shè)備間的各種線纜全部采用虛擬3D仿真的方法實現(xiàn)出來。具體分為機房可視化、機柜可視化、機柜內(nèi)設(shè)備可視化和線纜連接可視化等。機房可視化，包括機房所在樓宇結(jié)構(gòu)、機房所在位置、機房內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)和機房內(nèi)部裝修等；機柜可視化，包括網(wǎng)絡(luò)機柜、通信機柜、UPS機柜、空調(diào)柜、監(jiān)控機柜、存儲機柜等，可視化需要描述其外觀尺寸、材質(zhì)、內(nèi)部布局的基本信息、狀態(tài)信息和容量信息等；機柜內(nèi)設(shè)備可視化，包括機架式服務(wù)器、交換機、路由器、防火墻、存儲陣列、網(wǎng)閘等IT設(shè)備品牌和型號，可視化主要體現(xiàn)運行指標、狀態(tài)信息和業(yè)務(wù)信息等；線纜可視化主要包括IT設(shè)備前后面板端口、線纜型號、接口類型、數(shù)據(jù)傳輸速率和狀態(tài)、故障報警和供電監(jiān)測等，主要表現(xiàn)IT設(shè)備運行狀態(tài)和線纜連接狀態(tài)。

7.2資產(chǎn)可視化

資產(chǎn)可視化就是將各個機柜及機柜內(nèi)設(shè)備的基本配置信息通過EXCEL方式導入可視化系統(tǒng)平臺，可以實現(xiàn)設(shè)備與配置信息間互查，完成資產(chǎn)配置可視化。功能包括：信息查詢、機柜搜索和定位、設(shè)備搜索和定位、設(shè)備位置跟蹤、設(shè)備信息管理和設(shè)備端口管理等。信息查詢，主要通過鼠標點擊實現(xiàn)對設(shè)備臺賬的查詢；機柜搜索和定位，主要通過模糊查詢條件查詢所找機柜，其他機柜虛化顯示；設(shè)備搜索和定位，主要通過模糊條件查詢設(shè)備，顯示資產(chǎn)信息配置屬性，其他設(shè)備虛化顯示；設(shè)備位置跟蹤，主要是設(shè)備在機柜中的位置發(fā)生變化時，3D場景中自動變更設(shè)備物理位置[5]；設(shè)備信息管理，主要是在相關(guān)場景中，機柜位置信息和設(shè)備位置信息與實際布局完全一致；設(shè)備端口管理，主要展現(xiàn)設(shè)備前后面板端口占用情況及配線架連接情況。

7.3配線可視化

配線可視化就是將機柜內(nèi)的設(shè)備連接信息展現(xiàn)在平臺界面，可以在設(shè)備和鏈路信息之間互查。配線可視化包括：設(shè)備連接查詢、鏈路連接信息查詢、線路維護操作可視化、設(shè)備端口查詢、設(shè)備鏈路查詢等。設(shè)備連接查詢，可以通過一個設(shè)備，查詢該設(shè)備所有端口的鏈接去向，并強化顯示；鏈路連接信息查詢，就是通過一個跳線可以查詢這條跳線上整個鏈路線路信息，并突出顯示；線路維護操作可視化，就是在線路信息維護時，可以直接通過拖拽方式完成管線的維護；設(shè)備端口查詢，就是通過配線架和前后面板查詢端口占用情況；設(shè)備鏈路查詢，就是可以通過鏈路信息查詢基礎(chǔ)布線信息。

7.4容量可視化

容量可視化就是對機房內(nèi)機柜占用機房的空間，機柜內(nèi)剩余空間和機房內(nèi)承重情況進行量化和展現(xiàn)，包括機房空間容量統(tǒng)計、機柜空間容量顯示、運行功率實時可視化、承重可視化等。機房內(nèi)空間容量統(tǒng)計，主要統(tǒng)計機房空間內(nèi)各種機柜的存放位置及剩余空間；機柜空間容量顯示主要是對每個幾個的U位進行統(tǒng)計顯示，還剩余多少U位可用；運行功率實時可視化就是顯示機柜內(nèi)設(shè)備運行時功率消耗情況，對每臺設(shè)備設(shè)置閾值，超過閾值會報警顯示，提示運維人員檢查；承重可視化主要顯示當前各機柜及UPS電池組等承重是否符合建筑要求，如果增加是否會超標等。

7.5監(jiān)控可視化

監(jiān)控可視化就是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行情況可視化監(jiān)控、服務(wù)器和存儲等主機監(jiān)控可視化和日志監(jiān)控可視化，使其相互協(xié)同相互補充，形成一套完整的監(jiān)控可視化系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)可視化監(jiān)控就是將交換機、路由器、防火墻等按照級聯(lián)關(guān)系可視化顯示，不論網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、還是鏈路出現(xiàn)故障會立即在平臺突出顯示，并進行聲音報警，同時顯示具體設(shè)備和位置，界面還提出解決建議方案，同時向其他機房子節(jié)點發(fā)布處理信息及步驟；服務(wù)器和存儲等主機監(jiān)控可視化主要是將設(shè)備的CPU、內(nèi)存、存儲容量、溫度等信息圖形化監(jiān)控，根據(jù)配置信息對運行狀態(tài)進行判斷，超過閾值就會觸發(fā)報警，并突出顯示設(shè)備名稱及位置，同時給出解決方案；日志監(jiān)控可視化主要是對設(shè)備和線路的運行過程和維護過程進行記錄，以便出現(xiàn)問題可以進行復盤和提前預(yù)判。

7.6演示可視化

演示可視化就是可以展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房的系統(tǒng)邏輯關(guān)系、模擬設(shè)備和線路故障、實現(xiàn)自動巡檢、可以方便將3D效果與PPT進行整合形成演示文稿等。包括茲定于動畫、交互式演示匯報、可視化擴展功能等。自定義動畫就是可以自定義生成流暢生動的演示動畫，用于設(shè)備和線路巡檢、機房介紹和應(yīng)急預(yù)案展現(xiàn)等場景。交互式演示匯報主要是將生成流暢生動演示動畫融于PPT匯報稿中，達到匯報時雙向互動的匯報效果；可視化擴展功能就是在機房空間、機柜容量、設(shè)備增加等方面提供架構(gòu)升級擴充的接口，通過拖拽方式很方便進行三維擴展。

8 總結(jié)

通過可視化技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機房的環(huán)境可視化、資產(chǎn)可視化、配線可視化、容量可視化、監(jiān)控可視化、演示可視化等可視化運維功能，既可以讓設(shè)備高效運行，也可以讓設(shè)備穩(wěn)定運行，既可以對各種故障進行提前預(yù)判和排除，也可以實現(xiàn)機房資源合理調(diào)配，達到節(jié)能減排的目的，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機房面臨的問題，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心機房的安全可靠穩(wěn)定運行。

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[5] 張玄，黃蔚.3D機房運維可視化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2016，37（7）：89-93.

【通聯(lián)編輯：梁書】