數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及運(yùn)維作用

孫紅花

（銀清科技有限公司上海分公司，上海 201210）

0 引 言

傳統(tǒng)運(yùn)維管理方式下，各站點(diǎn)需要留人值守，但難于實(shí)時(shí)掌握數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)房環(huán)境狀況，對(duì)管理資產(chǎn)、容量資源的統(tǒng)計(jì)，耗時(shí)、易出錯(cuò)、造成浪費(fèi)嚴(yán)重現(xiàn)象，機(jī)柜空間碎片化、制冷功能是否足夠、PDU過(guò)載等煩惱也已無(wú)法匹配大型數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化管理的需要，給運(yùn)維人員增加很大難度，所以數(shù)據(jù)中心對(duì)智能監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求就顯得尤為迫切。

隨著云時(shí)代技術(shù)不斷進(jìn)步，隨之產(chǎn)生的集中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房系統(tǒng)及機(jī)房輔助系統(tǒng)（UPS蓄電池、高壓配電、精密空調(diào)等）的動(dòng)環(huán)監(jiān)控平臺(tái)成為了運(yùn)維管理的核心內(nèi)容，它能實(shí)時(shí)檢查動(dòng)力參數(shù)和環(huán)境狀況，故障報(bào)警、事件記錄，對(duì)碎片化機(jī)柜空間進(jìn)行集中管理，還能預(yù)測(cè)各機(jī)房環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為運(yùn)維管理提供了一種高可靠性、安全性的技術(shù)支持。

1 動(dòng)環(huán)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

常規(guī)建設(shè)中，針對(duì)規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)一般部署三級(jí)監(jiān)控。

1.1 系統(tǒng)基本構(gòu)成

根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，如圖1所示，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)主要由三部分的基本結(jié)構(gòu)組成：現(xiàn)場(chǎng)采集層、集中監(jiān)控層、遠(yuǎn)程瀏覽層。傳統(tǒng)的動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，雙機(jī)處于冷備狀態(tài)，若主機(jī)出現(xiàn)宕機(jī)，可啟用備機(jī)開(kāi)機(jī)，如圖一左邊部分。

圖1 動(dòng)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）現(xiàn)場(chǎng)采集層：采用串口服務(wù)器+集成服務(wù)器架構(gòu)，被監(jiān)控設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)中心專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的形式接入串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換為SNMP轉(zhuǎn)發(fā)至集成服務(wù)器。

（2）集中監(jiān)控層：一主一備服務(wù)器為雙機(jī)冷備狀態(tài)，通過(guò)三臺(tái)（電力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、機(jī)房監(jiān)控）服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)采集層集成服務(wù)器傳來(lái)的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、分析和展示。

（3）遠(yuǎn)程瀏覽層：通過(guò)電視大屏展示給運(yùn)維值守人員，系統(tǒng)支持多種告警通知方式，在告警產(chǎn)生時(shí)，可及時(shí)有效的通知運(yùn)維人員。同時(shí)，匹配相應(yīng)的權(quán)限可以進(jìn)行系統(tǒng)配置修改等操作。

1.2 動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著智能化設(shè)備不斷的改進(jìn)，為保障整個(gè)系統(tǒng)容災(zāi)性能，在不影響設(shè)備斷電的情況下自動(dòng)啟用備機(jī)，且數(shù)據(jù)中心設(shè)備的不斷擴(kuò)容，勢(shì)必會(huì)增加動(dòng)環(huán)系統(tǒng)負(fù)重，就升級(jí)了現(xiàn)有的雙機(jī)熱備功能的服務(wù)器，當(dāng)主機(jī)宕機(jī)故障時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到信號(hào)中斷將自動(dòng)啟用備機(jī)，如圖一右邊部分，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房總管的全量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。

（1）現(xiàn)場(chǎng)采集層：采用基于Linux的IP型一體化嵌入式服務(wù)器。服務(wù)器本身具備串口服務(wù)器功能，具備多種物理接口（包括但不限于RS232、RS485、DI、DO、AI等），無(wú)需串口服務(wù)器即實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)的采集，且具備數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)過(guò)濾及數(shù)據(jù)緩存，斷點(diǎn)續(xù)傳等功能。

（2）監(jiān)控處理層：監(jiān)控平臺(tái)為兩臺(tái)硬件服務(wù)器，雙機(jī)熱備，通過(guò)N臺(tái)嵌入式采集服務(wù)器采集監(jiān)控每棟?rùn)C(jī)房及相關(guān)聯(lián)設(shè)備的數(shù)據(jù)，是機(jī)房衛(wèi)士服務(wù)器的升級(jí)版，可實(shí)現(xiàn)全量數(shù)據(jù)監(jiān)控，3D視圖的展示效果，在界面美觀(guān)性、軟件易用性及系統(tǒng)可監(jiān)控容量方面均有所提高。

（3）遠(yuǎn)程瀏覽層：系統(tǒng)支持多媒體語(yǔ)音、本地聲光等多種告警通知方式，在告警產(chǎn)生時(shí)，可及時(shí)有效地遠(yuǎn)程通知機(jī)房運(yùn)維人員，及時(shí)采取相應(yīng)措施確保各機(jī)房及相關(guān)聯(lián)設(shè)備的可靠運(yùn)行。同時(shí)，匹配相應(yīng)的權(quán)限可以進(jìn)行設(shè)備控制及系統(tǒng)配置修改、畫(huà)面修改等操作。

2 動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT負(fù)載監(jiān)測(cè)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT負(fù)載運(yùn)行較為復(fù)雜，設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中消耗大量電力能源，電力資源耗用過(guò)多就會(huì)產(chǎn)生熱能，使機(jī)房環(huán)境溫度升高，然后耗費(fèi)很多電力的冷卻系統(tǒng)能源進(jìn)行環(huán)境降溫。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，運(yùn)維人員對(duì)繁雜的能耗資源統(tǒng)計(jì)，耗時(shí)、易出錯(cuò)、不及時(shí)等現(xiàn)象，所以機(jī)房的電力和散熱情況就需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并反饋真實(shí)數(shù)據(jù)。動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)就能很好的應(yīng)用于IT負(fù)載設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房應(yīng)用圖

（1）智能監(jiān)控可視化：資源3D可視化，能快速定位可用資源、能耗管理、容量管理、溫度云圖。

（2）封閉通道：電動(dòng)平移門(mén)，人臉識(shí)別，根據(jù)設(shè)置權(quán)限識(shí)別運(yùn)維人員進(jìn)出機(jī)房信息，改善機(jī)房進(jìn)出管理規(guī)范。

（3）一體化UPS/精密配電柜/智能小母線(xiàn)：UPS智能錄波、支路監(jiān)測(cè)、溫度檢測(cè)。

（4）U位管理：通過(guò)U位標(biāo)簽與設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行綁定，全程跟蹤設(shè)備資產(chǎn)的生命周期狀態(tài)；自動(dòng)識(shí)別機(jī)柜對(duì)應(yīng)U位的IT設(shè)備，系統(tǒng)對(duì)機(jī)柜每1U的U位進(jìn)行自動(dòng)的精細(xì)化管理，當(dāng)設(shè)備資產(chǎn)位置或狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別更新資產(chǎn)設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)，同時(shí)避免事后維護(hù)登記，降低運(yùn)維成本減少遺漏幾率。

2.2 數(shù)據(jù)中心AI節(jié)能

為落實(shí)節(jié)能減排政策要求，智能動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控的平滑能耗曲線(xiàn)效果，如圖3所示，去除了人為操作頻率低下所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)鋸齒，提高對(duì)負(fù)載率上架率等變更的相應(yīng)操作率，持續(xù)優(yōu)化場(chǎng)景化SCP標(biāo)準(zhǔn)步驟，通過(guò)優(yōu)化動(dòng)環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

圖3 輸出曲線(xiàn)圖

（1）多通道采集：支持多個(gè)進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，相當(dāng)于在系統(tǒng)與采集端口間修建了多條高速公路，減少了“塞車(chē)”的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)多線(xiàn)程機(jī)制可讓數(shù)據(jù)采集獲得更大的內(nèi)存空間，發(fā)揮系統(tǒng)的快速運(yùn)轉(zhuǎn)性能，提高數(shù)據(jù)采集效率。

（2）信號(hào)狀態(tài)關(guān)聯(lián)：設(shè)備自身主要信號(hào)狀態(tài)與次級(jí)信號(hào)狀態(tài)關(guān)聯(lián)，避免了主信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，大量的支路信號(hào)告警信息掩蓋主要告警。

（3）數(shù)據(jù)信號(hào)規(guī)整：不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)、不同協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行信號(hào)規(guī)整，并按照用戶(hù)提供的字典表或協(xié)議規(guī)約要求進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)多個(gè)子系統(tǒng)的統(tǒng)一整合，快速的實(shí)現(xiàn)與上層平臺(tái)對(duì)接，使同類(lèi)型設(shè)備的數(shù)據(jù)易于對(duì)比分析。

（4）告警信息標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)規(guī)則引擎將功能與規(guī)則分離，采用配置加載的機(jī)制將解析后的告警信息轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的、滿(mǎn)足一定格式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

（5）AI節(jié)能：前饋控制加溫度自適用技術(shù)，優(yōu)化能源使用效率，從而達(dá)到節(jié)能降耗，如圖4 所示（PUE ＜ 2）。

圖4 對(duì)應(yīng)的各樓層位置展示圖

2.3 供配電和制冷系統(tǒng)監(jiān)控

供配電與制冷系統(tǒng)采用了采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)電量?jī)x、空調(diào)通訊主板及傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)采集電流、電壓、通斷情況以及溫濕度等動(dòng)力指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)信息，這些數(shù)據(jù)大多以秒級(jí)時(shí)間間隔來(lái)采集，數(shù)據(jù)量很大，系統(tǒng)將采集到的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，可減輕程序運(yùn)行的壓力，所以結(jié)構(gòu)化、格式化程度較高，基于遠(yuǎn)程應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，使用多層次界面展示各個(gè)子模塊系統(tǒng)的運(yùn)行情況，用戶(hù)通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)查詢(xún)各個(gè)供配電、制冷等設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。

通過(guò)動(dòng)環(huán)系統(tǒng)在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的采集與分析得知，全球數(shù)據(jù)中心每年電力消耗200太瓦時(shí)，占總用電量的7%，是200個(gè)三峽大壩的發(fā)電量才能滿(mǎn)足。在基礎(chǔ)設(shè)施能耗中，制冷系統(tǒng)占比26%，相當(dāng)于供配電系統(tǒng)的3倍以上，IT負(fù)載占比最高，達(dá)63%，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)占比圖

3 動(dòng)環(huán)系統(tǒng)在運(yùn)維中的作用

數(shù)據(jù)中心實(shí)行7×24 h巡檢運(yùn)維，人員輪班制，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)投入使用后克服人工疲勞、枯燥情緒困擾，可解決人力資源有限的問(wèn)題；數(shù)據(jù)100%真實(shí)還原，無(wú)人為因素干擾，增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心監(jiān)測(cè)質(zhì)量，工作延續(xù)性強(qiáng)；還能解決運(yùn)維人員無(wú)法出入危險(xiǎn)區(qū)域（高壓觸電、有害氣體、疫情場(chǎng)景等）條件下第一視角監(jiān)管現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的難點(diǎn)。

3.1 在電源維護(hù)中的作用

傳統(tǒng)的UPS蓄電池放電試驗(yàn)需要多名運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)值守，每隔一段時(shí)間記錄一次電池放電狀態(tài)、電池內(nèi)阻及電壓的變化情況。一個(gè)電池機(jī)房一般有幾千節(jié)電池，這無(wú)疑給運(yùn)維人員增加很大的工作量；UPS蓄電池基本是鉛酸電池，如果有電池漏液，很容易引起爆炸和火災(zāi)，給運(yùn)維人員的生命安全構(gòu)成較大威脅。而動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)可以在值班室，遠(yuǎn)程觀(guān)察UPS蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變化情況，有效減輕了運(yùn)維人員的工作量，也降低了運(yùn)維人員的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 VR智能眼鏡與動(dòng)環(huán)系統(tǒng)為運(yùn)維巡檢人員提供幫助

（1）過(guò)程記錄，第一視角本地記錄日常巡檢全流程；（2）遠(yuǎn)程富媒體交互，通過(guò)第一視角的智能眼鏡，遠(yuǎn)端可以遠(yuǎn)程連接應(yīng)急或設(shè)備維修現(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)前方工作人員解決問(wèn)題，通過(guò)實(shí)時(shí)視頻、文字、圖片、AR標(biāo)記等多種方式，提升溝通效率；（3）智能識(shí)別，通過(guò)智能眼鏡融合圖像識(shí)別、人臉識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別、二維碼/條碼識(shí)別技術(shù)，運(yùn)用基于深度學(xué)習(xí)的算法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能化識(shí)別與分析，幫助運(yùn)維人員提升工作能力。從而進(jìn)一步提高能效統(tǒng)計(jì)管理效率，節(jié)省時(shí)間及人力成本，通過(guò)便捷的人機(jī)交互功能，為數(shù)據(jù)分析與挖掘奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

科技時(shí)代迅速發(fā)展的今天，5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代也已到來(lái)，相較于5G網(wǎng)絡(luò)其他領(lǐng)域的應(yīng)用，智能手機(jī)已經(jīng)成為生活中不可或缺的一部分，是使用最為廣泛的基本工具。在未來(lái)，5G技術(shù)的普及，動(dòng)環(huán)系統(tǒng)將智能手機(jī)作為常用巡檢工具，最大可能的發(fā)揮智能手機(jī)在動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以接收系統(tǒng)發(fā)送的短信及故障報(bào)警提示，還能語(yǔ)音、視頻及其他功能的操作，從而實(shí)現(xiàn)兩種功能之間的雙向傳遞，快速做出更好的操作決定，為用戶(hù)帶來(lái)更便捷的使用體驗(yàn)。最后，在智能工作解決的同時(shí)，還需考慮網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，數(shù)據(jù)中心健康檢測(cè)，防止網(wǎng)絡(luò)信息外露等，數(shù)據(jù)安全就是數(shù)據(jù)中心的安全。