數(shù)字孿生背景下的機房環(huán)境監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究

王強

中徽建技術(shù)有限公司 安徽 合肥 230088

引言

機房環(huán)境監(jiān)控管理是機房日常管理非常重要的工作之一，同時也是確保機房設(shè)備實現(xiàn)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。機房環(huán)境監(jiān)控是一種利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)等發(fā)展起來的計算機網(wǎng)絡(luò)，其借助現(xiàn)代化、智能化、自動化的技術(shù)手段，實現(xiàn)了對機房環(huán)境設(shè)備和動力設(shè)備的控制和監(jiān)管[1]。在機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)需求量較大的影響下，監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但如何基于監(jiān)控的基礎(chǔ)上實現(xiàn)預(yù)警成為了研究熱點[2]。本研究擬通過數(shù)字孿生技術(shù)，對接機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，打造全新的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，旨在更好地為機房管理提供服務(wù)。

1 數(shù)字孿生技術(shù)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)

基于數(shù)字孿生技術(shù)下的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)主要是配合客戶端/服務(wù)器（C/S）來實現(xiàn)架設(shè)，具體可以劃分為用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)存儲層。

用戶層主要呈現(xiàn)出可實時交互的虛擬場景界面，其能夠較好的展現(xiàn)出數(shù)據(jù)和模型成果，同時也能夠?qū)τ脩粼跇I(yè)務(wù)邏輯層以及操作層的相關(guān)信息做出及時有效的響應(yīng)[3]。

用戶數(shù)據(jù)主要通過登錄系統(tǒng)，環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)則能夠?qū)C房的整體環(huán)境情況做出實時監(jiān)測，報警預(yù)警數(shù)據(jù)則可以提供相應(yīng)的預(yù)警信息與告警提示，設(shè)備數(shù)據(jù)可及時對各組設(shè)備的模型定位情況和具體信息進行查看[4]。

業(yè)務(wù)邏輯層則主要體現(xiàn)為對系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及模型的處理，本層是上下兩層的連接層，具體包括各個功能模塊和服務(wù)器模塊，其最主要的功能是經(jīng)由數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)驅(qū)動三維模型的采集，同時可根據(jù)用戶層的操作請求及時對不同場景模型做出反饋[5]。

數(shù)據(jù)存儲層主要包括了設(shè)備管理信息、用戶信息、報警預(yù)警信息以及環(huán)境參數(shù)信息。本層主要搭配My SQL數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對存儲管理系統(tǒng)的構(gòu)建，這就能夠較好地實現(xiàn)對業(yè)務(wù)邏輯層業(yè)務(wù)請求參數(shù)數(shù)據(jù)的及時反饋。

2 機房環(huán)境信息預(yù)警算法

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下的特例，其主要分為輸入層、輸出層、隱藏層，從輸入層到隱藏層的空間變化屬于非線性關(guān)系，而從隱藏層到輸出層的空間變化則屬于線性關(guān)系，這使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅有著較快的學習速度，同時也有效實現(xiàn)了對局部極小現(xiàn)象的預(yù)防[6]。

徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的激活函數(shù)常用高斯核函數(shù)表示：

隱含層的結(jié)點數(shù)為h，輸出樣本數(shù)為n，徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為：

損失函數(shù)所采用的最小二乘的公式為：

根據(jù)本次研究實際情況，最終確定基于RBP下的RBFTIME信息預(yù)測模型。通過Fprophet、LSTM來實現(xiàn)對機房數(shù)據(jù)的建模處理，再配合RBP對兩個模型結(jié)果實施非線性組合，再基于最優(yōu)權(quán)重實現(xiàn)預(yù)測分析[7]。

3 孿生機房數(shù)據(jù)實時交互

本系統(tǒng)主要配合Web Socket協(xié)議雙向通信的特性來實現(xiàn)前后端之間數(shù)據(jù)的實時交互處理，Web Socket協(xié)議主要來實現(xiàn)對服務(wù)器、瀏覽器兩個端口數(shù)據(jù)的傳輸，服務(wù)器主要承擔起多個瀏覽器關(guān)系的中轉(zhuǎn)處理[8]。當瀏覽器在成功與服務(wù)器連接之后，經(jīng)由創(chuàng)建的高速通道即可實現(xiàn)對服務(wù)器信息的交互處理，服務(wù)器在接收到相關(guān)信息后，隨后傳輸?shù)綖g覽器。前端主要通過Java Script語言來實現(xiàn)連接處理，并通過air Condition.vue文件來完成創(chuàng)設(shè)處理，Web Socket對象創(chuàng)設(shè)，配合瀏覽器面向服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的傳輸處理。后端則主要通過Web Socket Query Server類、Web Socket Config類以及Controller 類等創(chuàng)設(shè)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與頁面的響應(yīng)。

前端在對后端數(shù)據(jù)接口的信息進行調(diào)取之后，后端即可及時調(diào)取接口給予前端服務(wù)，再基于請求內(nèi)容完成對Controller 類方法映射，通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的比對，可實時完成結(jié)果到頁面的反饋。若系統(tǒng)需要針對數(shù)據(jù)做出調(diào)整處理，后端還可通過更改方法完成對信息的存儲處理。當數(shù)據(jù)存儲完成操作之后，即可提供相對應(yīng)的數(shù)據(jù)接口更新處理，觸發(fā)Web Socket中的onmessage內(nèi)容，實時面向瀏覽器頁面來做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)更新處理。

結(jié)合本次所創(chuàng)設(shè)的孿生機房的監(jiān)控預(yù)警需求，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是通過機房設(shè)備來實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與運行處理，為此，在進行數(shù)據(jù)請求處理時，主要通過以下兩種方法來實現(xiàn)：

3.1 實時數(shù)據(jù)請求

主要經(jīng)由URL方式來完成對數(shù)據(jù)請求，例如：ws://ip Address:port/query?json&id={id}&device={device}，主要是通過ip Address來完成對服務(wù)器IP地址的請求，其中port主要是指服務(wù)器的端口號，device主要是指設(shè)備信息，id主要是指設(shè)備的id數(shù)據(jù)。

3.2 歷史數(shù)據(jù)請求

同樣通過U R L方式來完成對歷史數(shù)據(jù)的請求，但所請求的參數(shù)存在明顯差異，例如：ws://ip Address:port/history Query?json&start Time={start Time}&end Time={end Time}&id={id}&device={device}，主要是通過ip Address、port與實時請求相同，end Time與start Time則分別是指服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫查詢條件，其能夠從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)信息，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)镴SON格式來快速傳輸處理。

4 監(jiān)控預(yù)警模塊

4.1 監(jiān)控模塊

用戶在進入到了相應(yīng)的系統(tǒng)界面之后，即可對機房環(huán)境數(shù)據(jù)的實時情況進行了解，及時掌握是否存在異常警報信息。通過“漫游模式”即可進入到機房虛擬場景，配合鍵盤控制器即可實現(xiàn)對機房巡檢，在此過程中，可隨意確定相應(yīng)機柜設(shè)備，完成對設(shè)備編號、實時溫度、濕度、電位狀態(tài)的查看，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，還可選取“溫度、濕度數(shù)據(jù)信息”生成近1個小時內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)信息圖。在完成信息查看之后，可返回到上一個界面。監(jiān)控模塊需要對多個界面信息進行調(diào)取，這里的Unity3D中能夠?qū)崿F(xiàn)對各個不同場景功能的設(shè)計，并添加對應(yīng)的邏輯腳本，從而實現(xiàn)對界面的切換處理。

4.2 預(yù)警模塊

在本次監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)中，預(yù)警是非常重要的模塊，其主要分為預(yù)警、報警兩個部分。預(yù)警主要是通過對數(shù)據(jù)庫中的溫濕度信息進行調(diào)取后，在經(jīng)由分析后確定其與閾值之間的關(guān)系，若超出閾值范圍即表示觸發(fā)預(yù)警模塊。報警則主要是在數(shù)據(jù)庫日常實時監(jiān)控期間，一旦發(fā)現(xiàn)機柜電位、溫濕度、煙霧濃度等相關(guān)信息超出閾值標準，隨即進行事件報警，并通過場景定位數(shù)據(jù)異常設(shè)備，此時設(shè)備模型即可形成紅色閃亮狀態(tài)，界面也會給出具體的報警信息。具體的預(yù)警流程見圖1。

圖1 預(yù)警模塊運作流程

在預(yù)警模塊中，報警信息主要結(jié)合《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》GB50174-2017中相關(guān)參數(shù)信息來設(shè)置閾值標準，即機房的溫度在21-24℃之間，而預(yù)警范圍設(shè)定為21.5-23.5℃，報警范圍設(shè)定為24℃。

5 結(jié)束語

本研究結(jié)合機房環(huán)境監(jiān)控管理的需求，構(gòu)建了一條以預(yù)警系統(tǒng)為主的監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，得出以下幾點結(jié)論：①基于客戶端/服務(wù)器（C/S）完成對數(shù)字孿生技術(shù)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)，形成了三個主要架構(gòu)，即用戶層、業(yè)務(wù)邏輯層與數(shù)據(jù)存儲層。②采用3D Max建模軟件來進行模型構(gòu)建，并通過RBF-TIME信息預(yù)測模型來實現(xiàn)預(yù)警信息處理。③通過Web Socket協(xié)議雙向通信完成對孿生機房數(shù)據(jù)實時交互設(shè)計。④最后介紹了監(jiān)控和預(yù)警兩大模塊功能，明確了預(yù)警模塊的運作流程和呈現(xiàn)方式。