淺談數(shù)據(jù)中心機房動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)可視化設(shè)計與研究

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為了維護好數(shù)據(jù)中心機房動力環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)隱患和排除故障，降低管理成本控制能耗，提高運維效率，保障數(shù)據(jù)中心安全、高效、環(huán)保、穩(wěn)定的運行，針對目前機房管理的現(xiàn)狀，建設(shè)一套更加直觀高效可視化的機房自動化監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。文章基于綜合業(yè)務(wù)實時監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，設(shè)計統(tǒng)一監(jiān)控、集中管理的監(jiān)控平臺，將整個機房監(jiān)控及管理所需要的重要信息進行綜合處理，實現(xiàn)高度統(tǒng)一的界面展示、信息共享、相互協(xié)調(diào)和聯(lián)動功能，減少了管理人員的負擔(dān)，實現(xiàn)一體化“監(jiān)、管、控"。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)中心；機房；動環(huán)；監(jiān)控；可視化

0引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心機房里運行的天擎、天鏡、資源池、核心網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備，集約化精細化程度越來越高，氣象數(shù)據(jù)量飛速增加，計算機系統(tǒng)及通信設(shè)備數(shù)量與日俱增，規(guī)模越來越大，中心機房、計算機系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)已成為各大單位業(yè)務(wù)管理的核心部分。為保證其安全正常運行，與之配套的機房動力系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)要時時刻刻穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作。傳統(tǒng)的機房管理往往不能及時排除故障，對事故發(fā)生的時間及責(zé)任也無科學(xué)的管理；更缺乏對已發(fā)生的故障作全面的分析數(shù)據(jù)，使得問題不能得到完善的解決。

本文基于省級綜合業(yè)務(wù)實時監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，充分研究機房動力環(huán)境所亟需的綜合監(jiān)控需求，設(shè)計數(shù)據(jù)中心機房監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對機房多種設(shè)備實現(xiàn)了集中監(jiān)控，主要包括機房動力系統(tǒng)監(jiān)控、機房環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)控和視頻監(jiān)控，具有完善的監(jiān)測和控制功能。通過Web頁面展示，實時記錄各類事件，對故障事件提供及時的告警，有效提高了運維人員的管理效率，能夠快速高效的排除故障，并對已發(fā)生的故障做出全面的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了機房可靠的科學(xué)管理。

1功能設(shè)計

1.1 物理架構(gòu)

該系統(tǒng)由通信局（站）、區(qū)域監(jiān)控中心、監(jiān)控中心、用戶終端、上層管理平臺組成，層次分明、結(jié)構(gòu)簡單、邏輯清晰。采用分布式部署，在每一個數(shù)據(jù)中心分別部署一臺監(jiān)控主機，

作為該數(shù)據(jù)中心的前端數(shù)據(jù)采集器，記錄本地監(jiān)測數(shù)據(jù)、操作記錄、告警發(fā)送記錄等，并支持控制傳感器。該系統(tǒng)的物理 流程圖如圖1所示。

圖1 機房監(jiān)控物理結(jié)構(gòu)

1.1.1 通信局（站）：由環(huán)境監(jiān)控主機、傳感器、監(jiān)控模塊等組成，實現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境、動力設(shè)備、消防安防等數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場傳感器通過雙絞線接入到環(huán)境監(jiān)控主機接口上，各種

智能設(shè)備通過智能監(jiān)控模塊將采集到的數(shù)據(jù)直接接入環(huán)境監(jiān)控主機。

1.1.2 區(qū)域監(jiān)控中心：由區(qū)域監(jiān)控服務(wù)器組成（可由監(jiān)控中心服務(wù)器集成服務(wù)，分配訪問權(quán)限），監(jiān)管及運維區(qū)域內(nèi)通信局（站），存儲區(qū)域內(nèi)通信局（站）上傳的數(shù)據(jù)。同時向上級監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域內(nèi)各通信局（站）的數(shù)據(jù)。

1.1.3 監(jiān)控中心：由主監(jiān)控服務(wù)器、備監(jiān)控服務(wù)器、智云中心組成，存儲通信局（站）上傳的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，作為數(shù)據(jù)后臺可支持前端PC設(shè)備、客戶端App等多種方式訪問。同時提供接口，可向第三方傳輸數(shù)據(jù)，便于集成。

1.1.4 用戶終端：客戶端App、PC端瀏覽器等多種方式管理、查詢、控制、運維、信息推送等?？蓪崿F(xiàn)各種統(tǒng)計報表、數(shù)據(jù)分析挖掘、告警管理、運維管理、權(quán)限管理和系統(tǒng)配置管理等。

1.1.5 上層管理平臺：通過VPN、公網(wǎng)等方式將環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸至第三方兼監(jiān)管平臺，集中數(shù)據(jù)大屏展示。系統(tǒng)具有良好的擴容性，對于監(jiān)控對象的增減，機房增減，系統(tǒng)只需在原有設(shè)計的基礎(chǔ)之上增加相應(yīng)的傳感器和監(jiān)控模塊，而無須更改整個系統(tǒng)的原始設(shè)計，即可把新增的監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測對象整合到原有系統(tǒng)內(nèi)。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

服務(wù)器端擬采用Linux操作系統(tǒng)，客戶端擬采用WindowsXP/Windows7/Windows10等操作系統(tǒng)。

1.2.1 編程語言：擬采用Java、Python編程語言，前端運維門戶網(wǎng)站及管理界面采用J2EE技術(shù)架構(gòu)和Java編程語言進行系統(tǒng)開發(fā)，后端的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲管理等功能采用探針、Python腳本、爬蟲、Spring JPA等技術(shù)進行開發(fā)，以滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源多樣性要求。

1.2.2 數(shù)據(jù)存儲服務(wù)：數(shù)據(jù)存儲服務(wù)程序擬采用Java等編程語言進行開發(fā)，采集數(shù)據(jù)主要通過接口進行讀寫，配置信息擬復(fù)用天鏡系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)存儲平臺。

1.2.3 數(shù)據(jù)通信服務(wù)：擬采用Java等編程語言進行開發(fā)，數(shù)據(jù)通信服務(wù)程序提供FTP/HTTP/Socket等多種通信接口，以便和多個數(shù)據(jù)源進行數(shù)據(jù)交換。

1.2.4 用戶界面：擬采用AJAX+HTML+CSS3、React框架技術(shù)進行開發(fā)，豐富客戶端功能，支持IE9.0以上、Chrome2.x以上或其他主流瀏覽器。

選用主流工具和成熟的基礎(chǔ)軟件：開發(fā)平臺、智能報表工具、在線編輯器、WebGIS、數(shù)據(jù)庫等主要開發(fā)軟件和基礎(chǔ)軟件均選用穩(wěn)定高效的主流開發(fā)工具，如Eclipse 3.3.x、IDEA

2018、Jasper Report、iReport、FCKeditor、HXGIS、Mysql、Restful等。

統(tǒng)計分析程序調(diào)用接口采用WebService技術(shù)實現(xiàn)，通過應(yīng)用服務(wù)器的負載均衡策略，實現(xiàn)程序調(diào)用的高并發(fā)響應(yīng)。如圖2 所示。

圖2 機房監(jiān)控技術(shù)架構(gòu)

1.3 平臺架構(gòu)

系統(tǒng)基于全國統(tǒng)一的氣象綜合業(yè)務(wù)實時監(jiān)控系統(tǒng)（天鏡）數(shù)據(jù)庫，對接現(xiàn)有省局機房系統(tǒng)信息，按照天鏡數(shù)據(jù)庫入庫接口規(guī)范，將機房系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)資源錄入天鏡數(shù)據(jù)庫，然后通過數(shù)據(jù)獲取接口獲取已入庫的數(shù)據(jù)資源。機房動力環(huán)境監(jiān)控平臺架構(gòu)包括數(shù)據(jù)支撐層、數(shù)據(jù)存儲層、技術(shù)支撐層、應(yīng)用層和展示層5個部分，系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 機房監(jiān)控平臺架構(gòu)

數(shù)據(jù)支撐層實現(xiàn)平臺所需監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集和處理，包括服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等基礎(chǔ)軟硬件資源，對接核心業(yè)務(wù)平臺如狀態(tài)數(shù)據(jù)對接CTS、省級綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控數(shù)據(jù)源主要包括機房設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、機房溫濕度數(shù)據(jù)、UPS監(jiān)控數(shù)據(jù)、機房實時視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)告警數(shù)據(jù)、火情漏水監(jiān)控數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)存儲層通過省級綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)讀寫，數(shù)據(jù)存儲包括狀態(tài)數(shù)據(jù)（如精密空調(diào)運行狀態(tài)、配電開關(guān)運行狀態(tài)等）、數(shù)據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)（如溫濕度實時數(shù)據(jù)等）、采集任務(wù)配數(shù)據(jù)（如定時任務(wù)時間、頻次數(shù)據(jù)）等。技術(shù)支撐層包括數(shù)據(jù)采集（探針、爬蟲）、對接和web服務(wù)（Spring Boot等）、展示（Echarts、D3、React、Nginx、三維可視化組件）等方面所涉及的技術(shù)支撐。

應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集分析、機房設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、機房溫濕度實時監(jiān)控、配電開關(guān)監(jiān)控、監(jiān)控信息可視化展示、監(jiān)控告警等，通過API接口與現(xiàn)有省級綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)對接。

展示層主要包括監(jiān)控信息的可視化，實現(xiàn)各分系統(tǒng)監(jiān)控功能展示及可視化視圖展示，告警信息推送給各級業(yè)務(wù)保障和管理人員。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要包括動力監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測，系統(tǒng)日志，告警 管理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計，權(quán)限管理等模塊。系統(tǒng)首頁如下圖4所示。

圖4 系統(tǒng)首頁展示

2.1 機房動力監(jiān)測

包括市電監(jiān)測、配電開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、UPS監(jiān)測。市電監(jiān)測實現(xiàn)是通過在配電柜中安裝一個電量儀，電量儀連接市電的進線和電流互感器的連接線，然后將電量儀用雙絞線與環(huán)境監(jiān)控主機傳感器接口相連。從而達到監(jiān)測電壓U、電流I、頻率、功率因素、有功功率、無功功率等參數(shù)。配電開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)是通過在配電柜中安裝一個配電開關(guān)模塊，配單開關(guān)模塊并接

空氣開關(guān)的出線和連接電源防雷器輸出的信號，然后將配電開關(guān)用雙絞線與環(huán)境監(jiān)控主機傳感器接口相連。從而達到監(jiān)測市電配電主要空氣開關(guān)斷開或閉和狀態(tài)，電源防雷器（帶開關(guān)量輸出）的狀態(tài)。UPS監(jiān)測實現(xiàn)是通過用數(shù)據(jù)線或網(wǎng)絡(luò)線將UPS直接連接到智能監(jiān)控模塊上，由智能監(jiān)控模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)境監(jiān)控主機上，這樣監(jiān)控主機就可以直接獲取到UPS的各項運行參數(shù)、工作狀態(tài)、報警信息。從而達到監(jiān)測UPS整流器、逆變器、電池（電池健康，含電壓電流等數(shù)值）、旁路、負載等各部分的運行狀態(tài)與參數(shù)。

2.2 機房環(huán)境監(jiān)測

包括溫濕度監(jiān)測、漏水檢測、視頻監(jiān)測。溫濕度監(jiān)測實現(xiàn)是通過將溫濕度傳感器布置在需要監(jiān)測的區(qū)域，將采集到的信號傳送到環(huán)境監(jiān)控主機上，在Web頁面上以動態(tài)的電子地圖，實時監(jiān)測處于不同空間位置的溫濕度的真實值。漏水檢測實現(xiàn)是通過在易產(chǎn)生漏水的區(qū)域鋪設(shè)漏水感應(yīng)線，將感應(yīng)線接到漏水控制器上，再將控制器的輸出信號接到環(huán)境監(jiān)控主機。當(dāng)漏水感應(yīng)線檢測到有漏水發(fā)生時，系統(tǒng)會立即報警。視頻監(jiān)測能對機房進行實時監(jiān)視并在Web頁面查看，系統(tǒng)支持視頻多畫面瀏覽、錄像回放、視頻控制管理。

2.3 系統(tǒng)日志

系統(tǒng)日志對自身及主機的操作、運行、訪問、告警均有日志記錄以便追溯問題。自身系統(tǒng)日志記錄包含：操作日志、訪問日志、告警發(fā)送日志。主機日志記錄包含：訪問日志、操作日志、事件日志。

2.4 告警管理

當(dāng)監(jiān)測項超過設(shè)定的上下限值，判定為告警事件，為避免環(huán)境監(jiān)測量處在設(shè)定的上下限閾值波動時，系統(tǒng)不斷地重復(fù)判斷為報警事件，重復(fù)發(fā)送報警信息，增加預(yù)警狀態(tài)，僅當(dāng)監(jiān)測量越過上下限值一定的時間才判斷為報警事件，預(yù)警時間可設(shè)置。告警展示通知告警信息及告警反饋信息流水式展示，在告警臺主頁面實現(xiàn)對嚴重告警信息及反饋信息流水式查看，以時間規(guī)律查看嚴重告警生成情況，并通過查看某個時間的告警事件，告警信息能夠自動關(guān)聯(lián)故障源的配置信息，掌握故障資源的相關(guān)管理信息，提升故障處理效率。

2.5 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)統(tǒng)計可選擇查詢的起止時間和查詢的傳感器來查詢該監(jiān)測點在這段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)。查詢的內(nèi)容含有數(shù)據(jù)采集時間、描述、類型和數(shù)據(jù)?？蓪v史數(shù)據(jù)做趨勢分析、對比分析，告警數(shù)據(jù)做告警次數(shù)統(tǒng)計、離線次數(shù)統(tǒng)計，并可查看更多數(shù)據(jù)。可選擇起止時間、選擇具體某一個監(jiān)測對象來進行小時、日、月統(tǒng)計。

3安科瑞動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)介紹設(shè)備選型

3.1軟件介紹

通過數(shù)據(jù)中心動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)中心的門禁狀態(tài)、水浸狀態(tài)，煙霧狀態(tài)，視頻狀態(tài)，環(huán)境狀態(tài)，高低壓配電狀態(tài)，設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并進行實時報警，保障數(shù)據(jù)中心正常運行，避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障，保證維護人員安全，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高。同時實現(xiàn)動環(huán)監(jiān)控并對各用能耗能進行能效分析，幫助用戶實現(xiàn)用能效率的優(yōu)化。

系統(tǒng)功能

（1）展示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心總能耗，IT能耗，空調(diào)能耗，及其他能耗并且計算出當(dāng)前數(shù)據(jù)中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。

（2）選擇查看數(shù)據(jù)中心的中低壓配電系統(tǒng)主接線圖，并在一次圖顯示配電系統(tǒng)當(dāng)前遙測、遙信數(shù)據(jù)和狀態(tài)。實時監(jiān)測各配電柜的電壓、電流等電力參數(shù)，變電站的溫濕度、煙感、水浸、門禁等環(huán)境情況。

（3）電氣接點溫度實時監(jiān)測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點溫度，便于提前發(fā)現(xiàn)溫度異常導(dǎo)致的事故。

（4）監(jiān)測各變壓器各項參數(shù)，包括負載率、頻率、功率因數(shù)、三相不平衡度等，并且顯示歷時曲線圖，數(shù)據(jù)實時變化。

（5）電能質(zhì)量在線監(jiān)測，可以監(jiān)測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄、ITIC容忍曲線等。

（6）系統(tǒng)采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)頻率，同時監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當(dāng)前負載下的剩余時間等數(shù)據(jù)。

（7）展示單體電池電壓、內(nèi)阻和溫度，預(yù)測電池帶載時剩余時間，每節(jié)電池數(shù)據(jù)均可以設(shè)置異常報警，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池異常。

（8）展示精密配電柜內(nèi)進線和饋線回路電氣參數(shù)，包括電流電壓功率電能以及開關(guān)狀態(tài)，并可以對數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置和分級，數(shù)據(jù)取自精密配電柜測量模塊。

（9）展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數(shù)，包括電流電壓、開關(guān)狀態(tài)、插接點溫度，并對數(shù)據(jù)進行報警設(shè)置和分級。

（10）通過平面圖顯示數(shù)據(jù)中心能源分布，設(shè)備分布情況，并顯示設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，點擊平面圖上設(shè)備可以進入具體設(shè)備監(jiān)控界面。

（11）實時顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)中心PUE值以及歷史PUE曲線。并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監(jiān)測各變壓器運行及負載情況，給出本月變壓器輸出電能排行。

（12）顯示電能消耗日/月/年報表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進行展示。對數(shù)據(jù)中心用電數(shù)據(jù)進行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢。

（13）監(jiān)測精密空調(diào)的回風(fēng)溫濕度，出回水溫度，并可以設(shè)定精密空調(diào)的溫濕度，達到更好的控制效果。

（14）監(jiān)測數(shù)據(jù)中心溫濕度、開關(guān)門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數(shù)。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數(shù)據(jù)查詢

（15）通過列表顯示各類報警事件數(shù)量，通過柱狀圖顯示逐日報警數(shù)量，提供報警總數(shù)以及增長趨勢。

（16）維管理功能，可針對數(shù)據(jù)中心各主要設(shè)備進行巡檢派工，消缺，搶修等維護工作。

3.2動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備選型

4結(jié)束語

該研究從頂層設(shè)計出發(fā)，建立數(shù)據(jù)中心綜合監(jiān)控管理平臺，實現(xiàn)機房基礎(chǔ)設(shè)施的一體化監(jiān)控、管理。該系統(tǒng)具備全面的監(jiān)控管理功能、系統(tǒng)兼容能力、系統(tǒng)擴展能力。設(shè)計建設(shè)流程化、信息化、自動化、智能化、可視化的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控管理系統(tǒng)。

可以實現(xiàn)機房基礎(chǔ)設(shè)施精細化管理，保障機房可用性；實現(xiàn)高度統(tǒng)一的信息共享、相互協(xié)調(diào)和聯(lián)動功能，機房整體監(jiān)控及管理所需要的重要信息進行綜合處理、集中管理；實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息共享和集中的設(shè)備監(jiān)控、報警管理等功能，并通過信息發(fā)布系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵信息的展示與交互操作。

為機房內(nèi)各系統(tǒng)及設(shè)備運行提供高度穩(wěn)定可靠的監(jiān)控信息資源，減少了管理人員的負擔(dān)，能夠快速高效的排除故障，并對已發(fā)生的故障做出全面的數(shù)據(jù)分析。

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作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心的設(shè)計與應(yīng)用。