淺談數據中心機房動(dòng)環(huán)監控系統可視化設計與研究

摘要：為了維護好數據中心機房動(dòng)力環(huán)境，及時(shí)發(fā)現隱患和排除故障，降低管理成本控制能耗，提高運維效率，保障數據中心安全、高效、環(huán)保、穩定的運行，針對目前機房管理的現狀，建設一套更加直觀(guān)高效可視化的機房自動(dòng)化監控系統是十分必要的。文章基于綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監控系統技術(shù)架構，設計統一監控、集中管理的監控平臺，將整個(gè)機房監控及管理所需要的重要信息進(jìn)行綜合處理，實(shí)現高度統一的界面展示、信息共享、相互協(xié)調和聯(lián)動(dòng)功能，減少了管理人員的負擔，實(shí)現一體化“監、管、控"。

關(guān)鍵詞： 數據中心；機房；動(dòng)環(huán)；監控；可視化

0引言

隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展和普及，四川省氣象探測數據中心機房里運行的天擎、天鏡、資源池、核心網(wǎng)絡(luò )和安全設備，集約化精細化程度越來(lái)越高，氣象數據量飛速增加，計算機系統及通信設備數量與日俱增，規模越來(lái)越大，中心機房、計算機系統和通信網(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(dòng)力系統、環(huán)境系統、消防系統、保安系統要時(shí)時(shí)刻刻穩定協(xié)調工作。傳統的機房管理往往不能及時(shí)排除故障，對事故發(fā)生的時(shí)間及責任也無(wú)科學(xué)的管理；更缺乏對已發(fā)生的故障作全面的分析數據，使得問(wèn)題不能得到完善的解決。

本文基于省級綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監控系統技術(shù)架構，充分研究機房動(dòng)力環(huán)境所亟需的綜合監控需求，設計數據中心機房監控系統。該系統對機房多種設備實(shí)現了集中監控，主要包括機房動(dòng)力系統監控、機房環(huán)境系統監控和視頻監控，具有完善的監測和控制功能。通過(guò)Web頁(yè)面展示，實(shí)時(shí)記錄各類(lèi)事件，對故障事件提供及時(shí)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據分析，實(shí)現了機房可靠的科學(xué)管理。

1功能設計

1.1 物理架構

該系統由通信局（站）、區域監控中心、監控中心、用戶(hù)終端、上層管理平臺組成，層次分明、結構簡(jiǎn)單、邏輯清晰。采用分布式部署，在每一個(gè)數據中心分別部署一臺監控主機，

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

圖1 機房監控物理結構

1.1.1 通信局（站）：由環(huán)境監控主機、傳感器、監控模塊等組成，實(shí)現對現場(chǎng)環(huán)境、動(dòng)力設備、消防安防等數據采集?，F場(chǎng)傳感器通過(guò)雙絞線(xiàn)接入到環(huán)境監控主機接口上，各種

智能設備通過(guò)智能監控模塊將采集到的數據直接接入環(huán)境監控主機。

1.1.2 區域監控中心：由區域監控服務(wù)器組成（可由監控中心服務(wù)器集成服務(wù)，分配訪(fǎng)問(wèn)權限），監管及運維區域內通信局（站），存儲區域內通信局（站）上傳的數據。同時(shí)向上級監控中心轉發(fā)區域內各通信局（站）的數據。

1.1.3 監控中心：由主監控服務(wù)器、備監控服務(wù)器、智云中心組成，存儲通信局（站）上傳的數據，系統采用B/S架構，作為數據后臺可支持前端PC設備、客戶(hù)端App等多種方式訪(fǎng)問(wèn)。同時(shí)提供接口，可向第三方傳輸數據，便于集成。

1.1.4 用戶(hù)終端：客戶(hù)端App、PC端瀏覽器等多種方式管理、查詢(xún)、控制、運維、信息推送等?？蓪?shí)現各種統計報表、數據分析挖掘、告警管理、運維管理、權限管理和系統配置管理等。

1.1.5 上層管理平臺：通過(guò)VPN、公網(wǎng)等方式將環(huán)境監測的數據傳輸至第三方兼監管平臺，集中數據大屏展示。系統具有良好的擴容性，對于監控對象的增減，機房增減，系統只需在原有設計的基礎之上增加相應的傳感器和監控模塊，而無(wú)須更改整個(gè)系統的原始設計，即可把新增的監測內容和監測對象整合到原有系統內。

1.2 技術(shù)架構

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

1.2.1 編程語(yǔ)言：擬采用Java、Python編程語(yǔ)言，前端運維門(mén)戶(hù)網(wǎng)站及管理界面采用J2EE技術(shù)架構和Java編程語(yǔ)言進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)，后端的數據采集、數據存儲管理等功能采用探針、Python腳本、爬蟲(chóng)、Spring JPA等技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足系統的數據來(lái)源多樣性要求。

1.2.2 數據存儲服務(wù)：數據存儲服務(wù)程序擬采用Java等編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采集數據主要通過(guò)接口進(jìn)行讀寫(xiě)，配置信息擬復用天鏡系統作為數據存儲平臺。

1.2.3 數據通信服務(wù)：擬采用Java等編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，數據通信服務(wù)程序提供FTP/HTTP/Socket等多種通信接口，以便和多個(gè)數據源進(jìn)行數據交換。

1.2.4 用戶(hù)界面：擬采用AJAX+HTML+CSS3、React框架技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，豐富客戶(hù)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軟件：開(kāi)發(fā)平臺、智能報表工具、在線(xiàn)編輯器、WebGIS、數據庫等主要開(kāi)發(fā)軟件和基礎軟件均選用穩定高效的主流開(kāi)發(fā)工具，如Eclipse 3.3.x、IDEA

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

統計分析程序調用接口采用WebService技術(shù)實(shí)現，通過(guò)應用服務(wù)器的負載均衡策略，實(shí)現程序調用的高并發(fā)響應。如圖2 所示。

圖2 機房監控技術(shù)架構

1.3 平臺架構

系統基于全國統一的氣象綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監控系統（天鏡）數據庫，對接現有省局機房系統信息，按照天鏡數據庫入庫接口規范，將機房系統的監控數據資源錄入天鏡數據庫，然后通過(guò)數據獲取接口獲取已入庫的數據資源。機房動(dòng)力環(huán)境監控平臺架構包括數據支撐層、數據存儲層、技術(shù)支撐層、應用層和展示層5個(gè)部分，系統組成如圖3所示。

圖3 機房監控平臺架構

數據支撐層實(shí)現平臺所需監控數據的采集和處理，包括服務(wù)器，數據庫、網(wǎng)絡(luò )設備等基礎軟硬件資源，對接核心業(yè)務(wù)平臺如狀態(tài)數據對接CTS、省級綜合業(yè)務(wù)監控系統。監控數據源主要包括機房設備狀態(tài)數據、機房溫濕度數據、UPS監控數據、機房實(shí)時(shí)視頻監控數據、業(yè)務(wù)告警數據、火情漏水監控數據等。

數據存儲層通過(guò)省級綜合業(yè)務(wù)監控系統數據接口進(jìn)行數據讀寫(xiě)，數據存儲包括狀態(tài)數據（如精密空調運行狀態(tài)、配電開(kāi)關(guān)運行狀態(tài)等）、數據指標數據（如溫濕度實(shí)時(shí)數據等）、采集任務(wù)配數據（如定時(shí)任務(wù)時(shí)間、頻次數據）等。技術(shù)支撐層包括數據采集（探針、爬蟲(chóng)）、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。

應用層包括數據采集分析、機房設備運行狀態(tài)監控、機房溫濕度實(shí)時(shí)監控、配電開(kāi)關(guān)監控、監控信息可視化展示、監控告警等，通過(guò)API接口與現有省級綜合業(yè)務(wù)監控系統對接。

展示層主要包括監控信息的可視化，實(shí)現各分系統監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 系統功能

系統功能主要包括動(dòng)力監測，環(huán)境監測，系統日志，告警 管理，數據統計，權限管理等模塊。系統首頁(yè)如下圖4所示。

圖4 系統首頁(yè)展示

2.1 機房動(dòng)力監測

包括市電監測、配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)監測、UPS監測。市電監測實(shí)現是通過(guò)在配電柜中安裝一個(gè)電量?jì)x，電量?jì)x連接市電的進(jìn)線(xiàn)和電流互感器的連接線(xiàn)，然后將電量?jì)x用雙絞線(xiàn)與環(huán)境監控主機傳感器接口相連。從而達到監測電壓U、電流I、頻率、功率因素、有功功率、無(wú)功功率等參數。配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)監測實(shí)現是通過(guò)在配電柜中安裝一個(gè)配電開(kāi)關(guān)模塊，配單開(kāi)關(guān)模塊并接

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

2.2 機房環(huán)境監測

包括溫濕度監測、漏水檢測、視頻監測。溫濕度監測實(shí)現是通過(guò)將溫濕度傳感器布置在需要監測的區域，將采集到的信號傳送到環(huán)境監控主機上，在Web頁(yè)面上以動(dòng)態(tài)的電子地圖，實(shí)時(shí)監測處于不同空間位置的溫濕度的真實(shí)值。漏水檢測實(shí)現是通過(guò)在易產(chǎn)生漏水的區域鋪設漏水感應線(xiàn)，將感應線(xiàn)接到漏水控制器上，再將控制器的輸出信號接到環(huán)境監控主機。當漏水感應線(xiàn)檢測到有漏水發(fā)生時(shí)，系統會(huì )立即報警。視頻監測能對機房進(jìn)行實(shí)時(shí)監視并在Web頁(yè)面查看，系統支持視頻多畫(huà)面瀏覽、錄像回放、視頻控制管理。

2.3 系統日志

系統日志對自身及主機的操作、運行、訪(fǎng)問(wèn)、告警均有日志記錄以便追溯問(wèn)題。自身系統日志記錄包含：操作日志、訪(fǎng)問(wèn)日志、告警發(fā)送日志。主機日志記錄包含：訪(fǎng)問(wèn)日志、操作日志、事件日志。

2.4 告警管理

當監測項超過(guò)設定的上下限值，判定為告警事件，為避免環(huán)境監測量處在設定的上下限閾值波動(dòng)時(shí)，系統不斷地重復判斷為報警事件，重復發(fā)送報警信息，增加預警狀態(tài)，僅當監測量越過(guò)上下限值一定的時(shí)間才判斷為報警事件，預警時(shí)間可設置。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(yè)面實(shí)現對嚴重告警信息及反饋信息流水式查看，以時(shí)間規律查看嚴重告警生成情況，并通過(guò)查看某個(gè)時(shí)間的告警事件，告警信息能夠自動(dòng)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 數據查詢(xún)

數據統計可選擇查詢(xún)的起止時(shí)間和查詢(xún)的傳感器來(lái)查詢(xún)該監測點(diǎn)在這段時(shí)間內的數據。查詢(xún)的內容含有數據采集時(shí)間、描述、類(lèi)型和數據?？蓪v史數據做趨勢分析、對比分析，告警數據做告警次數統計、離線(xiàn)次數統計，并可查看更多數據?？蛇x擇起止時(shí)間、選擇具體某一個(gè)監測對象來(lái)進(jìn)行小時(shí)、日、月統計。

3安科瑞動(dòng)環(huán)監控系統介紹設備選型

3.1軟件介紹

通過(guò)數據中心動(dòng)環(huán)監控系統，實(shí)現了對數據中心的門(mén)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)，設備運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并進(jìn)行實(shí)時(shí)報警，保障數據中心正常運行，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長(cháng)設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過(guò)高。同時(shí)實(shí)現動(dòng)環(huán)監控并對各用能耗能進(jìn)行能效分析，幫助用戶(hù)實(shí)現用能效率的優(yōu)化。

系統功能

（1）展示當前數據中心總能耗，IT能耗，空調能耗，及其他能耗并且計算出當前數據中心實(shí)時(shí)PUE值，通過(guò)儀表盤(pán)形式直觀(guān)展示。

（2）選擇查看數據中心的中低壓配電系統主接線(xiàn)圖，并在一次圖顯示配電系統當前遙測、遙信數據和狀態(tài)。實(shí)時(shí)監測各配電柜的電壓、電流等電力參數，變電站的溫濕度、煙感、水浸、門(mén)禁等環(huán)境情況。

（3）電氣接點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)監測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線(xiàn)纜連接等位置安裝無(wú)線(xiàn)測溫傳感器監測接點(diǎn)溫度，便于提前發(fā)現溫度異常導致的事故。

（4）監測各變壓器各項參數，包括負載率、頻率、功率因數、三相不平衡度等，并且顯示歷時(shí)曲線(xiàn)圖，數據實(shí)時(shí)變化。

（5）電能質(zhì)量在線(xiàn)監測，可以監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(xiàn)等。

（6）系統采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數頻率，同時(shí)監測UPS溫度、蓄電池電壓、當前負載下的剩余時(shí)間等數據。

（7）展示單體電池電壓、內阻和溫度，預測電池帶載時(shí)剩余時(shí)間，每節電池數據均可以設置異常報警，及時(shí)發(fā)現蓄電池異常。

（8）展示精密配電柜內進(jìn)線(xiàn)和饋線(xiàn)回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并可以對數據進(jìn)行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。

（9）展示智能小母線(xiàn)的始端箱和插接箱電氣參數，包括電流電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、插接點(diǎn)溫度，并對數據進(jìn)行報警設置和分級。

（10）通過(guò)平面圖顯示數據中心能源分布，設備分布情況，并顯示設備能耗數據，點(diǎn)擊平面圖上設備可以進(jìn)入具體設備監控界面。

（11）實(shí)時(shí)顯示當前數據中心PUE值以及歷史PUE曲線(xiàn)。并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監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(xiàn)圖、餅圖進(jìn)行展示。對數據中心用電數據進(jìn)行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢。

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

（14）監測數據中心溫濕度、開(kāi)關(guān)門(mén)、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數。曲線(xiàn)圖直觀(guān)明了，同時(shí)支持歷史數據查詢(xún)

（15）通過(guò)列表顯示各類(lèi)報警事件數量，通過(guò)柱狀圖顯示逐日報警數量，提供報警總數以及增長(cháng)趨勢。

（16）維管理功能，可針對數據中心各主要設備進(jìn)行巡檢派工，消缺，搶修等維護工作。

3.2動(dòng)環(huán)監控系統設備選型

4結束語(yǔ)

該研究從頂層設計出發(fā)，建立數據中心綜合監控管理平臺，實(shí)現機房基礎設施的一體化監控、管理。該系統具備全面的監控管理功能、系統兼容能力、系統擴展能力。設計建設流程化、信息化、自動(dòng)化、智能化、可視化的數據中心基礎設施監控管理系統。

可以實(shí)現機房基礎設施精細化管理，保障機房可用性；實(shí)現高度統一的信息共享、相互協(xié)調和聯(lián)動(dòng)功能，機房整體監控及管理所需要的重要信息進(jìn)行綜合處理、集中管理；實(shí)現各子系統之間的信息共享和集中的設備監控、報警管理等功能，并通過(guò)信息發(fā)布系統實(shí)現關(guān)鍵信息的展示與交互操作。

為機房?jì)雀飨到y及設備運行提供高度穩定可靠的監控信息資源，減少了管理人員的負擔，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據分析。

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作者簡(jiǎn)介：李雪薇，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心的設計與應用。手機：17821733155