數據中心AR運維技術

◆賀長宇 張 宇 武 超

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數據中心AR運維技術

◆賀長宇 張 宇 武 超

（中國電子科技集團公司電子科學研究院 北京 100041）

本文提出了一種基于增強現實（AR）技術的數據中心機房運維技術，包含AR巡檢、AR檢修、AR培訓等三個子系統，功能包括：巡檢、檢修過程的數據管理；巡檢作業的智能化指導；設備前后端數據的全方位識別展示；檢修全過程的數據跟蹤與記錄；遠程專家實時協助檢修。有效解決傳統運維效率不高、巡檢容易遺漏、運維人力成本高等現實問題。此外，本文描述了一個研究案例，將非增強現實技術的傳統運維系統與AR運維系統進行用戶體驗對比。通過實際的用戶反饋數據，對增強現實技術對數據中心巡檢效率和用戶體驗的提升進行了詳細的分析。

增強現實；運維；用戶體驗

0 引言

數據中心安全運行工作面臨“多、大、高、少”的現實情況。“多”主要體現在設備多;“大”主要是指系統規模大，信息系統和模塊眾多;“高”主要是實時性要求高和安全性要求高;“少”主要表現在主業運維人員和運維工具少。當前的運維工作只能依靠運維人員日常巡檢發現隱患，無法對系統運行情況進行線上和線下的全面監控，而且效率低下、工作枯燥[1,2]。AR運維系統通過AR眼鏡與運維管理系統、動力與環境監控系統等進行數據通信，從總體上查看網絡中各種資源數據，并通過數據可視化的形式與真實的機房進行虛實融合[3,4]。基于AR眼鏡的圖像識別和環境跟蹤技[5]，快速識別設備信號及運行狀態，并指導巡檢人員逐個設備進行巡檢，自動對故障設備進行報警提示，防止巡檢過程中遺漏設備[6,7]。

1 設計方法

AR運維系統包括巡檢和檢修（AR-IM）。使用HoLOLENS 作為系統的中的AR眼鏡。系統設計成AR眼鏡前端和服務器后臺的綜合系統，系統包含用戶管理、巡檢系統、檢修系統等三個功能模塊；由三個客戶端程序（AR眼鏡客戶端APP、ipad客戶端、PC控制臺客戶端）和服務器端程序組成，系統架構如圖1。

圖1 AR運維系統機構

系統功能設計：

（1）用戶管理系統

用戶管理系統包含用戶信息賬號管理，工單管理。信息賬號管理是指PC控制臺客戶端輸入巡檢員信息，并同步到AR眼鏡; 巡檢員可以查看巡檢員姓名、員工編號等身份認證信息。工單管理指用戶使用AR眼鏡可以直接查看當前任務清單、今日工作內容，如圖2。工單管理包括巡檢工單和檢修工單。

圖2 基于增強現實的工單管理

（2）巡檢系統

巡檢系統詳細功能包括7個基本功能。查看數據中心整體態勢；機房定位和巡檢指引；巡檢流程管理；前后端信息展示；巡檢記錄；告警管理，巡檢的過程記錄。

查看數據中心整體態勢：用戶可以實時查看機房總體運行情況。比如機房的溫度、機房的濕度、所有設備的運行情況等。

機房定位和巡檢指引：基于AR眼鏡（hololens）的空間掃描和空間定位，能夠實時計算巡檢員在真實機房中的位置，并映射到2D的平面機房地圖中，以實現實時定位。

巡檢流流程管理：AR眼鏡中顯示對應該機房巡檢任務的巡檢任務列表。通過識別巡檢任務中涉及的設備，將虛擬任務信息疊加在真實設備上，輔助用戶快速進行巡檢。

設備前后端信息展示：AR運維系統將設備前后端2D/3D可視化信息依次有序疊加在真實設備上，包括指示燈狀態、數字儀表盤數字、開關狀態、設備位置、運行狀態、機柜微環境數據等。

自動告警功能：后臺服務器對系統集成的傳感器狀態進行實時檢測，如果發現設備異常，將設備告警推送到AR眼鏡中。巡檢員可以看到警告提示疊加在異常設備正前方，并查看詳細故障。

巡檢過程記錄：巡檢過程中，AR眼鏡實時錄制巡檢過程的第一人稱視頻，并傳輸給后臺，管理人員也使用控制臺程序直接查看實時視頻。巡檢完成后，AR巡檢系統自動生成巡檢報表。巡檢報表包含巡檢人信息、日期、正常設備和報修設備等。

（3）檢修功能

檢修的詳細功能如下：

檢修導航。通過AR導航箭頭提示快速到到達異常設備處。

檢修流程管理。檢修員佩戴AR眼鏡掃描設備，可調出設備的檢修操作步驟，查看設備相關的文檔和說明書，查看并參考其他檢修員的維修視頻。

遠程協作管理。遇到無法解決的問題可以呼叫遠程專家，遠程專家可以在IPAD上或者電腦的客戶端實時連接眼鏡，查看現場視頻，遠程專家使用標注功能可以在現場的視頻畫面上進行畫圈、畫點標注。檢修員通過AR眼鏡可以看到真實設備上疊加了虛擬的圈點信息。使用圈點系統可以方便專家和檢修員的溝通。

檢修過程記錄。AR眼鏡拍攝檢修過程視頻并保存下來。

檢修完成后，生成檢修表單。

2 實驗

2.1 數據源

實驗一共招募了28個數據中心運維專業人員參與試驗。采用對照實驗,14人參與了AR組（使用AR運維系統），剩下的14人參與非AR組（nor-AR運維系統）。

2.2 實驗環境

使用2臺hololens（AR組）和2臺ipad pro(Nor-ar組)進行實驗。

2.3 實驗方法

與某銀行的客服中心合作，選擇了核心機房的200個機柜進行巡檢，并且人為設置了一個設備異常，巡檢員在巡檢作業過程中，需要完成所有200個機柜的常規巡檢并且修復異常設備。巡檢作業完成后，填寫體驗調查問卷。

2. 4 實驗結果

AR-IMT里面有大量的數據可視化和語音提示，以降低供巡檢作業的枯燥感，這些元素是否增加了用戶巡檢作業的趣味性對提升運維作業的效能具有重要影響。由表1可以看出，AR組的玩家比Nor-AR組的用戶給出更高的主觀等級，兩組數據具有顯著性差異。同時我們觀察到一些有趣的現象，AR 組的7名參與者中，在后期的訪談中表示，AR-imt系統的可視化效果使得數據變得更加親近自然，他們甚至明顯感覺到巡檢時間過得很快，有一種玩游戲的感覺，不再像過去那樣，因為巡檢過于枯燥，巡檢是一種煎熬。而在非AR 組則沒有類似的反應。另外，在nor-AR組，當參與者回應是否在遇到設備異常時感覺到緊張時給出了更高的主觀等級。

表1 AR組及非AR組用戶體驗

3 結束語

本文中給出了AR-imt系統的設計細節，這個系統主要使用增強現實技術來實現數據中心巡檢運維的各個功能，并且用到了設備識別、指示燈識別來提高巡檢的效率。在實驗中，兩組參與者分別使用AR-imt和去除增強現實效果的nor-AR，最后完成了調查問卷。結果表明AR-imt系統可以顯著提高巡檢效率，降低漏檢率，提高檢修成功率，提高了系統的浸感、降低了巡檢的枯燥性，改善游戲性能。并且也表明在系統中使用增強現實技術能夠更容易地產生復雜的心里學影響，降低用戶的緊張感。

[1]R. Perla, R. Hebbalaguppe, G. Gupta, G. Sharma, E. Hassan, M. Sharma, L. Vig, G. Shroff, "An ar inspection framework: Feasibility study with multiple ar devices", International Symposium on Mixed and Augmented Reality, 2016.

[2]S. Ren, K. He, R. Girshick, J. Sun, "Faster R-CNN: Towards realtime object detection with region proposal networks", Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2015.

[3]S. Hegde, R. Perla, R. Hebbalaguppe, E. Hassan, "Gestar: Real time gesture interaction for ar with egocentric view", International Symposium on Mixed and Augmented Reality，2016.

[4]J. L. Busch, M. E. Sterling, "Method and system for facilitating vehicle inspection to detect previous damage and repairs", Apr，2000.

[5]G. Chene, J. R. Worrall, R. V. Ramsey, W. Shintaku, L. A. French, B. J. Mueller, G. D. Lawruk, D. A. Kramer, "Vehicle inspection and maintenance system", July 2003.

[6]G. Jo, K.-J. Oh, I. Ha, K.-S. Lee, M.-D. Hong, U. Neumann, S. You, "A unified framework for augmented reality and knowledge-based systems in maintaining aircraft", AAAI, pp. 2990-2997，2014.

[7]M. Young, The Technical Writer’s Handbook. Mill Valley, CA: University Science，1989.

[8]Daniel Brenners, Interaction Design for Mobile Virtual Reality，2016.

本項目研究得到以下的支持：軍委裝發十三五預研課題（D13917112001）。