基于物聯(lián)網(wǎng)技術的數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺*

張祖剛， 賈 琨

(中國電子工程設計院有限公司，北京 100142)

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術的快速發(fā)展，以及國內(nèi)各行業(yè)數(shù)字化轉型工作的不斷推進，數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛，我國目前已成為全球數(shù)據(jù)中心業(yè)務增長最快的地區(qū)之一。 與此同時，隨著數(shù)據(jù)中心建設規(guī)模的不斷擴大，需要監(jiān)測的基礎設施也變得越來越復雜和龐大，對數(shù)據(jù)中心運維管理水平的要求也就越高。 數(shù)據(jù)中心基礎設施一旦出現(xiàn)故障就會立刻影響IT 系統(tǒng)的運行，對數(shù)據(jù)傳輸、存儲的可靠性、安全性構成威脅[1]。 如何更好地做好數(shù)據(jù)中心基礎設施的運維管理問題變得尤為突出，也使得行業(yè)對數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺的需求更加迫切。

1 架構設計

1.1 數(shù)據(jù)中心基礎設施主要運維管理問題

數(shù)據(jù)中心是為集中放置的電子信息設備提供運行環(huán)境的建筑場所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分，包括主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等[2]。

如果將大型數(shù)據(jù)中心看作是一個綜合型園區(qū)，那這樣規(guī)模的數(shù)據(jù)中心僅應用傳統(tǒng)的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)將會存在以下問題。 (1)設計、建設、應用同質(zhì)化，難以滿足個性化需求。 (2)建筑物與建筑物之間，建筑物內(nèi)各子系統(tǒng)相對獨立，存在“信息孤島”的問題，智能化、智慧化水平低。 (3)數(shù)據(jù)采集孤立，難以實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動。 (4)應用可擴展性差，擴展成本較高。 (5)難以實現(xiàn)高效、便捷的集中式管理，運維成本高。 (6)重要設備運行狀態(tài)不易實時監(jiān)控，事故預警難以實現(xiàn)。

1.2 數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺軟件

物聯(lián)網(wǎng)技術是指通過各種信息傳感器件，有線或無線網(wǎng)絡，按約定協(xié)議，把各種末端設施設備與網(wǎng)絡連接，以實現(xiàn)信息交換和通信的一種網(wǎng)絡技術。 目前已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)。

將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺，可以有效地解決上述問題，主要表現(xiàn)在如下幾方面:(1)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺各子系統(tǒng)互聯(lián)互通，使其具有更高的開放性和可靠性，打破傳統(tǒng)智能化系統(tǒng)的“信息孤島”問題，系統(tǒng)間可以方便實現(xiàn)聯(lián)動控制。 (2)通過多協(xié)議物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，實現(xiàn)各末端設備不同通訊協(xié)議的信息采集，使平臺數(shù)據(jù)采集更具有兼容性和廣泛性，滿足園區(qū)智能化終端設備的個性化設計需求。 (3)作為統(tǒng)一開放的物聯(lián)網(wǎng)平臺，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心海量數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、挖掘，通過專家引擎識別運維過程中的風險點，做到故障預測預警，并形成專家診斷規(guī)則庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、共享，為數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺及應用終端進行數(shù)據(jù)建模和數(shù)據(jù)挖掘提供數(shù)據(jù)支撐。 (4)可進行數(shù)據(jù)中心基礎設施設備的運行仿真和工作狀態(tài)模擬，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺及應用終端的演示和演練。 平臺軟件架構如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺軟件架構

可以看到，該平臺分為采集層、接入層、平臺層、應用層、展示層。

(1)采集層:數(shù)據(jù)采集的重要部分，也是物聯(lián)網(wǎng)技術應用最多的地方。 從器件角度主要包括各類感應器件和傳感網(wǎng)絡，涉及到射頻、傳感、無線網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線等核心關鍵技術，包含動環(huán)系統(tǒng)(包括動力設備、配電設備、蓄電池、機房環(huán)境、機柜環(huán)境)、安防系統(tǒng)(包括視頻設備、門禁設備、電子監(jiān)控)、樓控系統(tǒng)(包括冷源設備、通風設備、空調(diào)設備)、消防系統(tǒng)(包括火災報警、廣播系統(tǒng))及其他各類子系統(tǒng)(包括IT 設施、微模塊、資產(chǎn)信息、智能照明、其他設備等)。

(2)接入層:通過各類網(wǎng)絡通訊技術和設備，將采集層各子系統(tǒng)和設備數(shù)據(jù)進行接入，涉及Internet網(wǎng)絡、有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關、IoT 網(wǎng)關等，支持SNMP、Modbus、OPC、BAC net、MQTT 等各種協(xié)議。

(3)平臺層:數(shù)據(jù)處理核心層級，包含數(shù)據(jù)的處理、分析、診斷能力的數(shù)據(jù)引擎；包括聯(lián)動控制、權限管理、配置管理、服務接口等一系列的公共服務組件；包括模型庫、知識庫、算法庫、數(shù)據(jù)庫的專家系統(tǒng)引擎；還涉及無損實時數(shù)據(jù)壓縮傳輸、實時工作流引擎支持的業(yè)務調(diào)度等關鍵技術。

(4)應用層:業(yè)務構建核心層級，包括設施監(jiān)控、能效、容量、資產(chǎn)、連接、事件、變更、人員、智能巡檢、智慧運維等業(yè)務管理模塊或服務。

(5)展示層:面向用戶的最終層級，以可視化大屏、移動App、個人工作臺、報表展示等多樣化的交互方式，為用戶提供接入與訪問。

1.3 數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺系統(tǒng)

一個典型大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)的智能運維管理平臺系統(tǒng)結構如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺系統(tǒng)結構

系統(tǒng)接入層既實現(xiàn)縱向結構的接入，同時在橫向上實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心各子系統(tǒng)的互聯(lián)互通，并通過園區(qū)通訊網(wǎng)絡向數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺提供數(shù)據(jù)源。 利用采集的實時數(shù)據(jù)，向總控中心、運維部門、物業(yè)管理部門等提供智能化應用服務，并依靠平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術實現(xiàn)的高級智慧化應用服務，為數(shù)據(jù)中心園區(qū)提供統(tǒng)一數(shù)字化智慧化運維管理服務。

2 功能模塊

在數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺軟件架構中，應用層是應用服務業(yè)務構建的核心層級，同時也最能體現(xiàn)管理平臺智能化、智慧化的特點，其核心功能模塊如圖3 所示[3]。

圖3 功能框架

(1)設施監(jiān)控:針對數(shù)據(jù)中心基礎設施實現(xiàn)圖形化顯示、控制、分析、告警管理，實時監(jiān)控顯示設備的運行狀態(tài)及變化趨勢；設備實時運行參數(shù)顯示及告警管理，包括告警的顯示、處理和分析。 智能化應用火災報警聯(lián)動如圖4 所示。

圖4 火災報警聯(lián)動

(2)能效管理:主要針對水、電、氣等能源消耗進行統(tǒng)計，以及通過采集、顯示、分析、診斷、維護、控制等管理技術進行能效的持續(xù)優(yōu)化，形成具有全面、系統(tǒng)、安全的能效綜合職能管理功能，以達到能源消耗的節(jié)約與改善。 關鍵功能模塊包括能源組成、能源利用率、節(jié)能診斷、用能預警預測等。

(3)容量管理:對空間、電力、制冷、網(wǎng)絡等基礎設施的容量進行統(tǒng)計、分析、部署、展示，建立相關模型，優(yōu)化配置資源，提高容量利用率。 關鍵功能模塊包括容量監(jiān)視、容量優(yōu)化、容量分析等。

(4)資產(chǎn)管理:提供對數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)設施的入庫、出庫、變更、盤點等的全生命周期管理，主要功能模塊包括資產(chǎn)臺賬及檢索、資產(chǎn)可視化、資產(chǎn)統(tǒng)計分析等。

(5)連接管理:呈現(xiàn)數(shù)據(jù)中心設備之間的連接關系，為數(shù)據(jù)中心運維業(yè)務提供連接性關系的數(shù)據(jù)支撐。 關鍵功能模塊包括連接總覽、配置信息、設備操作、統(tǒng)計報表等。

(6)事件管理:主要包括事件識別和創(chuàng)建、事件處理與分析、事件升級、事件關閉等。

(7)變更管理:主要針對運維過程中對數(shù)據(jù)中心基礎設施的增補、移除、修改等進行管理。

(8)人員管理:對數(shù)據(jù)中心工作人員進行全面管理，保障數(shù)據(jù)中心安全、高效、穩(wěn)定運行，減少人為損失。

(9)智能巡檢:數(shù)據(jù)中心機器人智能巡檢是智能巡檢最為典型的應用之一。

(10)智慧運維:針對相關基礎設施進行日常運行、檢修和維護的管理工作，包含設備維保信息查詢、維保登記、維保預警、維保提醒、維保數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。

3 結束語

針對當前行業(yè)對數(shù)據(jù)中心運維管理水平要求越來越高的實際狀況，提出并分析了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的數(shù)據(jù)中心智能運維管理平臺，該平臺包括設施監(jiān)控、能效、容量、資產(chǎn)、連接、事件、變更、人員、智能巡檢、智慧運維等核心功能模塊，滿足了行業(yè)對數(shù)據(jù)中心智慧運維的迫切需求，將基礎設施多個子系統(tǒng)集成在統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)充分共享，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術，管理、分析、預警數(shù)據(jù)中心基礎設施面對的各種復雜多樣的運維問題，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心安全、可靠、節(jié)能運行。