一種大型數據中心基礎設施綜合管理系統的設計與實現

潘宗霞

（深圳中興網信科技有限公司，廣東深圳 518057）

0 前言

數據中心起源于20世紀60年代，發展至今，數據中心先后經歷了計算中心、信息中心和服務中心的三個發展階段[1]。信息服務的集約化、社會化和專業化發展使得因特網上的應用、計算和存儲資源向數據中心遷移[2]。隨著云計算和移動互聯網的快速發展，數據中心作為核心服務載體，需要穩定可靠的運行環境，及時發現事故隱患，增強事故處理能力，優化資源利用率[3]。所以有必要建立一套完善、智能、可靠的綜合管理系統，對數據中心的環境進行集中監控、統一管理，真正做到實時化、智能化、網絡化。

數據中心綜合管理系統的范圍可涵蓋物理基礎設施和IT資產管理、業務運營等所有功能模塊[4]。但在實際應用中，因基礎設施和IT架構、運營通常是不同專業團隊運作維護，且交叉較少，兩大功能模塊的相對獨立部署更有利于簡化系統、增加可靠性，因此本文僅討論基礎設施部分的管理系統。

1 需求分析

基礎設施綜合管理系統是對數據中心的各類動力設備、機房環境實施集中監控管理的系統，通過遙測、遙信、遙控、遙調，實時監視動力設備和機房環境的運行狀態，記錄和處理相關數據，通過智能分析預防故障、快速排障，提高系統的可靠性及數據中心設備的安全性。

本論文引用項目的基本情況是：建筑面積共計14 340平方米，其中包括室外場地1 910平方米（室外油機房820平方米、室外地下水池220平方米、冷卻機組占地860平方米、室外儲油罐10平方米）。數據中心共規劃60個微模塊，900個服務器機柜，平均每機柜6.5 kW。綜合管理系統需監控的設備和系統如表1所示。

表1 數據中心監控管理對象及測點舉例

2 綜合管理系統設計

2.1 系統概述

基于上述需求分析，數據中心基礎設施管理系統采用動環視頻一體化監控的解決方案，在動環監控量的采集和視頻信號的采集上做到功能互通，在傳輸上采用一體化組網，在監控中心也采用同一平臺進行動環和視頻的管理，實現數據中心基礎設施的綜合管理。

該方案依托IP網絡，采用分布式部署的系統架構，可以實現對機房內所有環境設備的統一集中全方位監控管理，提供美觀友好的監控管理、查詢界面，受控設備若出現異常情況，系統即自動通過網絡，通過聲光、短信、電話、語音、桌面、郵件等方式及時報警，并直觀地鎖定異常或故障部位，確保機房管理維護人員第一時間掌握機房的異常狀態，及時啟動應急預案，迅速排除故障，確保系統的可靠運行。

2.2 系統結構

基礎設施綜合管理系統采用分布式架構，監控平臺采用標準接口，可靈活擴容和增加系統，提供雙機熱備以保障高可靠運行，現場處理單元采用嵌入式設備，避免機械故障。管理系統邏輯上包括信息采集子系統和信息管理子系統。系統結構參見圖1。

信息采集子系統主要包括監控主機及末端信息采集設備。每臺監控主機提供12路AI/DI通用采集通道、2路DI通道、4路專用通道、4路數字控制量輸出DO通道；通用AI/DI或DI通道可連接各種傳感器，如壓差傳感器、水浸傳感器等，專用通道可直接測量溫度、電池總電壓以及煙霧告警，DO通道可以通過相關控制器對設備進行控制，如非智能空調開關、照明開關等設備。主機具備6路智能協議轉換口，在同一時間段可以對多個智能設備進行監控，本項目中智能電量儀、高壓直流系統、UPS、空調、門禁系統等都將連接到監控主機的智能接口。在主通訊接口方面，監控主機提供2個IP接口，同時內置有HUB，既可通過IP接口進行上行通訊，也可通過IP接口接入智能設備或視頻設備；另外，監控主機可提供1個RS232接口作為主通訊串口。

信息管理子系統即監控中心，由安防臺、前置臺、業務臺、報表臺、數據庫服務器、安防應用服務器、動環應用服務器、大屏幕、多媒體交換單元、網絡接入設備或監視器等設備構成。監控中心使用局域網，采用TCP/IP協議，此技術手段符合工信部關于本地網網管和監控系統的技術要求，且容易實現與其他監控系統的相互聯接。

2.3 信息管理子系統設計

信息管理子系統各設備功能介紹如下。

（1）數據庫服務器：用以存放系統監控的所有數據，其中包括各監控量的歷史數據、報警閥值、報警記錄、安全及操作員權限管理信息、配置信息、操作維護記錄等。數據庫可以響應各業務臺發出的請求(如讀出、查詢、寫入等操作)，在執行請求的過程中各業務臺以客戶端的方式訪問數據庫服務器中的數據，此方式在很大程度上提升了數據庫處理數據的速度。在同一時間段允許多個客戶進行訪問，實現了數據庫的實時性。同時，該數據庫還具有文件存檔功能，文件存檔以后可以在硬盤上保存一年，還可以導入其他存儲設備（如：磁帶等）進行存儲。

圖1 基礎設施綜合管理系統結構

（2）動環應用服務器：用以集中監控中心所有服務軟件模塊，并完成該監控系統的所有應用服務功能，例如：數據轉發、用戶鑒權、數據庫存儲和備份、系統管理、WEB服務等。

（3）業務臺：用以提供用戶界面并實現多種用戶交互的監控功能，包括監控數據的實時顯示、報警信息的顯示和處理、報警過濾和屏蔽的設置、監控量屬性修改、歷史數據的查詢、遙控功能、生成統計報表、查詢和打印報表、以及其他定制監控功能的實現。根據系統規模可以設置多個業務臺，根據不同屬性的登錄用戶，業務臺可以具有不同的監控范圍和操作權限。此外，可以通過遠程接入的方式設置具有與位于監控中心的業務臺相同功能的反拉終端或者遠程分控臺。

（4）報表臺：用以提供報表操作界面并支持對歷史監控數據的查詢，提供系統各設備報警統計報表或圖表（包括曲線圖、直方圖、餅圖）的導出等服務，實現各種報表的生成、查詢和打印等功能。

（5）前置臺：用以交替訪問各監控數據，對數據進行處理后發送到節點臺、業務臺和數據庫，并接收從監控中心發出的命令請求，根據地址將各命令請求轉發至各監控端局，對端局設備進行查詢、控制或調節。同時，前置臺還支持N+1備份功能。

（6）中心接入設備：根據不同的組網方式和傳輸資源選擇不同的網絡接入設備，進行不同接口之間的數據轉換，最終將監控數據送至局域網上的前置臺。

（7）安防應用服務器：該服務器是視頻一體化和安防一體化監控系統的數據中心，為智能門禁、出入管理、基站防盜等子功能提供數據中心的各項服務，并提供各視頻監控設備的接入、各媒體信息的接收、轉發和存儲等功能。

（8）安防臺：作為視頻一體化和安防一體化監控系統的客戶端，提供門禁控制、出入管理、防盜報警管理等安防管理功能，以及攝像機控制、視頻瀏覽、錄像回放等視頻監控功能。

3 綜合管理系統實現

本項目采用中興通訊自主研發的數據中心綜合管理系統DcNumen 3000，實現了以下功能：

（1）實時監控及界面顯示；

（2）告警管理；

（3）報表管理；

（4）PUE計算與測量；

（5）配置管理；

（6）安全機制；

（7）視頻管理；

（8）門禁管理；

（9）互聯互通。

綜合管理系統從使用者的角度考慮，操作簡單、維護方便。用戶只需有一定的計算機基礎，對用戶的編程技能沒有要求，只需要進行少量培訓即可熟練的使用該管理軟件。該系統還設有智能容錯機制，用以防止用戶因操作失誤而導致的系統失控，通過該機制可以導入系統原來的設置使系統恢復到發生錯誤操作之前的狀態，這在一定程度上降低了對維護人員專業技能的要求，使系統更易于維護與管理。

數據中心作為能源密集型產業，能耗成本和碳排放是評估數據中心等級的關鍵指標。綜合管理系統實時顯示PUE值，結構化方式顯示各設備的能耗，分項、分類、分區域計量，直觀定位問題點，有效改善了高能耗、低效率的弊端。

4 結束語

本系統采用分布式結構，各組件功能清晰，全面監測數據中心動力設備、機房環境、安全、消防等基礎設施，有效預防故障，穩定可靠地支撐用戶的業務和發展。PUE數據的實時顯示對能耗管理和綠色環保具有積極意義。

［1］余侃.云計算時代的數據中心建設與發展［J］.信息通信，2011（6）：100-102.

［2］魏祥麟，陳鳴，范建華，等.數據中心網絡的體系結構［J］.軟件學報，2013，24（2）：295-316.

［3］鄧維，廖小飛，金海.基于虛擬機的數據中心能耗管理機制［J］.中興通訊技術，2012，18（4）：15-18.

［4］王聰，王翠榮，王興偉，等.面向云計算的數據中心網絡體系結構設計［J］.計算機研究與發展，2012，49（2）：286-293.