淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

◆石慧煊

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 210007)

淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

◆石慧煊

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 210007)

本文在工程實踐的基礎(chǔ)上，從規(guī)劃設(shè)計、運維以及應(yīng)急演練三個角度，分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)據(jù)中心生命周期管理中的應(yīng)用場景以及總體思路。同時針對實施的技術(shù)難點，如快速模型構(gòu)建技術(shù)、基于云數(shù)據(jù)中心的分享技術(shù)等提出了解決思路。

虛擬現(xiàn)實；數(shù)據(jù)中心；運維；應(yīng)急演練

0 前言

近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，正把我們帶入“萬物均互聯(lián)、一切皆數(shù)據(jù)”的新時代，數(shù)據(jù)中心作為信息基礎(chǔ)設(shè)施最核心的板塊，越來越受到政府、運營商、互聯(lián)網(wǎng)公司以及各類大中型企業(yè)的重視。

數(shù)據(jù)中心取得成功的關(guān)鍵，不僅在于前期建設(shè)，也在于建成后的運營管理，即所謂的“三分建設(shè)，七分運維”。例如，雖然目前的數(shù)據(jù)中心都部署了監(jiān)控系統(tǒng)，如電力監(jiān)控（EPMS）、暖通制冷監(jiān)控（BMS）、消防與安防監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控等，并也取得了一定的管理效果，但比較缺乏從統(tǒng)一視角整合監(jiān)控數(shù)據(jù)，構(gòu)建整合的可視化操作平臺；同時，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)的操作方式和使用界面在易用性、友好性方面也有待提升[1]。

與此同時，虛擬現(xiàn)實（VR）作為當(dāng)下最熱門的的話題，是通過各種技術(shù)手段創(chuàng)建出一個新的虛擬環(huán)境，讓人感覺如同處在真實的客觀世界中一樣，具有沉浸性、交互性和想象性，被稱為人機交互的革命[2]。

本文將探討虛擬現(xiàn)實在數(shù)據(jù)中心全生命周期管理中的應(yīng)用場景，分析總體思路及技術(shù)難點。

1 應(yīng)用場景

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可在規(guī)劃設(shè)計、運維、應(yīng)急演練等階段發(fā)揮積極作用，提升管理效率。

1.1 仿真規(guī)劃與設(shè)計

數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃和設(shè)計具有很強的實踐性特點，實際的規(guī)劃方案和建設(shè)工藝，都需要在一定的基礎(chǔ)環(huán)境中得到驗證和優(yōu)化。通過實際的建設(shè)過程來驗證規(guī)劃和設(shè)計的代價是巨大的，如何在規(guī)劃和設(shè)計階段獲取接近實際建設(shè)過程的“仿真”經(jīng)驗，通過針對建設(shè)過程中的各類關(guān)鍵指標(biāo)和對象進(jìn)行虛擬建模，在建設(shè)之初，搭建一個虛擬的可供調(diào)整的“仿真”環(huán)境，對規(guī)劃和設(shè)計進(jìn)行驗證，甚至預(yù)見到建成后的運營狀態(tài)，將是虛擬現(xiàn)實在建設(shè)和規(guī)劃階段可解決的重點問題。

1.2 可視化運維

數(shù)據(jù)中心日常運維的挑戰(zhàn)主要來自于技術(shù)環(huán)境和運營流程管理，以及如何將管理對象、管理流程，組織人員、技術(shù)平臺整合起來，達(dá)到協(xié)同一致的運營服務(wù)。

在技術(shù)環(huán)境管理中的主要需求，是基礎(chǔ)環(huán)境和技術(shù)架構(gòu)可視化。

基礎(chǔ)環(huán)境可視化：主要指數(shù)據(jù)中心的物理機房、安保系統(tǒng)、環(huán)境和設(shè)備管理，由于安全規(guī)定、機房環(huán)境特征、以及人力物力的限制，導(dǎo)致管理方式不可能通過派駐人員現(xiàn)場值守的方式進(jìn)行，而日常運營又需要時刻了解這些系統(tǒng)的狀態(tài)，可以如身處現(xiàn)場的沉浸式實時管理。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以創(chuàng)建出與現(xiàn)實物理環(huán)境一致的虛擬環(huán)境，并將關(guān)鍵管理對象和運行參數(shù)的實時監(jiān)控信息與該虛擬環(huán)境集成，使管理員獲取身臨其境的感受，同時又克服了地域、環(huán)境和管理制度的限制。同時，由于虛擬現(xiàn)實中可以采取多鏡頭多視角、甚至透視圖展示，用戶可以獲取超越實際環(huán)境的管理能力，實現(xiàn)各種管理場景的自由切換，其管理效率又將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實地管理。

技術(shù)架構(gòu)可視化：是指由業(yè)務(wù)、應(yīng)用、IT組件、基礎(chǔ)架構(gòu)等共同構(gòu)成的數(shù)據(jù)中心抽象運行模型，這部分的管理難度主要來自于各個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的割裂，而相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域又是互相關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成整體運營環(huán)境，任何一個環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)都可能影響到周邊環(huán)境，同時也受到周邊環(huán)境的影響，所以需要一個整合的視角將分散的管理對象從架構(gòu)層面整合成一個整體，以一種清晰可見的管理方式，使各類不同的技術(shù)和管理人員對相關(guān)領(lǐng)域的定位和關(guān)系達(dá)成共識，當(dāng)出現(xiàn)問題或進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整時，能夠清晰的界定彼此的分工，找到合理的協(xié)作方式。可視化管理通過層次模型的方式，對業(yè)務(wù)、應(yīng)用、平臺、網(wǎng)絡(luò)等架構(gòu)進(jìn)行建模，并建立起彼此的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時與基礎(chǔ)環(huán)境可視化整合，形成完整的數(shù)據(jù)中心技術(shù)架構(gòu)可視化管理模型。

1.3 應(yīng)急演練

數(shù)據(jù)中心運營的核心要務(wù)就是穩(wěn)定，然而依然會遇到突發(fā)事件：

（1）頻度低，但可能造成重大損失。

（2）發(fā)生時間和危害難預(yù)測。

（3）應(yīng)對處置需多部門協(xié)作。

（4）具有社會性影響。

因此，進(jìn)行一定的應(yīng)急演練是非常必要的。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提供一個虛擬的應(yīng)急演練場景，在這個環(huán)境里，參演者可以沉浸其中，體驗數(shù)字世界的事物和環(huán)境，感受突發(fā)事件的發(fā)生、發(fā)展的過程，并通過計算機、虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備等進(jìn)行應(yīng)對處置，從而完成演練。

應(yīng)急演練具有靈活、便利、無限、高效、低成本等特點，可作為實戰(zhàn)演練的有效補充，起到事半功倍的作用[3]。

2 總體思路

總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

2.1 感知層

通過各種傳感器獲取原始數(shù)據(jù)及其聯(lián)系，全面感知數(shù)據(jù)中心的運行狀態(tài)以及參與者的狀態(tài)，尤其重點需要關(guān)注如語音交互、手勢識別等新一代交互方式。

2.2 通信層

通信層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，對于實際的項目應(yīng)用而言，由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的水平不同，需要考慮好對應(yīng)的解決方案。

2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為整個平臺提供內(nèi)容支撐和數(shù)據(jù)支撐。可考慮通過建設(shè)共享的VR模型庫，將模型庫云化，讓VR使用者從繁瑣的建模和維護(hù)工作中擺脫出來，使現(xiàn)有的VR產(chǎn)品具有了良好的擴(kuò)展性和可用性。

2.4 業(yè)務(wù)支撐層

業(yè)務(wù)支撐層為系統(tǒng)的核心層，主要包含地理空間VR場景構(gòu)建、模型構(gòu)建和體感支撐、異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)等。需要考慮快速模型構(gòu)建技術(shù)、模型實時渲染優(yōu)化技術(shù)，以及與不同異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)技術(shù)。

2.5 應(yīng)用層

提供仿真規(guī)劃設(shè)計、綜合運維管理、應(yīng)急演練等核心應(yīng)用，滿足不同管理著的使用需求。未來，也完全可以考慮通過 SAAS方式提供云端服務(wù)。

2.6 顯示層

顯示層重點要考慮，面向現(xiàn)在及將來各種各樣的VR頭盔、觸摸屏、數(shù)據(jù)墻、手持終端等，提供的良好的跨平臺跨終端適配的能力。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 快速模型構(gòu)建技術(shù)

數(shù)據(jù)中心展現(xiàn)的數(shù)據(jù)正確性和效果逼真度，取決于場景中三維模型構(gòu)建的逼真度。目前實施項目，大部分時間都消耗在虛擬場景及模型的構(gòu)建上。

因此，需要研究可視化設(shè)計工具，采用所見即所得的操作方式，讓數(shù)據(jù)中心的設(shè)計者可以靈活高效地實現(xiàn)三維場景創(chuàng)建；同時，應(yīng)考慮采用各類3D掃描設(shè)備、深度攝像機、無人機航拍等方式，結(jié)合CAD圖紙導(dǎo)入等進(jìn)行輔助構(gòu)建。

3.2 基于云數(shù)據(jù)中心的分享技術(shù)

數(shù)據(jù)中心設(shè)備眾多，而且會隨著時間推移不斷增加新的設(shè)備型號，要有效支撐三維模型的長期使用和維護(hù)的方便性，就要求平臺能提供可擴(kuò)展的、模型種類豐富、型號齊全的設(shè)備模型庫，不只提供設(shè)備三維形象，還應(yīng)提供各設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)屬性和指標(biāo)參數(shù)（如廠商、型號、U高、尺寸、功耗和重量等），為數(shù)據(jù)中心管理中的容量和統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 基于沉浸式感知的模型實時渲染優(yōu)化技術(shù)

通過三維引擎選優(yōu)、內(nèi)存監(jiān)聽釋放、著色器開發(fā)、仿真模型優(yōu)化、動態(tài)數(shù)據(jù)加載等技術(shù)手段綜合形成互補的技術(shù)方案，解決數(shù)據(jù)中心的海量設(shè)備逼真效果展現(xiàn)和計算效率問題，充分挖掘計算能力，保障用戶獲得良好的沉浸體驗。

3.4 動作捕捉技術(shù)

目前VR中主要有激光定位、紅外光學(xué)定位、可見光定位、計算機視覺動作捕捉、基于慣性傳感器等多種動作捕捉技術(shù)，每個技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點，如HTC Vive的激光定位技術(shù)精度高、可移動范圍廣，但穩(wěn)定性和耐用性差，雖然Oculus Rift的主動式紅外光學(xué)定位技術(shù)解決了這個不足，但可移動范圍卻成了短板。綜合來看，目前應(yīng)用在VR上最實用的還是HTC Vive的激光定位技術(shù)，畢竟在消費級別里面其能實現(xiàn)最大范圍的空間定位和交互，而且定位精度非常高。

同時，結(jié)合基于慣性傳感器的動作捕捉技術(shù)更佳，既能實現(xiàn)更為精細(xì)的動作捕捉又滿足更大空間的游走，實現(xiàn)混合動作姿態(tài)捕捉支撐[4]。

3.5 VR引擎的選擇

目前專業(yè)用于VR應(yīng)用開發(fā)的引擎還沒成熟，因此主要還是基于游戲引擎進(jìn)行開發(fā)，如Unity 3D與Unreal。前者易于使用，普及率高，但由于其門檻低，能即時調(diào)用的工具較少，開發(fā)復(fù)雜程序時比較麻煩；后者渲染效果最好，有豐富的新工具和功能，但使用門檻比較高、易用性差，學(xué)習(xí)成本相對也較高[5]。針對數(shù)據(jù)中心應(yīng)用而言，通過項目實踐，筆者采用Unity 3D即可滿足需求。

3.6 與異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)的技術(shù)

從實用角度出發(fā)，虛擬場景的互聯(lián)、互通、互操作能力是虛擬現(xiàn)實能否發(fā)揮作用的重要指標(biāo)。數(shù)據(jù)中心中異構(gòu)系統(tǒng)眾多，而系統(tǒng)架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范存在較大差異，如何突破現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)的限制，將系統(tǒng)部署到一線，發(fā)揮綜合管理的作用，是一個較大的難題。

在具體實踐中，可根據(jù)現(xiàn)場不同的情況做對應(yīng)的解決方案。如部署有DCIM的數(shù)據(jù)中心，可直接與DCIM進(jìn)行數(shù)據(jù)對接即可滿足需求；而對于如消防、動環(huán)等不同專業(yè)系統(tǒng)的對接，可根據(jù)數(shù)據(jù)時效性的要求，采用Web Service、數(shù)據(jù)庫集成等多種不同方案。

4 總結(jié)

近三十年來，數(shù)據(jù)中心管理在諸多方面發(fā)生了巨大的改進(jìn)，產(chǎn)生了ITSM理論、運維體系及最佳實踐，也誕生了一系列的新技術(shù)，如數(shù)據(jù)中心自動化或云計算，更有層出不窮的管理工具和報表，但并沒有找到合適的辦法，真正以一個普通人的視角來清晰的描述數(shù)據(jù)中心的運行狀態(tài)。

通過VR技術(shù)，將多種管理系統(tǒng)的復(fù)雜信息融匯在虛擬場景中，并以符合人類直覺的方式自然呈現(xiàn)，形象的再現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的多樣化資產(chǎn)，從發(fā)電、制冷、UPS等大型設(shè)備直到端口、線纜等微小組件，均按照其在真實世界中的位置和關(guān)系在虛擬現(xiàn)實中展現(xiàn)。

圖2 VR系統(tǒng)效果展示

針對數(shù)據(jù)中心面臨的管理問題，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可貫穿數(shù)據(jù)中心完整的生命周期，在規(guī)劃設(shè)計、運維、應(yīng)急處理以及分析優(yōu)化等各個階段發(fā)揮基礎(chǔ)作用，應(yīng)對業(yè)務(wù)需求，提升管理效率。

[1]何新年． DCIM 與數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理[J]．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2016．

[2]王寒，等．虛擬現(xiàn)實：引領(lǐng)未來的人機交互革命[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2016．

[3]盧博．VR虛擬現(xiàn)實：商業(yè)模式+行業(yè)應(yīng)用+案例分析[M]．北京：人民郵電出版社，2016．

[4]蘇凱，趙蘇硯．VR虛擬現(xiàn)實與AR增強現(xiàn)實的技術(shù)原理與商業(yè)應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，2017．

[5]文鈞雷．虛擬現(xiàn)實+ [M]．北京：中信出版社，2016．