IT計算機數據中心智能化運維監控及能效管理的探索與研究

中國銀聯股份有限公司 徐建波

一、研究背景

隨著信息技術的高速發展，以傳感網為技術基礎的物聯網在國際上被視作互聯網之后的又一次網絡革命[1]。通過傳感器網絡（wireless sensor networks, WSN）進行的現實應用涉及到工業、軍事、金融、國防科技、工商、醫療、社會公共、應急救援等方面。其作為先進的獲取信息和信息處理技術在新興領域作用的開展也應該重視[2]。

本文了進行了對于“數據中心智能化運維監控系統”研究，力求實現重要IT數據中心機房中集IT基礎設施系統、供配電、空調、消防、安保等多方面領域的智能一體化，力求最大限度的將上述問題解決[4]。本文的研究內容以實現全自動監控為目標，解放人力消耗為核心理念，通過應用計算機技術與數字化管理技術，實現對IT數據中心機房各基礎設施設備的精準維護，使監控機房的管理更加便捷高效，維護水平也更高。同時，對于日常的人為巡檢、安全風險預判都用傳感器以及數字化執行器來頂替。實現數據機房主動安全維護以及設備的自動檢驗，提升機房工作壽命，增加數據管理安全性[5]。

二、系統簡介

本文主要是設計和實現一種以IT計算機數據中心機房為中心的智能化運維監控系統，針對重要數據中心企業的監控管理提供網絡綜合信息監控和傳輸系統[6]。為提高企業內部系統、數據的安全指數，在突發事件發生時進行應急處理的能力進行提升。在綜合管理的需求方面，結合本課題涉及到的數據中心機房網絡及基礎設施運行環境，實現工作方式和工作流程的重新規劃。在時間空間的約束面前，解除他們和管理部門的限制。使智能化、平臺化為基礎的數據中心機房集中監控系統的系統流程變成相較于其他部門流程更加扁平。其意義為增加各權限用戶調用符合其權限范疇的數據時的靈活性和便捷性。在這個平臺下又可以做到資源共享，互相監管，達到高效、透明、精簡的管理模式。

三、系統設計相關技術

智能化監控系統系統的開發需要使用到與網站應用開發相關的各類技術，其中包括動態網頁開發的JSP技術，基于MVC分層模式的SSH（Spring、Struts和Hibernate）框架技術[7]。MVC模式通過把系統分為三層模式，從而使系統中的業務邏輯層與數據部分相分離，使數據略及的處理操作更加明確有序。

四、系統功能

我國早期傳統數據中心機房的安全管理監控體系基本依靠重要場所的視頻監控，技術手段單一，建設規模有限，普遍存在無預警、無警示、無跟蹤、無聯動的缺陷，不能滿足“事前預警、目標跟蹤、事件處置”的防控工作要求。

本文開展的研究主體為計算機數據中心智能化監控系統，研究目的是可以使數據中心企業內機房及樓宇智能化程度提高、公共資產智能化、安防智能化、通訊和辦公智能化。以上五個方面的智能化組成了本系統的五個重點拓展方面。如圖4-1所示。

圖4-1 金融業無線網絡監控系統基本功能

數據中心企業樓宇細化后可以為企業內的辦公樓、IT機房樓、食堂、信息樓、行政樓等一系列樓宇，而數據中心機房監控系統則是一種綜合且智能化的信息系統。系統核心由計算機構成，周圍環境則由各類傳感器、執行器組成。進而形成一個完整的監控系統。監控系統中的子功能還包括對電力、供配電/空調/安防監控設施設備等電器運行情況、給水排水情況的綜合監管。從而保障數據中心機房內IT計算機設備運轉正常，使IT業務有序、安全穩定的運行。企業的固定資產構成范圍較廣，會造成管理困難。而資產管理則會對其進行分類，包括辦公設備、機房IT及基礎設施等資源都會細化。并按需求進行統一分配進行使用、統計。這種智能化資產管理系統正會完成以上工作。

能耗管理可以通過遠程監控現場設備，將能耗以報表的方式展示出來，使得能源控制更加精細化。

安全管理分為消防、安防兩大類，消防中的煙霧自動檢測、自動報警、自動淋水等功能和安防中的自動報警、實時監控等功能屬于安全管理范疇。

監控系統的核心系統屬于網絡通信管理，網絡通信管理中心包括電話通信網和傳真網，其中電話通信網的技術核心是數字式程控交換機。該監控系統以連接各網絡工作站和建立計算機終端連接為目標建立獨立的局域網以供使用，在該網絡中一并接通分布式數據庫，從而達到信息的高速傳輸與處理和加快電子郵件收發的速度與效率。通訊系統連接安防系統和企業監控系統，這樣就做到了實時監控，報警和處理事件及時的核心要求。且不會出現突發事件發生時的不按約定實現及時轉移操作權的錯誤發生。使整個管理工作一體化，各子系統之間的聯系更為高速，無論是在圖形傳輸還是數字文字信息的傳輸都變得及時，快速。

五、系統詳細設計

數據中心企業機房內的資源占用、基礎環境設施系統安全等情況需要監控系統對其進行實時監控、檢測、控制。進而確保機房內IT計算機設備的運行安全和數據中心機房各基礎設施設備監控的高度智能化。一體化的數據中心機房監控系統的基本功能可以歸納如下：

(1)數據中心機房內供配電、空調、消防、安保等設備的運轉情況包括啟動、終止、運行參數、異常事件等在本系統中可以被自動監視和控制。其運行狀態也可以被顯示或打印。

(2)供配電、空調、消防、安保等設備的運行參數在本系統中可以自動檢測、顯示、打印。設備間的交流信息趨勢和歷史數據等也可以在系統中顯示。

(3)保持設備的最佳運行狀態，在外界因素的影響下，例如環境因素負載情況等變化下進行自動調整。

(4)各設備出現異常運行和突發事件時，系統及時發出報警并給出處理方案，進行輔助決策。

(5)機房內基礎設施設備等的統一管理，協調設備間的控制情況。

(6)自動化能源管理：用水、供電等能源進行智能化、自動化管理。

(7)設備管理：設備檔案（購買信息等）和設備運轉情況，設備故障處理和維修情況的管理等。

為了增強對數據中心的精細化管理，充分利用數據中心現有電力資源、制冷資源，提高數據中心資源利用率，監控系統中增加了能效管理及容量管理平臺。為機房運維提供基礎環境各系統容量建模、容量展示、容量統計、容量分析、能效展示、能效分析與管理等功能。通過部署機房能耗管理模塊，實現對數據中心機房能耗的采集顆粒度細化、數據傳輸及保存方式優化、數據展示及分析功能優化，來最終提高對能效管理的優化分析，及對容量管理的數據支撐，實現對數據中心機房基礎環境的空間、電力、冷量等資源的集中監測、統一管理和管理優化分析，提高了機房環境領域的運維管理水平。

通過監控系統獲取數據中心各設施設備的用電數據，結合耗電系統分類，最終展示數據中心機房實時PUE、歷史PUE、實時功耗曲線、電力成本、分項能耗統計等數據，定制個性化分析數據導出。機房運維管理人員可根據智能化監控及數據分析，研究如何提高數據中心機房電能利用率和機房能效管理的方法，建立能效評估指標體系、能效評估模型，有針對性地反映數據中心的能效水平，并對機房進行能效評估和綠色數據中心節能降耗的優化方案。

（一）智能監控的設計方案

計算機技術、自動控制和通訊技術在智能監控領域內得到充分的應用。在一些特殊的情況如需要控制現場設備等來完成控制與檢測的任務也都應用到以上三技術，同時也離不開工作人員的協同操作。系統的輔助決策作用與工作人員的主觀判斷才能使系統功能發揮完整。一般情況下，幾點原則在監控管理的設計中不可或缺：傳感器節點應該部署的位置處于最底層，功能是用來實時監控控制環境。再以此傳感器為基礎進而向上分別設計為傳輸網站、基站、并最后建立與internet的連接。這個基礎的傳感器可以自發完成形成網絡的任務。并傳送數據至網關，基站負責接收由網關節點送來的屬于傳感器傳來的數據。通訊過程則在傳輸網絡上進行，他的職責是整合各傳感器的網關節點，同時也是一種綜合網關信息的局域性網絡。無線節點在進行數據匯聚后，和一臺可以連入Internet的計算機就可以構成基站，主要作用為監控網絡的運行狀態和對數據收發情況的監控和管理，他的作用類似于內存和cpu，即對數據的存儲和處理。一個基站或簡化后為一臺可聯入Internet的計算機都可以作為數據的服務器，在連接到Internet后的終端都有權限對該服務器或基站進行命令的發送。其系統結構圖如圖5-1所示。

圖5-1 系統結構圖

系統融合機房供配電、空調、消防、安保、視頻監控、門禁等系統管理，實現互通互聯，數據交換和信息共享。管理人員可以隨時隨地與機房設備進行信息交互，監控和管理整個機房環境，實現了多機房集中監控、分布管理的模式，提升了機房智能化管理水平。

整個系統由三部分組成：

現場設備采集層：由各種I/O采控模塊組成，直接連接各種被監控設備，采集UPS、空調、溫濕度、漏水等的現場信號。

現場監控服務器：實時分析、處理、存儲現場設備采集層的各種信息，并輸出到集中管理服務器。

集中管理服務器：對現場監控服務器進行統一管理，接收并顯示現場服務器上傳來的各種實時數據，產生報表，并針對各類報警事件發送報警信息。同時，集中管理服務器還可以發送控制命令給前端設備，給各WEB瀏覽終端提供訪問服務。本系統使用了雙機熱備的技術，即對集中管理服務器采用一主一備的方式，保證系統的絕對穩定性。

（二）智能監控的結構設計

系統結構的控制方式可以使用集散控制，該系統可以進行樓宇的監視、操作和管理、在充分利用計算機技術的前提下，達到分散控制其學校資源的功能。同時該系統的管理部分又不可缺少集中管理，于是可以細化為集中管理、分散控制和通訊三方面。分散控制中需要將控制單元進行分散化，傳感器單元需按地理位置等因素進行布放從而實施對該現場設備的實時監測。在分散后的數據進行整合和對各方面進行統一控制時，集中管理部分來進行負責。同時還集中監視各分散信息，對系統的組態和需要維護的信息進行處理并優化控制。各單元進行聯系、通訊，各部分進行通信時需要依靠通訊部分的技術支持，并在通訊時完成數據、指令等核心數據的傳遞。

中小系統的組成結構大都為兩層系統。可以分為現場控制級和監控級。本文的三級結構意在加強系統的統一管理和信息的分析能力。多出的一級結構為管理層，其控制系統層次結構圖如圖5-2所示。

圖5-2 集散控制結構圖

現場控制級：現場上所有的檢測設備連接后形成現場控制，各個監控設備在現場控制下屬于單機監控，其監控組成是現場傳感器，在體系結構中的名字是“分機”。監控級：系統各部分功能單元屬于監控級的控制范疇，所有的系統信息在監視級進行管理。包括運行參數、運行狀態等。被監控對象的信息應該記錄成表格形式，從而方便對突發事件的報警、故障分析顯示等進行掌控。管理級：本文較其他管理系統不同的第三級管理級所處位置為系統頂部，作用是對各子系統的聯系和信息傳遞進行協調工作。

六、結論

基于IT計算機數據中心的智能化監控系統創新性的綜合應用了智能監控、移動互聯、大數據等先進計算機技術，確保了新型的IT計算機數據中心機房可以增加運營效率，實現最佳數據管理的模式，同時，也可以幫助企業節能減排，利用大數據的分析功能，給出最佳監控方案，降低日常巡檢對設備的消耗；在數據安全的維護方面，可實時采集、智能分析不同類別的監管信息，有針對性的對突發事件進行報警處理，給出現場問題的輔助決策的處理方案。同時用戶可以通過客戶端或登錄網頁來查看現場設備的運行狀況，并且對現場設備的遠程監控和控制，還可以在用戶界面中導出能耗分析的圖表，為智能監控的節能控制提供參考依據。整個系統簡潔易操作且極具性價比，在發展前景方面其不乏廣闊性。

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