數(shù)據(jù)中心機(jī)房搭建三維可視化平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

常曉茹 亢軍賢 王輝 胡慧中 楊怡晨

摘要：文章通過(guò)研究數(shù)據(jù)中心機(jī)房的運(yùn)維問(wèn)題，提出將可視化技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)計(jì)思路，文章進(jìn)行了三維可視化平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)等，描述了數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境可視化、資產(chǎn)可視化、容量可視化、配線可視化、監(jiān)控可視化、演示可視化等運(yùn)維功能，通過(guò)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房應(yīng)用可視化技術(shù)將機(jī)柜、服務(wù)器、配線架、交換機(jī)、路由器等進(jìn)行可視化，可以極大提高運(yùn)維人員工作效率，有效解決數(shù)據(jù)中心機(jī)房安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：可視化；數(shù)據(jù)中心；機(jī)房

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）30-0098-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

隨著信息化步伐的加速發(fā)展，萬(wàn)事萬(wàn)物都需要數(shù)據(jù)化，這樣數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)尤為重要，目前數(shù)據(jù)中心機(jī)房包括機(jī)柜、空調(diào)、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、配線架和各類探頭等，種類多，技術(shù)要求高，專業(yè)性強(qiáng)，運(yùn)維困難，這些設(shè)備可靠運(yùn)行通常是機(jī)房可靠運(yùn)行的重要考量指標(biāo)，為了保障這些設(shè)備的可靠運(yùn)行，就需要提出新的解決方案和思路[1]。

1 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房存在的問(wèn)題

管理工具分散。應(yīng)用和系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、機(jī)房管理等工具系統(tǒng)，分散孤立、缺乏整合，無(wú)法提供統(tǒng)一管理視圖，難以協(xié)調(diào)配合。技術(shù)領(lǐng)域間缺乏關(guān)聯(lián)分析手段，沒(méi)有建立跨技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)關(guān)系，缺乏自業(yè)務(wù)應(yīng)用至IT基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一管理視圖，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，影響范圍和故障根源定位困難。缺乏可視化管理手段，當(dāng)前系統(tǒng)建設(shè)仍停留在數(shù)據(jù)管理和傳統(tǒng)的表格維護(hù)層面，內(nèi)容理解困難，缺乏有效的可視化分析手段。部分管理數(shù)據(jù)依靠人工線下維護(hù)，部分運(yùn)維數(shù)據(jù)維護(hù)仍依賴傳統(tǒng)的離線電子表格，管理分散，缺乏統(tǒng)一的管理手段，準(zhǔn)確性無(wú)法保證[2]。

2 可視化技術(shù)

人類思考的過(guò)程就是建立思維視圖的過(guò)程。可視化采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將數(shù)據(jù)和概念轉(zhuǎn)化為圖形，將復(fù)雜信息傳遞給受眾，使其快速消化和理解。可視化利用人類眼睛通往心靈深處的廣闊帶寬優(yōu)勢(shì)，使人們能目睹、探索乃至立即理解大量的信息。計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在眾多領(lǐng)域，正在改變?nèi)祟惿畹姆椒矫婷妗？梢暬先祟愄煨裕屓祟惻c新技術(shù)世界以人類的方式互動(dòng)。可視化技術(shù)就是利用圖形接口工具如：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等將實(shí)體及功能可視化，達(dá)到遠(yuǎn)程可視化控制和維護(hù)實(shí)體的技術(shù)[3]。本文提出將可視化技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)中，以解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房遇到的問(wèn)題。數(shù)據(jù)中心機(jī)房可視化也就是將數(shù)據(jù)中心機(jī)房的機(jī)柜、空調(diào)、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、配線架和各類探頭等的運(yùn)維和管理實(shí)現(xiàn)可視化，通過(guò)一體化可視化平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)維和管理。

3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房可視化總體框架設(shè)計(jì)

目前單位數(shù)據(jù)中心機(jī)房分為三部分：機(jī)柜區(qū)域、供配電區(qū)域和值班區(qū)域。機(jī)柜區(qū)域配有傳輸機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、服務(wù)器機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)邊界防護(hù)機(jī)柜、動(dòng)環(huán)機(jī)柜、工程精密空調(diào)、消防柜、監(jiān)控機(jī)柜等，主要進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)處理、網(wǎng)絡(luò)邊界防護(hù)、機(jī)房及重點(diǎn)位置監(jiān)控等功能；供配電區(qū)域主要包括強(qiáng)電機(jī)柜、UPS主機(jī)、UPS電池組，空調(diào)、動(dòng)環(huán)設(shè)施、消防設(shè)施、監(jiān)控?cái)z像頭等，主要對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房提供不間斷電源，保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)等全年正常運(yùn)行；值班區(qū)域正在升級(jí)改造中，初步設(shè)計(jì)前排為操作臺(tái)，操作臺(tái)對(duì)面為拼接屏，可以將機(jī)房?jī)?nèi)可視化界面顯示到拼接屏上，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警提醒，方便運(yùn)維人員盡快處理。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房可視化總體按照三層設(shè)計(jì)，最底層是圖形接口層，圖形接口工具包括：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等；中間層為3D引擎（數(shù)據(jù)接口層），分為管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，管理系統(tǒng)包括資產(chǎn)臺(tái)賬表、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、配置管理系統(tǒng)等，監(jiān)控系統(tǒng)包括動(dòng)環(huán)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)等；由圖形接口和數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)的3D引擎[4]支撐起最上層的用戶層，主要可視化運(yùn)維、可視化服務(wù)和可視化顯示，可視化運(yùn)維包括機(jī)房資產(chǎn)可視化、機(jī)房布線可視化、機(jī)房容量可視化、機(jī)房監(jiān)控可視化、運(yùn)維工作可視化，可視化服務(wù)包括設(shè)備配置可視化、設(shè)備上架可視化、機(jī)柜容量可視化、設(shè)備監(jiān)控可視化、遠(yuǎn)程巡檢可視化，可視化顯示包括多中心可視化、環(huán)境可視化、建筑瀏覽可視化、建筑管路可視化、演示匯報(bào)可視化等。如圖1所示：

4 利用三維可視化模型建模

三維可視化模型是對(duì)實(shí)體與實(shí)體之間關(guān)系進(jìn)行描述，是由實(shí)體節(jié)點(diǎn)與連接線組成的集合。當(dāng)用戶對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行三維可視化建模時(shí)，首先需要加載待布局節(jié)點(diǎn)的信息；然后進(jìn)行布局操作；最后保存布局結(jié)果，供圖形呈現(xiàn)使用。

5 數(shù)據(jù)中心機(jī)房三維可視化平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房部署三臺(tái)服務(wù)器，分別為：三維可視化平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器，通過(guò)光纖將其接入核心交換機(jī)并入網(wǎng)絡(luò)。對(duì)所有設(shè)備通過(guò)ID號(hào)和IP地址通過(guò)協(xié)議進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)柜及以外設(shè)施通過(guò)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，在關(guān)鍵點(diǎn)位根據(jù)需要安裝對(duì)應(yīng)傳感器，并將其接入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)線纜、設(shè)備端口和配線架進(jìn)行統(tǒng)一命名標(biāo)識(shí)，并通過(guò)模型設(shè)置到三維平臺(tái)。

6 數(shù)據(jù)中心機(jī)房三維可視化平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)

開(kāi)發(fā)三維可視化平臺(tái)，該平臺(tái)分為六個(gè)模塊，分別為環(huán)境可視化模塊、資產(chǎn)可視化模塊、配線可視化模塊、容量可視化模塊、監(jiān)控可視化模塊、演示可視化模塊等。該平臺(tái)通過(guò)圖形接口工具：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等建立三維可視化模型，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)所有設(shè)備、機(jī)柜、空調(diào)、線纜、配線架、設(shè)備端口等進(jìn)行三維可視化開(kāi)發(fā)，建立數(shù)據(jù)元，數(shù)據(jù)元映射為實(shí)體和屬性，通過(guò)開(kāi)發(fā)工具建立機(jī)房設(shè)備的模擬三維模型，在三維模型上設(shè)置其實(shí)體屬性，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，達(dá)到智能監(jiān)測(cè)的目的，實(shí)現(xiàn)通過(guò)軟件平臺(tái)高效管控和運(yùn)維機(jī)房的目的。

7 數(shù)據(jù)中心機(jī)房三維可視化平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)

7.1環(huán)境可視化

環(huán)境可視化就是將數(shù)據(jù)中心機(jī)房從機(jī)房結(jié)構(gòu)、機(jī)柜布局到機(jī)柜內(nèi)IT設(shè)備以及機(jī)房設(shè)備間的各種線纜全部采用虛擬3D仿真的方法實(shí)現(xiàn)出來(lái)。具體分為機(jī)房可視化、機(jī)柜可視化、機(jī)柜內(nèi)設(shè)備可視化和線纜連接可視化等。機(jī)房可視化，包括機(jī)房所在樓宇結(jié)構(gòu)、機(jī)房所在位置、機(jī)房?jī)?nèi)部建筑結(jié)構(gòu)和機(jī)房?jī)?nèi)部裝修等；機(jī)柜可視化，包括網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、通信機(jī)柜、UPS機(jī)柜、空調(diào)柜、監(jiān)控機(jī)柜、存儲(chǔ)機(jī)柜等，可視化需要描述其外觀尺寸、材質(zhì)、內(nèi)部布局的基本信息、狀態(tài)信息和容量信息等；機(jī)柜內(nèi)設(shè)備可視化，包括機(jī)架式服務(wù)器、交換機(jī)、路由器、防火墻、存儲(chǔ)陣列、網(wǎng)閘等IT設(shè)備品牌和型號(hào)，可視化主要體現(xiàn)運(yùn)行指標(biāo)、狀態(tài)信息和業(yè)務(wù)信息等；線纜可視化主要包括IT設(shè)備前后面板端口、線纜型號(hào)、接口類型、數(shù)據(jù)傳輸速率和狀態(tài)、故障報(bào)警和供電監(jiān)測(cè)等，主要表現(xiàn)IT設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和線纜連接狀態(tài)。

7.2資產(chǎn)可視化

資產(chǎn)可視化就是將各個(gè)機(jī)柜及機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的基本配置信息通過(guò)EXCEL方式導(dǎo)入可視化系統(tǒng)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與配置信息間互查，完成資產(chǎn)配置可視化。功能包括：信息查詢、機(jī)柜搜索和定位、設(shè)備搜索和定位、設(shè)備位置跟蹤、設(shè)備信息管理和設(shè)備端口管理等。信息查詢，主要通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備臺(tái)賬的查詢；機(jī)柜搜索和定位，主要通過(guò)模糊查詢條件查詢所找機(jī)柜，其他機(jī)柜虛化顯示；設(shè)備搜索和定位，主要通過(guò)模糊條件查詢?cè)O(shè)備，顯示資產(chǎn)信息配置屬性，其他設(shè)備虛化顯示；設(shè)備位置跟蹤，主要是設(shè)備在機(jī)柜中的位置發(fā)生變化時(shí)，3D場(chǎng)景中自動(dòng)變更設(shè)備物理位置[5]；設(shè)備信息管理，主要是在相關(guān)場(chǎng)景中，機(jī)柜位置信息和設(shè)備位置信息與實(shí)際布局完全一致；設(shè)備端口管理，主要展現(xiàn)設(shè)備前后面板端口占用情況及配線架連接情況。

7.3配線可視化

配線可視化就是將機(jī)柜內(nèi)的設(shè)備連接信息展現(xiàn)在平臺(tái)界面，可以在設(shè)備和鏈路信息之間互查。配線可視化包括：設(shè)備連接查詢、鏈路連接信息查詢、線路維護(hù)操作可視化、設(shè)備端口查詢、設(shè)備鏈路查詢等。設(shè)備連接查詢，可以通過(guò)一個(gè)設(shè)備，查詢?cè)撛O(shè)備所有端口的鏈接去向，并強(qiáng)化顯示；鏈路連接信息查詢，就是通過(guò)一個(gè)跳線可以查詢這條跳線上整個(gè)鏈路線路信息，并突出顯示；線路維護(hù)操作可視化，就是在線路信息維護(hù)時(shí)，可以直接通過(guò)拖拽方式完成管線的維護(hù)；設(shè)備端口查詢，就是通過(guò)配線架和前后面板查詢端口占用情況；設(shè)備鏈路查詢，就是可以通過(guò)鏈路信息查詢基礎(chǔ)布線信息。

7.4容量可視化

容量可視化就是對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜占用機(jī)房的空間，機(jī)柜內(nèi)剩余空間和機(jī)房?jī)?nèi)承重情況進(jìn)行量化和展現(xiàn)，包括機(jī)房空間容量統(tǒng)計(jì)、機(jī)柜空間容量顯示、運(yùn)行功率實(shí)時(shí)可視化、承重可視化等。機(jī)房?jī)?nèi)空間容量統(tǒng)計(jì)，主要統(tǒng)計(jì)機(jī)房空間內(nèi)各種機(jī)柜的存放位置及剩余空間；機(jī)柜空間容量顯示主要是對(duì)每個(gè)幾個(gè)的U位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，還剩余多少U位可用；運(yùn)行功率實(shí)時(shí)可視化就是顯示機(jī)柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行時(shí)功率消耗情況，對(duì)每臺(tái)設(shè)備設(shè)置閾值，超過(guò)閾值會(huì)報(bào)警顯示，提示運(yùn)維人員檢查；承重可視化主要顯示當(dāng)前各機(jī)柜及UPS電池組等承重是否符合建筑要求，如果增加是否會(huì)超標(biāo)等。

7.5監(jiān)控可視化

監(jiān)控可視化就是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行情況可視化監(jiān)控、服務(wù)器和存儲(chǔ)等主機(jī)監(jiān)控可視化和日志監(jiān)控可視化，使其相互協(xié)同相互補(bǔ)充，形成一套完整的監(jiān)控可視化系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可視化監(jiān)控就是將交換機(jī)、路由器、防火墻等按照級(jí)聯(lián)關(guān)系可視化顯示，不論網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、還是鏈路出現(xiàn)故障會(huì)立即在平臺(tái)突出顯示，并進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)顯示具體設(shè)備和位置，界面還提出解決建議方案，同時(shí)向其他機(jī)房子節(jié)點(diǎn)發(fā)布處理信息及步驟；服務(wù)器和存儲(chǔ)等主機(jī)監(jiān)控可視化主要是將設(shè)備的CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)容量、溫度等信息圖形化監(jiān)控，根據(jù)配置信息對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，超過(guò)閾值就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，并突出顯示設(shè)備名稱及位置，同時(shí)給出解決方案；日志監(jiān)控可視化主要是對(duì)設(shè)備和線路的運(yùn)行過(guò)程和維護(hù)過(guò)程進(jìn)行記錄，以便出現(xiàn)問(wèn)題可以進(jìn)行復(fù)盤和提前預(yù)判。

7.6演示可視化

演示可視化就是可以展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的系統(tǒng)邏輯關(guān)系、模擬設(shè)備和線路故障、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢、可以方便將3D效果與PPT進(jìn)行整合形成演示文稿等。包括茲定于動(dòng)畫、交互式演示匯報(bào)、可視化擴(kuò)展功能等。自定義動(dòng)畫就是可以自定義生成流暢生動(dòng)的演示動(dòng)畫，用于設(shè)備和線路巡檢、機(jī)房介紹和應(yīng)急預(yù)案展現(xiàn)等場(chǎng)景。交互式演示匯報(bào)主要是將生成流暢生動(dòng)演示動(dòng)畫融于PPT匯報(bào)稿中，達(dá)到匯報(bào)時(shí)雙向互動(dòng)的匯報(bào)效果；可視化擴(kuò)展功能就是在機(jī)房空間、機(jī)柜容量、設(shè)備增加等方面提供架構(gòu)升級(jí)擴(kuò)充的接口，通過(guò)拖拽方式很方便進(jìn)行三維擴(kuò)展。

8 總結(jié)

通過(guò)可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境可視化、資產(chǎn)可視化、配線可視化、容量可視化、監(jiān)控可視化、演示可視化等可視化運(yùn)維功能，既可以讓設(shè)備高效運(yùn)行，也可以讓設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，既可以對(duì)各種故障進(jìn)行提前預(yù)判和排除，也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房資源合理調(diào)配，達(dá)到節(jié)能減排的目的，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房面臨的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心機(jī)房的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 左軍.關(guān)于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的安全和規(guī)劃思考[J].通訊世界，2017（22）：47-48.

[2] 馮國(guó)良.地方政府?dāng)?shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)現(xiàn)狀及改進(jìn)[J].中國(guó)高新區(qū)，2019（3）：271-272.

[3] 王磊，廉東本，王俊霖.數(shù)據(jù)中心三維可視化場(chǎng)景編輯器的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2017，26（5）：253-256.

[4] 方強(qiáng).基于WebGL的3D圖形引擎研究與實(shí)現(xiàn)[D].合肥：安徽大學(xué)，2013.

[5] 張玄，黃蔚.3D機(jī)房運(yùn)維可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].軟件，2016，37（7）：89-93.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】