基于物聯網技術的數據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

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

1 架構設計

1.1 數據中心基礎設施主要運維管理問題

數據中心是為集中放置的電子信息設備提供運行環境的建筑場所，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、支持區和行政管理區等[2]。

如果將大型數據中心看作是一個綜合型園區，那這樣規模的數據中心僅應用傳統的動環監控系統將會存在以下問題。 (1)設計、建設、應用同質化，難以滿足個性化需求。 (2)建筑物與建筑物之間，建筑物內各子系統相對獨立，存在“信息孤島”的問題，智能化、智慧化水平低。 (3)數據采集孤立，難以實現系統聯動。 (4)應用可擴展性差，擴展成本較高。 (5)難以實現高效、便捷的集中式管理，運維成本高。 (6)重要設備運行狀態不易實時監控，事故預警難以實現。

1.2 數據中心智能運維管理平臺軟件

物聯網技術是指通過各種信息傳感器件，有線或無線網絡，按約定協議，把各種末端設施設備與網絡連接，以實現信息交換和通信的一種網絡技術。 目前已廣泛應用于工業、農業、醫療等行業。

將物聯網技術應用于數據中心智能運維管理平臺，可以有效地解決上述問題，主要表現在如下幾方面:(1)可實現數據中心智能運維管理平臺各子系統互聯互通，使其具有更高的開放性和可靠性，打破傳統智能化系統的“信息孤島”問題，系統間可以方便實現聯動控制。 (2)通過多協議物聯網網關，實現各末端設備不同通訊協議的信息采集，使平臺數據采集更具有兼容性和廣泛性，滿足園區智能化終端設備的個性化設計需求。 (3)作為統一開放的物聯網平臺，可以實現數據中心海量數據的采集、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，并形成專家診斷規則庫，實現數據的統一、共享，為數據中心智能運維管理平臺及應用終端進行數據建模和數據挖掘提供數據支撐。 (4)可進行數據中心基礎設施設備的運行仿真和工作狀態模擬，實現數據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 數據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:數據采集的重要部分，也是物聯網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絡，涉及到射頻、傳感、無線網絡、現場總線等核心關鍵技術，包含動環系統(包括動力設備、配電設備、蓄電池、機房環境、機柜環境)、安防系統(包括視頻設備、門禁設備、電子監控)、樓控系統(包括冷源設備、通風設備、空調設備)、消防系統(包括火災報警、廣播系統)及其他各類子系統(包括IT 設施、微模塊、資產信息、智能照明、其他設備等)。

(2)接入層:通過各類網絡通訊技術和設備，將采集層各子系統和設備數據進行接入，涉及Internet網絡、有線網絡、無線網絡、數據接入網關、IoT 網關等，支持SNMP、Modbus、OPC、BAC net、MQTT 等各種協議。

(3)平臺層:數據處理核心層級，包含數據的處理、分析、診斷能力的數據引擎；包括聯動控制、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、數據庫的專家系統引擎；還涉及無損實時數據壓縮傳輸、實時工作流引擎支持的業務調度等關鍵技術。

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

(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 數據中心智能運維管理平臺系統

一個典型大型數據中心園區的智能運維管理平臺系統結構如圖2 所示。

圖2 數據中心智能運維管理平臺系統結構

系統接入層既實現縱向結構的接入，同時在橫向上實現數據中心各子系統的互聯互通，并通過園區通訊網絡向數據中心智能運維管理平臺提供數據源。 利用采集的實時數據，向總控中心、運維部門、物業管理部門等提供智能化應用服務，并依靠平臺基于物聯網、大數據、人工智能等技術實現的高級智慧化應用服務，為數據中心園區提供統一數字化智慧化運維管理服務。

2 功能模塊

在數據中心智能運維管理平臺軟件架構中，應用層是應用服務業務構建的核心層級，同時也最能體現管理平臺智能化、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)設施監控:針對數據中心基礎設施實現圖形化顯示、控制、分析、告警管理，實時監控顯示設備的運行狀態及變化趨勢；設備實時運行參數顯示及告警管理，包括告警的顯示、處理和分析。 智能化應用火災報警聯動如圖4 所示。

圖4 火災報警聯動

(2)能效管理:主要針對水、電、氣等能源消耗進行統計，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優化，形成具有全面、系統、安全的能效綜合職能管理功能，以達到能源消耗的節約與改善。 關鍵功能模塊包括能源組成、能源利用率、節能診斷、用能預警預測等。

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

(4)資產管理:提供對數據中心資產設施的入庫、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臺賬及檢索、資產可視化、資產統計分析等。

(5)連接管理:呈現數據中心設備之間的連接關系，為數據中心運維業務提供連接性關系的數據支撐。 關鍵功能模塊包括連接總覽、配置信息、設備操作、統計報表等。

(6)事件管理:主要包括事件識別和創建、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據中心基礎設施的增補、移除、修改等進行管理。

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

(9)智能巡檢:數據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、維保數據統計分析等功能。

3 結束語

針對當前行業對數據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網技術的數據中心智能運維管理平臺，該平臺包括設施監控、能效、容量、資產、連接、事件、變更、人員、智能巡檢、智慧運維等核心功能模塊，滿足了行業對數據中心智慧運維的迫切需求，將基礎設施多個子系統集成在統一平臺，實現各系統數據充分共享，運用物聯網、大數據處理、數據挖掘、人工智能等技術，管理、分析、預警數據中心基礎設施面對的各種復雜多樣的運維問題，實現了數據中心安全、可靠、節能運行。