一種大型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

潘宗霞

（深圳中興網(wǎng)信科技有限公司，廣東深圳 518057）

0 前言

數(shù)據(jù)中心起源于20世紀(jì)60年代，發(fā)展至今，數(shù)據(jù)中心先后經(jīng)歷了計(jì)算中心、信息中心和服務(wù)中心的三個(gè)發(fā)展階段[1]。信息服務(wù)的集約化、社會(huì)化和專業(yè)化發(fā)展使得因特網(wǎng)上的應(yīng)用、計(jì)算和存儲(chǔ)資源向數(shù)據(jù)中心遷移[2]。隨著云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為核心服務(wù)載體，需要穩(wěn)定可靠的運(yùn)行環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，增強(qiáng)事故處理能力，優(yōu)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(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心的環(huán)境進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理，真正做到實(shí)時(shí)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

數(shù)據(jù)中心綜合管理系統(tǒng)的范圍可涵蓋物理基礎(chǔ)設(shè)施和IT資產(chǎn)管理、業(yè)務(wù)運(yùn)營等所有功能模塊[4]。但在實(shí)際應(yīng)用中，因基礎(chǔ)設(shè)施和IT架構(gòu)、運(yùn)營通常是不同專業(yè)團(tuán)隊(duì)運(yùn)作維護(hù)，且交叉較少，兩大功能模塊的相對(duì)獨(dú)立部署更有利于簡化系統(tǒng)、增加可靠性，因此本文僅討論基礎(chǔ)設(shè)施部分的管理系統(tǒng)。

1 需求分析

基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)是對(duì)數(shù)據(jù)中心的各類動(dòng)力設(shè)備、機(jī)房環(huán)境實(shí)施集中監(jiān)控管理的系統(tǒng)，通過遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)，實(shí)時(shí)監(jiān)視動(dòng)力設(shè)備和機(jī)房環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)，記錄和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，通過智能分析預(yù)防故障、快速排障，提高系統(tǒng)的可靠性及數(shù)據(jù)中心設(shè)備的安全性。

本論文引用項(xiàng)目的基本情況是：建筑面積共計(jì)14 340平方米，其中包括室外場(chǎng)地1 910平方米（室外油機(jī)房820平方米、室外地下水池220平方米、冷卻機(jī)組占地860平方米、室外儲(chǔ)油罐10平方米）。數(shù)據(jù)中心共規(guī)劃60個(gè)微模塊，900個(gè)服務(wù)器機(jī)柜，平均每機(jī)柜6.5 kW。綜合管理系統(tǒng)需監(jiān)控的設(shè)備和系統(tǒng)如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)中心監(jiān)控管理對(duì)象及測(cè)點(diǎn)舉例

2 綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概述

基于上述需求分析，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)采用動(dòng)環(huán)視頻一體化監(jiān)控的解決方案，在動(dòng)環(huán)監(jiān)控量的采集和視頻信號(hào)的采集上做到功能互通，在傳輸上采用一體化組網(wǎng)，在監(jiān)控中心也采用同一平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)環(huán)和視頻的管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的綜合管理。

該方案依托IP網(wǎng)絡(luò)，采用分布式部署的系統(tǒng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房內(nèi)所有環(huán)境設(shè)備的統(tǒng)一集中全方位監(jiān)控管理，提供美觀友好的監(jiān)控管理、查詢界面，受控設(shè)備若出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)即自動(dòng)通過網(wǎng)絡(luò)，通過聲光、短信、電話、語音、桌面、郵件等方式及時(shí)報(bào)警，并直觀地鎖定異?；蚬收喜课唬_保機(jī)房管理維護(hù)人員第一時(shí)間掌握機(jī)房的異常狀態(tài)，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，迅速排除故障，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，監(jiān)控平臺(tái)采用標(biāo)準(zhǔn)接口，可靈活擴(kuò)容和增加系統(tǒng)，提供雙機(jī)熱備以保障高可靠運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)處理單元采用嵌入式設(shè)備，避免機(jī)械故障。管理系統(tǒng)邏輯上包括信息采集子系統(tǒng)和信息管理子系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見圖1。

信息采集子系統(tǒng)主要包括監(jiān)控主機(jī)及末端信息采集設(shè)備。每臺(tái)監(jiān)控主機(jī)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(shù)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(cè)量溫度、電池總電壓以及煙霧告警，DO通道可以通過相關(guān)控制器對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，如非智能空調(diào)開關(guān)、照明開關(guān)等設(shè)備。主機(jī)具備6路智能協(xié)議轉(zhuǎn)換口，在同一時(shí)間段可以對(duì)多個(gè)智能設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，本項(xiàng)目中智能電量儀、高壓直流系統(tǒng)、UPS、空調(diào)、門禁系統(tǒng)等都將連接到監(jiān)控主機(jī)的智能接口。在主通訊接口方面，監(jiān)控主機(jī)提供2個(gè)IP接口，同時(shí)內(nèi)置有HUB，既可通過IP接口進(jìn)行上行通訊，也可通過IP接口接入智能設(shè)備或視頻設(shè)備；另外，監(jiān)控主機(jī)可提供1個(gè)RS232接口作為主通訊串口。

信息管理子系統(tǒng)即監(jiān)控中心，由安防臺(tái)、前置臺(tái)、業(yè)務(wù)臺(tái)、報(bào)表臺(tái)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、安防應(yīng)用服務(wù)器、動(dòng)環(huán)應(yīng)用服務(wù)器、大屏幕、多媒體交換單元、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備或監(jiān)視器等設(shè)備構(gòu)成。監(jiān)控中心使用局域網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議，此技術(shù)手段符合工信部關(guān)于本地網(wǎng)網(wǎng)管和監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求，且容易實(shí)現(xiàn)與其他監(jiān)控系統(tǒng)的相互聯(lián)接。

2.3 信息管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

信息管理子系統(tǒng)各設(shè)備功能介紹如下。

（1）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：用以存放系統(tǒng)監(jiān)控的所有數(shù)據(jù)，其中包括各監(jiān)控量的歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警閥值、報(bào)警記錄、安全及操作員權(quán)限管理信息、配置信息、操作維護(hù)記錄等。數(shù)據(jù)庫可以響應(yīng)各業(yè)務(wù)臺(tái)發(fā)出的請(qǐng)求(如讀出、查詢、寫入等操作)，在執(zhí)行請(qǐng)求的過程中各業(yè)務(wù)臺(tái)以客戶端的方式訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，此方式在很大程度上提升了數(shù)據(jù)庫處理數(shù)據(jù)的速度。在同一時(shí)間段允許多個(gè)客戶進(jìn)行訪問，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)性。同時(shí)，該數(shù)據(jù)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(dǎo)入其他存儲(chǔ)設(shè)備（如：磁帶等）進(jìn)行存儲(chǔ)。

圖1 基礎(chǔ)設(shè)施綜合管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）動(dòng)環(huán)應(yīng)用服務(wù)器：用以集中監(jiān)控中心所有服務(wù)軟件模塊，并完成該監(jiān)控系統(tǒng)的所有應(yīng)用服務(wù)功能，例如：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、用戶鑒權(quán)、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和備份、系統(tǒng)管理、WEB服務(wù)等。

（3）業(yè)務(wù)臺(tái)：用以提供用戶界面并實(shí)現(xiàn)多種用戶交互的監(jiān)控功能，包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警信息的顯示和處理、報(bào)警過濾和屏蔽的設(shè)置、監(jiān)控量屬性修改、歷史數(shù)據(jù)的查詢、遙控功能、生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表、查詢和打印報(bào)表、以及其他定制監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模可以設(shè)置多個(gè)業(yè)務(wù)臺(tái)，根據(jù)不同屬性的登錄用戶，業(yè)務(wù)臺(tái)可以具有不同的監(jiān)控范圍和操作權(quán)限。此外，可以通過遠(yuǎn)程接入的方式設(shè)置具有與位于監(jiān)控中心的業(yè)務(wù)臺(tái)相同功能的反拉終端或者遠(yuǎn)程分控臺(tái)。

（4）報(bào)表臺(tái)：用以提供報(bào)表操作界面并支持對(duì)歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的查詢，提供系統(tǒng)各設(shè)備報(bào)警統(tǒng)計(jì)報(bào)表或圖表（包括曲線圖、直方圖、餅圖）的導(dǎo)出等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各種報(bào)表的生成、查詢和打印等功能。

（5）前置臺(tái)：用以交替訪問各監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)送到節(jié)點(diǎn)臺(tái)、業(yè)務(wù)臺(tái)和數(shù)據(jù)庫，并接收從監(jiān)控中心發(fā)出的命令請(qǐng)求，根據(jù)地址將各命令請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至各監(jiān)控端局，對(duì)端局設(shè)備進(jìn)行查詢、控制或調(diào)節(jié)。同時(shí)，前置臺(tái)還支持N+1備份功能。

（6）中心接入設(shè)備：根據(jù)不同的組網(wǎng)方式和傳輸資源選擇不同的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備，進(jìn)行不同接口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最終將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)送至局域網(wǎng)上的前置臺(tái)。

（7）安防應(yīng)用服務(wù)器：該服務(wù)器是視頻一體化和安防一體化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，為智能門禁、出入管理、基站防盜等子功能提供數(shù)據(jù)中心的各項(xiàng)服務(wù)，并提供各視頻監(jiān)控設(shè)備的接入、各媒體信息的接收、轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)等功能。

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

3 綜合管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目采用中興通訊自主研發(fā)的數(shù)據(jù)中心綜合管理系統(tǒng)DcNumen 3000，實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控及界面顯示；

（2）告警管理；

（3）報(bào)表管理；

（4）PUE計(jì)算與測(cè)量；

（5）配置管理；

（6）安全機(jī)制；

（7）視頻管理；

（8）門禁管理；

（9）互聯(lián)互通。

綜合管理系統(tǒng)從使用者的角度考慮，操作簡單、維護(hù)方便。用戶只需有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，對(duì)用戶的編程技能沒有要求，只需要進(jìn)行少量培訓(xùn)即可熟練的使用該管理軟件。該系統(tǒng)還設(shè)有智能容錯(cuò)機(jī)制，用以防止用戶因操作失誤而導(dǎo)致的系統(tǒng)失控，通過該機(jī)制可以導(dǎo)入系統(tǒng)原來的設(shè)置使系統(tǒng)恢復(fù)到發(fā)生錯(cuò)誤操作之前的狀態(tài)，這在一定程度上降低了對(duì)維護(hù)人員專業(yè)技能的要求，使系統(tǒng)更易于維護(hù)與管理。

數(shù)據(jù)中心作為能源密集型產(chǎn)業(yè)，能耗成本和碳排放是評(píng)估數(shù)據(jù)中心等級(jí)的關(guān)鍵指標(biāo)。綜合管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示PUE值，結(jié)構(gòu)化方式顯示各設(shè)備的能耗，分項(xiàng)、分類、分區(qū)域計(jì)量，直觀定位問題點(diǎn)，有效改善了高能耗、低效率的弊端。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，各組件功能清晰，全面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心動(dòng)力設(shè)備、機(jī)房環(huán)境、安全、消防等基礎(chǔ)設(shè)施，有效預(yù)防故障，穩(wěn)定可靠地支撐用戶的業(yè)務(wù)和發(fā)展。PUE數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示對(duì)能耗管理和綠色環(huán)保具有積極意義。

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