數(shù)據(jù)中心機(jī)房動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)可視化研究

謝銀海 張常亮 何星庭 田娟

1. 四川省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心 四川 成都 610072;2. 高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 四川 成都 610072

引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，四川省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房里運(yùn)行的天擎、天鏡、資源池、核心網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備，集約化精細(xì)化程度越來(lái)越高，氣象數(shù)據(jù)量飛速增加，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及通信設(shè)備數(shù)量與日俱增，規(guī)模越來(lái)越大，中心機(jī)房、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)已成為各大單位業(yè)務(wù)管理的核心部分。為保證其安全正常運(yùn)行，與之配套的機(jī)房動(dòng)力系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)必須時(shí)時(shí)刻刻穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作。傳統(tǒng)的機(jī)房管理往往不能及時(shí)排除故障，對(duì)事故發(fā)生的時(shí)間及責(zé)任也無(wú)科學(xué)的管理；更缺乏對(duì)已發(fā)生的故障作全面的分析數(shù)據(jù)，使得問(wèn)題不能得到完善的解決[1-6]。

本文基于省級(jí)綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，充分研究機(jī)房動(dòng)力環(huán)境所亟需的綜合監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)機(jī)房多種設(shè)備實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控，主要包括機(jī)房動(dòng)力系統(tǒng)監(jiān)控、機(jī)房環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)控和視頻監(jiān)控，具有完善的監(jiān)測(cè)和控制功能。通過(guò)Web頁(yè)面展示，實(shí)時(shí)記錄各類事件，對(duì)故障事件提供及時(shí)的告警，有效提高了運(yùn)維人員的管理效率，能夠快速高效的排除故障，并對(duì)已發(fā)生的故障做出全面的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房可靠的科學(xué)管理。

1 功能設(shè)計(jì)

1.1 物理架構(gòu)

該系統(tǒng)由通信局（站）、區(qū)域監(jiān)控中心、監(jiān)控中心、用戶終端、上層管理平臺(tái)組成，層次分明、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、邏輯清晰。采用分布式部署，在每一個(gè)數(shù)據(jù)中心分別部署一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，作為該數(shù)據(jù)中心的前端數(shù)據(jù)采集器，記錄本地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、操作記錄、告警發(fā)送記錄等，并支持控制傳感器[7-8]。該系統(tǒng)的物理流程圖如圖1所示。

圖1 機(jī)房監(jiān)控物理結(jié)構(gòu)

1.1.1 通信局（站）：由環(huán)境監(jiān)控主機(jī)、傳感器、監(jiān)控模塊等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、動(dòng)力設(shè)備、消防安防等數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器通過(guò)雙絞線接入到環(huán)境監(jiān)控主機(jī)接口上，各種智能設(shè)備通過(guò)智能監(jiān)控模塊將采集到的數(shù)據(jù)直接接入環(huán)境監(jiān)控主機(jī)。

1.1.2 區(qū)域監(jiān)控中心：由區(qū)域監(jiān)控服務(wù)器組成（可由監(jiān)控中心服務(wù)器集成服務(wù)，分配訪問(wèn)權(quán)限），監(jiān)管及運(yùn)維區(qū)域內(nèi)通信局（站），存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)通信局（站）上傳的數(shù)據(jù)。同時(shí)向上級(jí)監(jiān)控中心轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域內(nèi)各通信局（站）的數(shù)據(jù)。

1.1.3 監(jiān)控中心：由主監(jiān)控服務(wù)器、備監(jiān)控服務(wù)器、智云中心組成，存儲(chǔ)通信局（站）上傳的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，作為數(shù)據(jù)后臺(tái)可支持前端PC設(shè)備、客戶端App等多種方式訪問(wèn)。同時(shí)提供接口，可向第三方傳輸數(shù)據(jù)，便于集成。

1.1.4 用戶終端：客戶端App、PC端瀏覽器等多種方式管理、查詢、控制、運(yùn)維、信息推送等?？蓪?shí)現(xiàn)各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)分析挖掘、告警管理、運(yùn)維管理、權(quán)限管理和系統(tǒng)配置管理等。

1.1.5 上層管理平臺(tái)：通過(guò)VPN、公網(wǎng)等方式將環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸至第三方兼監(jiān)管平臺(tái)，集中數(shù)據(jù)大屏展示。

系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)容性，對(duì)于監(jiān)控對(duì)象的增減，機(jī)房增減，系統(tǒng)只需在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上增加相應(yīng)的傳感器和監(jiān)控模塊，而無(wú)須更改整個(gè)系統(tǒng)的原始設(shè)計(jì)，即可把新增的監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)對(duì)象整合到原有系統(tǒng)內(nèi)。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

服務(wù)器端擬采用Linux操作系統(tǒng)，客戶端擬采用Windows XP/Windows7/Windows10等操作系統(tǒng)。

1.2.1 編程語(yǔ)言：擬采用Java、Python編程語(yǔ)言，前端運(yùn)維門戶網(wǎng)站及管理界面采用J2EE技術(shù)架構(gòu)和Java編程語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，后端的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理等功能采用探針、Python腳本、爬蟲(chóng)、Spring JPA等技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源多樣性要求。

1.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)程序擬采用Java等編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采集數(shù)據(jù)主要通過(guò)接口進(jìn)行讀寫，配置信息擬復(fù)用天鏡系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)。

1.2.3 數(shù)據(jù)通信服務(wù)：擬采用Java等編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)通信服務(wù)程序提供FTP/HTTP/Socket等多種通信接口，以便和多個(gè)數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

1.2.4 用戶界面：擬采用AJAX+HTML+CSS3、React框架技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，豐富客戶端功能，支持IE9.0以上、Chrome2.x以上或其他主流瀏覽器。

選用主流工具和成熟的基礎(chǔ)軟件：開(kāi)發(fā)平臺(tái)、智能報(bào)表工具、在線編輯器、WebGIS、數(shù)據(jù)庫(kù)等主要開(kāi)發(fā)軟件和基礎(chǔ)軟件均選用穩(wěn)定高效的主流開(kāi)發(fā)工具，如Eclipse 3.3.x、IDEA 2018、Jasper Report、iReport、FCKeditor、HXGIS、Mysql、Restful等。

統(tǒng)計(jì)分析程序調(diào)用接口采用WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載均衡策略，實(shí)現(xiàn)程序調(diào)用的高并發(fā)響應(yīng)。如圖2所示。

圖2 機(jī)房監(jiān)控技術(shù)架構(gòu)

1.3 平臺(tái)架構(gòu)

系統(tǒng)基于全國(guó)統(tǒng)一的氣象綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（天鏡）數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)接現(xiàn)有省局機(jī)房系統(tǒng)信息，按照天鏡數(shù)據(jù)庫(kù)入庫(kù)接口規(guī)范，將機(jī)房系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)資源錄入天鏡數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)獲取接口獲取已入庫(kù)的數(shù)據(jù)資源。

機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)支撐層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、技術(shù)支撐層、應(yīng)用層和展示層5個(gè)部分，系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 機(jī)房監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)

數(shù)據(jù)支撐層實(shí)現(xiàn)平臺(tái)所需監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集和處理，包括服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等基礎(chǔ)軟硬件資源，對(duì)接核心業(yè)務(wù)平臺(tái)如狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)接CTS、省級(jí)綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)源主要包括機(jī)房設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、機(jī)房溫濕度數(shù)據(jù)、UPS監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、機(jī)房實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、業(yè)務(wù)告警數(shù)據(jù)、火情漏水監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層通過(guò)省級(jí)綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括狀態(tài)數(shù)據(jù)（如精密空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)、配電開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)等）、數(shù)據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)（如溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等）、采集任務(wù)配置數(shù)據(jù)（如定時(shí)任務(wù)時(shí)間、頻次數(shù)據(jù)）等[9-10]。

技術(shù)支撐層包括數(shù)據(jù)采集（探針、爬蟲(chóng)）、對(duì)接和web服務(wù)（Spring Boot等）、展示（Echarts、D3、React、Nginx、三維可視化組件）等方面所涉及的技術(shù)支撐。

應(yīng)用層包括數(shù)據(jù)采集分析、機(jī)房設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、機(jī)房溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控、配電開(kāi)關(guān)監(jiān)控、監(jiān)控信息可視化展示、監(jiān)控告警等，通過(guò)API接口與現(xiàn)有省級(jí)綜合業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接。

展示層主要包括監(jiān)控信息的可視化，實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)監(jiān)控功能展示及可視化視圖展示，告警信息推送給各級(jí)業(yè)務(wù)保障和管理人員。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要包括動(dòng)力監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)日志，告警管理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，權(quán)限管理等模塊。系統(tǒng)首頁(yè)如下圖4所示。

圖4 系統(tǒng)首頁(yè)展示

2.1 機(jī)房動(dòng)力監(jiān)測(cè)

包括市電監(jiān)測(cè)、配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、UPS監(jiān)測(cè)。市電監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在配電柜中安裝一個(gè)電量?jī)x，電量?jī)x連接市電的進(jìn)線和電流互感器的連接線，然后將電量?jī)x用雙絞線與環(huán)境監(jiān)控主機(jī)傳感器接口相連。從而達(dá)到監(jiān)測(cè)電壓U、電流I、頻率、功率因素、有功功率、無(wú)功功率等參數(shù)。配電開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在配電柜中安裝一個(gè)配電開(kāi)關(guān)模塊，配單開(kāi)關(guān)模塊并接空氣開(kāi)關(guān)的出線和連接電源防雷器輸出的信號(hào)，然后將配電開(kāi)關(guān)用雙絞線與環(huán)境監(jiān)控主機(jī)傳感器接口相連。從而達(dá)到監(jiān)測(cè)市電配電主要空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉和狀態(tài)，電源防雷器（帶開(kāi)關(guān)量輸出）的狀態(tài)。UPS監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)用數(shù)據(jù)線或網(wǎng)絡(luò)線將UPS直接連接到智能監(jiān)控模塊上，由智能監(jiān)控模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)境監(jiān)控主機(jī)上，這樣監(jiān)控主機(jī)就可以直接獲取到UPS的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)、工作狀態(tài)、報(bào)警信息。從而達(dá)到監(jiān)測(cè)UPS整流器、逆變器、電池（電池健康，含電壓電流等數(shù)值）、旁路、負(fù)載等各部分的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)。

2.2 機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)

包括溫濕度監(jiān)測(cè)、漏水檢測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)。溫濕度監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)將溫濕度傳感器布置在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，將采集到的信號(hào)傳送到環(huán)境監(jiān)控主機(jī)上，在Web頁(yè)面上以動(dòng)態(tài)的電子地圖，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處于不同空間位置的溫濕度的真實(shí)值。漏水檢測(cè)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在易產(chǎn)生漏水的區(qū)域鋪設(shè)漏水感應(yīng)線，將感應(yīng)線接到漏水控制器上，再將控制器的輸出信號(hào)接到環(huán)境監(jiān)控主機(jī)。當(dāng)漏水感應(yīng)線檢測(cè)到有漏水發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警。視頻監(jiān)測(cè)能對(duì)機(jī)房進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視并在Web頁(yè)面查看，系統(tǒng)支持視頻多畫面瀏覽、錄像回放、視頻控制管理。

2.3 系統(tǒng)日志

系統(tǒng)日志對(duì)自身及主機(jī)的操作、運(yùn)行、訪問(wèn)、告警均有日志記錄以便追溯問(wèn)題。

自身系統(tǒng)日志記錄包含：操作日志、訪問(wèn)日志、告警發(fā)送日志。主機(jī)日志記錄包含：訪問(wèn)日志、操作日志、事件日志。

2.4 告警管理

當(dāng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)超過(guò)設(shè)定的上下限值，判定為告警事件，為避免環(huán)境監(jiān)測(cè)量處在設(shè)定的上下限閾值波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)不斷地重復(fù)判斷為報(bào)警事件，重復(fù)發(fā)送報(bào)警信息，增加預(yù)警狀態(tài)，僅當(dāng)監(jiān)測(cè)量越過(guò)上下限值一定的時(shí)間才判斷為報(bào)警事件，預(yù)警時(shí)間可設(shè)置。告警展示通知告警信息及告警反饋信息流水式展示，在告警臺(tái)主頁(yè)面實(shí)現(xiàn)對(duì)嚴(yán)重告警信息及反饋信息流水式查看，以時(shí)間規(guī)律查看嚴(yán)重告警生成情況，并通過(guò)查看某個(gè)時(shí)間的告警事件，告警信息能夠自動(dòng)關(guān)聯(lián)故障源的配置信息，掌握故障資源的相關(guān)管理信息，提升故障處理效率。

2.5 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可選擇查詢的起止時(shí)間和查詢的傳感器來(lái)查詢?cè)摫O(jiān)測(cè)點(diǎn)在這段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)。查詢的內(nèi)容含有數(shù)據(jù)采集時(shí)間、描述、類型和數(shù)據(jù)?？蓪?duì)歷史數(shù)據(jù)做趨勢(shì)分析、對(duì)比分析，告警數(shù)據(jù)做告警次數(shù)統(tǒng)計(jì)、離線次數(shù)統(tǒng)計(jì)，并可查看更多數(shù)據(jù)?？蛇x擇起止時(shí)間、選擇具體某一個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象來(lái)進(jìn)行小時(shí)、日、月統(tǒng)計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

該研究從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，建立數(shù)據(jù)中心綜合監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的一體化監(jiān)控、管理。該系統(tǒng)具備全面的監(jiān)控管理功能、系統(tǒng)兼容能力、系統(tǒng)擴(kuò)展能力。設(shè)計(jì)建設(shè)流程化、信息化、自動(dòng)化、智能化、可視化的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控管理系統(tǒng)。

可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施精細(xì)化管理，保障機(jī)房可用性；實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一的信息共享、相互協(xié)調(diào)和聯(lián)動(dòng)功能，機(jī)房整體監(jiān)控及管理所需要的重要信息進(jìn)行綜合處理、集中管理；實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息共享和集中的設(shè)備監(jiān)控、報(bào)警管理等功能，并通過(guò)信息發(fā)布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵信息的展示與交互操作。

為機(jī)房?jī)?nèi)各系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行提供高度穩(wěn)定可靠的監(jiān)控信息資源，減少了管理人員的負(fù)擔(dān)，能夠快速高效的排除故障，并對(duì)已發(fā)生的故障做出全面的數(shù)據(jù)分析。