數據中心機房動環(huán)監(jiān)控系統可視化設計與研究

時間：2023-06-26作者：安科瑞電子商務（上海）有限公司瀏覽：37

摘要：為了維護好數據中心機房動力環(huán)境，及時發(fā)現隱患和排除故障，降低管理成本控制能耗，提高運維效率，**數據中心安全、、環(huán)保、穩(wěn)定的運行，針對目前機房管理的現狀，建設一套較加直觀可視化的機房自動化監(jiān)控系統是十分必要的。文章基于綜合業(yè)務實時監(jiān)控系統技術架構，設計統一監(jiān)控、集中管理的監(jiān)控平臺，將整個機房監(jiān)控及管理所需要的重要信息進行綜合處理，實現高度統一的界面展示、信息共享、相互協調和聯動功能，減少了管理人員的負擔，實現一體化“監(jiān)、管、控”。

關鍵詞： 數據中心；機房；動環(huán)；監(jiān)控；可視化

0引言

隨著信息技術的發(fā)展和普及，四川省氣象探測數據中心機房里運行的天擎、天鏡、資源池、**網絡和安全設備，集約化精細化程度越來越高，氣象數據量飛速增加，計算機系統及通信設備數量與日俱增，規(guī)模越來越大，中心機房、計算機系統和通信網絡已成為各大單位業(yè)務管理的**部分。為保證其安全正常運行，與之配套的機房動力系統、環(huán)境系統、消防系統、保安系統要時時刻刻穩(wěn)定協調工作。傳統的機房管理往往不能及時排除故障，對事故發(fā)生的時間及責任也無科學的管理；較缺乏對已發(fā)生的故障作全面的分析數據，使得問題不能得到完善的解決。

本文基于省級綜合業(yè)務實時監(jiān)控系統技術架構，充分研究機房動力環(huán)境所亟需的綜合監(jiān)控需求，設計數據中心機房監(jiān)控系統。該系統對機房多種設備實現了集中監(jiān)控，主要包括機房動力系統監(jiān)控、機房環(huán)境系統監(jiān)控和視頻，具有完善的監(jiān)測和控制功能。通過Web頁面展示，實時記錄各類事件，對故障事件提供及時的告警，有效提高了運維人員的管理效率，能夠快速的排除故障，并對已發(fā)生的故障做出全面的數據分析，實現了機房可靠的科學管理。

1功能設計

1.1 物理架構

該系統由通信局（站）、區(qū)域監(jiān)控中心、監(jiān)控中心、用戶終端、上層管理平臺組成，層次分明、結構簡單、邏輯清晰。采用分布式部署，在每一個數據中心分別部署一臺監(jiān)控主機，

作為該數據中心的數據采集器，本地監(jiān)測數據、操作記錄、告警發(fā)送記錄等，并支持控制傳感器。該系統的物理 流程圖如圖1所示。

圖1 機房監(jiān)控物理結構

1.1.1 通信局（站）：由環(huán)境監(jiān)控主機、傳感器、監(jiān)控模塊等組成，實現對現場環(huán)境、動力設備、消防安防等數據采集。現場傳感器通過雙絞線接入到環(huán)境監(jiān)控主機接口上，各種

智能設備通過智能監(jiān)控模塊將采集到的數據直接接入環(huán)境監(jiān)控主機。

1.1.2 區(qū)域監(jiān)控中心：由區(qū)域監(jiān)控服務器組成（可由監(jiān)控中心服務器集成服務，分配訪問權限），監(jiān)管及運維區(qū)域內通信局（站），存儲區(qū)域內通信局（站）上傳的數據。同時向上級監(jiān)控中心轉發(fā)區(qū)域內各通信局（站）的數據。

1.1.3 監(jiān)控中心：由主監(jiān)控服務器、備監(jiān)控服務器、智云中心組成，存儲通信局（站）上傳的數據，系統采用B/S架構，作為數據后臺可支持PC設備、客戶端App等多種方式訪問。同時提供接口，可向第三方傳輸數據，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、運維、信息推送等。可實現各種統計報表、數據分析挖掘、告警管理、運維管理、權限管理和系統配置管理等。

1.1.5 上層管理平臺：通過*、公網等方式將環(huán)境監(jiān)測的至第三方兼監(jiān)管平臺，集中數據大屏展示。系統具有良好的擴容性，對于監(jiān)控對象的增減，機房增減，系統只需在原有設計的基礎之上增加相應的傳感器和監(jiān)控模塊，而無須更改整個系統的原始設計，即可把新增的監(jiān)測內容和監(jiān)測對象整合到原有系統內。

1.2 技術架構

服務器端擬采用Linux操作系統，客戶端擬采用WindowsXP/Windows7/Windows10等操作系統。

1.2.1 編程語言：擬采用Java、Python編程語言，運維門戶網站及管理界面采用J2EE技術架構和Java編程語言進行系統開發(fā)，后端的數據采集、數據存儲管理等功能采用探針、Python腳本、爬蟲、Spring JPA等技術進行開發(fā)，以滿足系統的數據來源多樣性要求。

1.2.2 數據存儲服務：數據存儲服務程序擬采用Java等編程語言進行開發(fā)，采集數據主要通過接口進行讀寫，配置信息擬復用天鏡系統作為數據存儲平臺。

1.2.3 數據通信服務：擬采用Java等編程語言進行開發(fā)，數據通信服務程序提供FTP/HTTP/Socket等多種通信接口，以便和多個數據源進行數據交換。

1.2.4 用戶界面：擬采用AJAX+HTML+CSS3、React框架技術進行開發(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軟件：開發(fā)平臺、智能報表工具、在線編輯器、WebGIS、數據庫等主要開發(fā)軟件和基礎軟件均選用穩(wěn)定的主流開發(fā)工具，如Eclipse 3.3.x、IDEA

2018、Jasper Report、iReport、FCKeditor、HXGIS、Mysql、Restful等。

統計分析程序調用接口采用WebService技術實現，通過應用服務器的負載均衡策略，實現程序調用的高并發(fā)響應。如圖2 所示。

圖2 機房監(jiān)控技術架構

1.3 平臺架構

系統基于全國統一的氣象綜合業(yè)務實時監(jiān)控系統（天鏡）數據庫，對接現有省局機房系統信息，按照天鏡數據庫入庫接口規(guī)范，將機房系統的監(jiān)控數據資源錄入天鏡數據庫，然后通過數據獲取接口獲取已入庫的數據資源。機房動力環(huán)境監(jiān)控平臺架構包括數據支撐層、數據存儲層、技術支撐層、應用層和展示層5個部分，系統組成如圖3所示。

圖3 機房監(jiān)控平臺架構

數據支撐層實現平臺所需監(jiān)控數據的采集和處理，包括服務器，數據庫、網絡設備等基礎軟硬件資源，對接**業(yè)務平臺如狀態(tài)數據對接CTS、省級綜合業(yè)務監(jiān)控系統。監(jiān)控數據源主要包括機房設備狀態(tài)數據、機房溫濕度數據、UPS監(jiān)控數據、機房實時視頻數據、業(yè)務告警數據、火情漏水監(jiān)控數據等。

數據存儲層通過省級綜合業(yè)務監(jiān)控系統數據接口進行數據讀寫，數據存儲包括狀態(tài)數據（如精密空調運行狀態(tài)、配電開關運行狀態(tài)等）、數據指標數據（如溫濕度實時數據等）、采集任務配數據（如定時任務時間、頻次數據）等。技術支撐層包括數據采集（探針、爬蟲）、對接和web服務（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支撐。

應用層包括數據采集分析、機房設備運行狀態(tài)監(jiān)控、機房溫濕度實時監(jiān)控、配電開關監(jiān)控、監(jiān)控信息可視化展示、監(jiān)控告警等，通過API接口與現有省級綜合業(yè)務監(jiān)控系統對接。

展示層主要包括監(jiān)控信息的可視化，實現各分系統監(jiān)控功能展示及可視化視圖展示，告警信息推送給各級業(yè)務**和管理人員。

2 系統功能

系統功能主要包括動力監(jiān)測，環(huán)境監(jiān)測，系統日志，告警 管理，數據統計，權限管理等模塊。系統首頁如下圖4所示。

圖4 系統首頁展示

2.1 機房動力監(jiān)測

包括市電監(jiān)測、配電開關狀態(tài)監(jiān)測、UPS監(jiān)測。市電監(jiān)測實現是通過在配電柜中安裝一個電量儀，電量儀連接市電的進線和電流互感器的連接線，然后將電量儀用雙絞線與環(huán)境監(jiān)控主機傳感器接口相連。從而達到監(jiān)測電壓U、電流I、頻率、功率因素、有功功率、無功功率等參數。配電開關狀態(tài)監(jiān)測實現是通過在配電柜中安裝一個配電開關模塊，配單開關模塊并接

空氣開關的出線和連接電源防雷器輸出的信號，然后將配電開關用雙絞線與環(huán)境監(jiān)控主機傳感器接口相連。從而達到監(jiān)測市電配電主要空氣開關斷開或閉和狀態(tài)，電源防雷器（帶開關量輸出）的狀態(tài)。UPS監(jiān)測實現是通過用數據線或網絡線將UPS直接連接到智能監(jiān)控模塊上，由智能監(jiān)控模塊將數據轉發(fā)到環(huán)境監(jiān)控主機上，這樣監(jiān)控主機就可以直接獲取到UPS的各項運行參數、工作狀態(tài)、報警信息。從而達到監(jiān)測UPS整流器、逆變器、電池（電池健康，含電壓電流等數值）、旁路、負載等各部分的運行狀態(tài)與參數。

2.2 機房環(huán)境監(jiān)測

包括溫濕度監(jiān)測、漏水檢測、視頻監(jiān)測。溫濕度監(jiān)測實現是通過將溫濕度傳感器布置在需要監(jiān)測的區(qū)域，將采集到的信號傳送到環(huán)境監(jiān)控主機上，在Web頁面上以動態(tài)的電子地圖，實時監(jiān)測處于不同空間位置的溫濕度的真實值。漏水檢測實現是通過在易產生漏水的區(qū)域鋪設漏水感應線，將感應線接到漏水控制器上，再將控制器的輸出信號接到環(huán)境監(jiān)控主機。當漏水感應線檢測到有漏水發(fā)生時，系統會立即報警。視頻監(jiān)測能對機房進行實時監(jiān)視并在Web頁面查看，系統支持視頻多畫面瀏覽、錄像回放、視頻控制管理。

2.3 系統日志

系統日志對自身及主機的操作、運行、訪問、告警均有日志記錄以便追溯問題。自身系統日志記錄包含：操作日志、訪問日志、告警發(fā)送日志。主機日志記錄包含：訪問日志、操作日志、事件日志。

2.4 告警管理

當監(jiān)測項**過設定的上下限值，判定為告警事件，為避免環(huán)境監(jiān)測量處在設定的上下限閾值波動時，系統不斷地重復判斷為報警事件，重復發(fā)送報警信息，增加預警狀態(tài)，僅當監(jiān)測量越過上下限值一定的時間才判斷為報警事件，預警時間可設置。告警展示通知告警信息及告警反饋信息流水式展示，在告警臺主頁面實現對嚴重告警信息及反饋信息流水式查看，以時間規(guī)律查看嚴重告警生成情況，并通過查看某個時間的告警事件，告警信息能夠自動關聯故障源的配置信息，掌握故障資源的相關管理信息，提升故障處理效率。

2.5 數據查詢

數據統計可選擇查詢的起止時間和查詢的傳感器來查詢該監(jiān)測點在這段時間內的數據。查詢的內容含有數據采集時間、描述、類型和數據?？蓪v史數據做趨勢分析、對比分析，告警數據做告警次數統計、離線次數統計，并可查看更多數據。可選擇起止時間、選擇具體某一個監(jiān)測對象來進行小時、日、月統計。

3安科瑞動環(huán)監(jiān)控系統介紹設備選型

3.1軟件介紹

通過數據中心動環(huán)監(jiān)控系統，實現了對數據中心的門禁狀態(tài)、水浸狀態(tài)，煙霧狀態(tài)，視頻狀態(tài)，環(huán)境狀態(tài)，高低壓配電狀態(tài)，設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并進行實時報警，**數據中心正常運行，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高。同時實現動環(huán)監(jiān)控并對各用能耗能進行能效分析，幫助用戶實現用能效率的優(yōu)化。

系統功能

（1）展示當前數據中心總能耗，IT能耗，空調能耗，及其他能耗并且計算出當前數據中心實時PUE值，通過儀表盤形式直觀展示。

（2）選擇查看數據中心的中低壓配電系統主接線圖，并在一次圖顯示配電系統當前遙測、遙信數據和狀態(tài)。實時監(jiān)測各配電柜的電壓、電流等電力參數，的溫濕度、煙感、水浸、門禁等環(huán)境情況。

（3）電氣接點溫度實時監(jiān)測，斷路器觸頭、觸臂、母排和線纜連接等位置安裝無線測溫傳感器監(jiān)測接點溫度，便于提前發(fā)現溫度異常導致的事故。

（4）監(jiān)測各變壓器各項參數，包括負載率、頻率、功率因數、三相不平衡度等，并且顯示歷時曲線圖，數據實時變化。

（5）電能質量在線監(jiān)測，可以監(jiān)測電流和電壓諧波畸變率、電壓暫升暫降暫中斷等暫態(tài)事件記錄、ITIC容忍曲線等。

（6）系統采集UPS輸入、輸出端和旁路三相電壓、電流、有功功率、功率因數頻率，同時監(jiān)測UPS溫度、蓄電池電壓、當前負載下的剩余時間等數據。

（7）展示單體電池電壓、內阻和溫度，預測電池帶載時剩余時間，每節(jié)電池數據均可以設置異常報警，及時發(fā)現蓄電池異常。

（8）展示精密配電柜內進線和饋線回路電氣參數，包括電流電壓功率電能以及開關狀態(tài)，并可以對數據進行報警設置和分級，數據取自精密配電柜測量模塊。

（9）展示智能小母線的始端箱和插接箱電氣參數，包括電流電壓、開關狀態(tài)、插接點溫度，并對數據進行報警設置和分級。

（10）通過平面圖顯示數據中心能源分布，設備分布情況，并顯示設備能耗數據，點擊平面圖上設備可以進入具體設備監(jiān)控界面。

（11）實時顯示當前數據中心PUE值以及歷史PUE曲線。并且顯示各分項用能的用能情況及用能排行。監(jiān)測各變壓器運行及負載情況，給出本月變壓器輸出電能排行。

（12）顯示電能消耗日/月/年報表，并可對具體回路選擇曲線圖、餅圖進行展示。對數據中心用電數據進行同比、環(huán)比分析比較，查看用電趨勢。

（13）監(jiān)測精密空調的回風溫濕度，出回水溫度，并可以設定精密空調的溫濕度，達到較好的控制效果。

（14）監(jiān)測數據中心溫濕度、開關門、水浸、煙霧、噪聲、氣體濃度狀態(tài)等參數。曲線圖直觀明了，同時支持歷史數據查詢

（15）通過列表顯示各類報警事件數量，通過柱狀圖顯示逐日報警數量，提供報警總數以及增長趨勢。

（16）維管理功能，可針對數據中心各主要設備進行巡檢派工，消缺，搶修等維護工作。

3.2動環(huán)監(jiān)控系統設備選型

名稱	圖片	型號	功能
微機綜合保護裝置		AM6	線路/變壓器/母聯等回路保護和測控； 事件記錄和故障錄波功能。
智能操控裝置		ASD500	一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示； 高壓帶電顯示及自檢/閉鎖；驗電核相；斷電告警；柜內照明控制； 自動溫濕度控制/加熱回路故障告警； 遠方就地旋鈕/分合閘旋鈕/儲能旋鈕； 人體感應/語音防誤提示； 斷路器分合次數統計； 預分預合閃光指示； 分合閘回路電壓測量和完好指示； 電氣接點溫度監(jiān)測。
弧光保護		ARB5	10kV、0.4kV母線室弧光監(jiān)測； 弧光鏈路實時監(jiān)測； 弧光保護、故障錄波、事件記錄。
多功能儀表		APM520	具有全電量測量、電能統計、電能質量分析及網絡通訊等功能，可擴展多種功能模塊。通常用于進線回路配電監(jiān)測。
多功能儀表		APM510	具有全電量測量、電能統計、485通訊。通常用于出線回路配電監(jiān)測。
中壓備自投裝置		AM6-B	實現5個開關的備投控制； 實現進線自投自投、進線互投、母聯自投自復、柴油備投、自適應備投、聯切備投等19種切換方式； 邏輯可編程功能；
低壓備自投裝置		AM6-DB	實現5個開關的備投控制； 實現進線自投自投、進線互投、母聯自投自復、柴油備投、自適應備投、聯切備投等19種切換方式； 邏輯可編程功能；
開關驅動器		ATE	無線溫度傳感器，可以通過螺栓、磁吸和扎帶方式固定在探測點。
調光驅動器		ATC600	既可以對負載進行開關控制，還可以輸出0—10V調光信號對具有相應調光接口的燈具進行亮度調節(jié)，此外還可實現預設、場景功能。
智能面板		ARTM-Pn	可通過區(qū)分按鍵短按長按并結合不同參數設置實現開關、調光、場景、數值發(fā)送等功能。
觸摸面板		ATP007	可實現開關、調光、場景、數值發(fā)送等功能。和我司智能面板功能一致主要用于控制回路較多的區(qū)域。
電能質量在線 監(jiān)測裝置		APView500	支持16路電壓電流采集； 2-63次諧波電壓/電流監(jiān)測； 0.5-63.5次間諧波電壓/電流監(jiān)測； 電壓偏差/頻率偏差； 電壓不平衡/電流不平衡監(jiān)測； 電壓波動與閃變監(jiān)測； 電壓暫升、電壓暫降、短時中斷監(jiān)測； *大/*小/平均值/95%概率值統計； 故障錄波與事件記錄存儲功能。
多功能儀表		APM520	具有全電量測量、電能統計、電能質量分析及網絡通訊等功能，可擴展多種功能模塊。通常用于進線回路配電監(jiān)測。
有源電力濾波器		AnSin	一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或*特定次諧波進行補償。
混合動態(tài)濾波補償裝置		AnCos	線性輸出，無功功率全容性—全感性輸出的同時，可濾除特定次諧波； 具備三相不平衡治理及穩(wěn)壓功能。

4結束語

該研究從**層設計出發(fā)，建立數據中心綜合監(jiān)控管理平臺，實現機房基礎設施的一體化監(jiān)控、管理。該系統具備全面的監(jiān)控管理功能、系統兼容能力、系統擴展能力。設計建設流程化、信息化、自動化、智能化、可視化的數據中心基礎設施監(jiān)控管理系統。

可以實現機房基礎設施精細化管理，**機房可用性；實現高度統一的信息共享、相互協調和聯動功能，機房整體監(jiān)控及管理所需要的重要信息進行綜合處理、集中管理；實現各子系統之間的信息共享和集中的設備監(jiān)控、報警管理等功能，并通過信息發(fā)布系統實現關鍵信息的展示與交互操作。

為機房內各系統及設備運行提供高度穩(wěn)定可靠的監(jiān)控信息資源，減少了管理人員的負擔，能夠快速的排除故障，并對已發(fā)生的故障做出全面的數據分析。


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