IT计算机数据中心智能化运维监控及能效管理的探索与研究

中国银联股份有限公司 徐建波

一、研究背景

随着信息技术的高速发展，以传感网为技术基础的物联网在国际上被视作互联网之后的又一次网络革命[1]。通过传感器网络（wireless sensor networks, WSN）进行的现实应用涉及到工业、军事、金融、国防科技、工商、医疗、社会公共、应急救援等方面。其作为先进的获取信息和信息处理技术在新兴领域作用的开展也应该重视[2]。

本文了进行了对于“数据中心智能化运维监控系统”研究，力求实现重要IT数据中心机房中集IT基础设施系统、供配电、空调、消防、安保等多方面领域的智能一体化，力求最大限度的将上述问题解决[4]。本文的研究内容以实现全自动监控为目标，解放人力消耗为核心理念，通过应用计算机技术与数字化管理技术，实现对IT数据中心机房各基础设施设备的精准维护，使监控机房的管理更加便捷高效，维护水平也更高。同时，对于日常的人为巡检、安全风险预判都用传感器以及数字化执行器来顶替。实现数据机房主动安全维护以及设备的自动检验，提升机房工作寿命，增加数据管理安全性[5]。

二、系统简介

本文主要是设计和实现一种以IT计算机数据中心机房为中心的智能化运维监控系统，针对重要数据中心企业的监控管理提供网络综合信息监控和传输系统[6]。为提高企业内部系统、数据的安全指数，在突发事件发生时进行应急处理的能力进行提升。在综合管理的需求方面，结合本课题涉及到的数据中心机房网络及基础设施运行环境，实现工作方式和工作流程的重新规划。在时间空间的约束面前，解除他们和管理部门的限制。使智能化、平台化为基础的数据中心机房集中监控系统的系统流程变成相较于其他部门流程更加扁平。其意义为增加各权限用户调用符合其权限范畴的数据时的灵活性和便捷性。在这个平台下又可以做到资源共享，互相监管，达到高效、透明、精简的管理模式。

三、系统设计相关技术

智能化监控系统系统的开发需要使用到与网站应用开发相关的各类技术，其中包括动态网页开发的JSP技术，基于MVC分层模式的SSH（Spring、Struts和Hibernate）框架技术[7]。MVC模式通过把系统分为三层模式，从而使系统中的业务逻辑层与数据部分相分离，使数据略及的处理操作更加明确有序。

四、系统功能

我国早期传统数据中心机房的安全管理监控体系基本依靠重要场所的视频监控，技术手段单一，建设规模有限，普遍存在无预警、无警示、无跟踪、无联动的缺陷，不能满足“事前预警、目标跟踪、事件处置”的防控工作要求。

本文开展的研究主体为计算机数据中心智能化监控系统，研究目的是可以使数据中心企业内机房及楼宇智能化程度提高、公共资产智能化、安防智能化、通讯和办公智能化。以上五个方面的智能化组成了本系统的五个重点拓展方面。如图4-1所示。

图4-1 金融业无线网络监控系统基本功能

数据中心企业楼宇细化后可以为企业内的办公楼、IT机房楼、食堂、信息楼、行政楼等一系列楼宇，而数据中心机房监控系统则是一种综合且智能化的信息系统。系统核心由计算机构成，周围环境则由各类传感器、执行器组成。进而形成一个完整的监控系统。监控系统中的子功能还包括对电力、供配电/空调/安防监控设施设备等电器运行情况、给水排水情况的综合监管。从而保障数据中心机房内IT计算机设备运转正常，使IT业务有序、安全稳定的运行。企业的固定资产构成范围较广，会造成管理困难。而资产管理则会对其进行分类，包括办公设备、机房IT及基础设施等资源都会细化。并按需求进行统一分配进行使用、统计。这种智能化资产管理系统正会完成以上工作。

能耗管理可以通过远程监控现场设备，将能耗以报表的方式展示出来，使得能源控制更加精细化。

安全管理分为消防、安防两大类，消防中的烟雾自动检测、自动报警、自动淋水等功能和安防中的自动报警、实时监控等功能属于安全管理范畴。

监控系统的核心系统属于网络通信管理，网络通信管理中心包括电话通信网和传真网，其中电话通信网的技术核心是数字式程控交换机。该监控系统以连接各网络工作站和建立计算机终端连接为目标建立独立的局域网以供使用，在该网络中一并接通分布式数据库，从而达到信息的高速传输与处理和加快电子邮件收发的速度与效率。通讯系统连接安防系统和企业监控系统，这样就做到了实时监控，报警和处理事件及时的核心要求。且不会出现突发事件发生时的不按约定实现及时转移操作权的错误发生。使整个管理工作一体化，各子系统之间的联系更为高速，无论是在图形传输还是数字文字信息的传输都变得及时，快速。

五、系统详细设计

数据中心企业机房内的资源占用、基础环境设施系统安全等情况需要监控系统对其进行实时监控、检测、控制。进而确保机房内IT计算机设备的运行安全和数据中心机房各基础设施设备监控的高度智能化。一体化的数据中心机房监控系统的基本功能可以归纳如下：

(1)数据中心机房内供配电、空调、消防、安保等设备的运转情况包括启动、终止、运行参数、异常事件等在本系统中可以被自动监视和控制。其运行状态也可以被显示或打印。

(2)供配电、空调、消防、安保等设备的运行参数在本系统中可以自动检测、显示、打印。设备间的交流信息趋势和历史数据等也可以在系统中显示。

(3)保持设备的最佳运行状态，在外界因素的影响下，例如环境因素负载情况等变化下进行自动调整。

(4)各设备出现异常运行和突发事件时，系统及时发出报警并给出处理方案，进行辅助决策。

(5)机房内基础设施设备等的统一管理，协调设备间的控制情况。

(6)自动化能源管理：用水、供电等能源进行智能化、自动化管理。

(7)设备管理：设备档案（购买信息等）和设备运转情况，设备故障处理和维修情况的管理等。

为了增强对数据中心的精细化管理，充分利用数据中心现有电力资源、制冷资源，提高数据中心资源利用率，监控系统中增加了能效管理及容量管理平台。为机房运维提供基础环境各系统容量建模、容量展示、容量统计、容量分析、能效展示、能效分析与管理等功能。通过部署机房能耗管理模块，实现对数据中心机房能耗的采集颗粒度细化、数据传输及保存方式优化、数据展示及分析功能优化，来最终提高对能效管理的优化分析，及对容量管理的数据支撑，实现对数据中心机房基础环境的空间、电力、冷量等资源的集中监测、统一管理和管理优化分析，提高了机房环境领域的运维管理水平。

通过监控系统获取数据中心各设施设备的用电数据，结合耗电系统分类，最终展示数据中心机房实时PUE、历史PUE、实时功耗曲线、电力成本、分项能耗统计等数据，定制个性化分析数据导出。机房运维管理人员可根据智能化监控及数据分析，研究如何提高数据中心机房电能利用率和机房能效管理的方法，建立能效评估指标体系、能效评估模型，有针对性地反映数据中心的能效水平，并对机房进行能效评估和绿色数据中心节能降耗的优化方案。

（一）智能监控的设计方案

计算机技术、自动控制和通讯技术在智能监控领域内得到充分的应用。在一些特殊的情况如需要控制现场设备等来完成控制与检测的任务也都应用到以上三技术，同时也离不开工作人员的协同操作。系统的辅助决策作用与工作人员的主观判断才能使系统功能发挥完整。一般情况下，几点原则在监控管理的设计中不可或缺：传感器节点应该部署的位置处于最底层，功能是用来实时监控控制环境。再以此传感器为基础进而向上分别设计为传输网站、基站、并最后建立与internet的连接。这个基础的传感器可以自发完成形成网络的任务。并传送数据至网关，基站负责接收由网关节点送来的属于传感器传来的数据。通讯过程则在传输网络上进行，他的职责是整合各传感器的网关节点，同时也是一种综合网关信息的局域性网络。无线节点在进行数据汇聚后，和一台可以连入Internet的计算机就可以构成基站，主要作用为监控网络的运行状态和对数据收发情况的监控和管理，他的作用类似于内存和cpu，即对数据的存储和处理。一个基站或简化后为一台可联入Internet的计算机都可以作为数据的服务器，在连接到Internet后的终端都有权限对该服务器或基站进行命令的发送。其系统结构图如图5-1所示。

图5-1 系统结构图

系统融合机房供配电、空调、消防、安保、视频监控、门禁等系统管理，实现互通互联，数据交换和信息共享。管理人员可以随时随地与机房设备进行信息交互，监控和管理整个机房环境，实现了多机房集中监控、分布管理的模式，提升了机房智能化管理水平。

整个系统由三部分组成：

现场设备采集层：由各种I/O采控模块组成，直接连接各种被监控设备，采集UPS、空调、温湿度、漏水等的现场信号。

现场监控服务器：实时分析、处理、存储现场设备采集层的各种信息，并输出到集中管理服务器。

集中管理服务器：对现场监控服务器进行统一管理，接收并显示现场服务器上传来的各种实时数据，产生报表，并针对各类报警事件发送报警信息。同时，集中管理服务器还可以发送控制命令给前端设备，给各WEB浏览终端提供访问服务。本系统使用了双机热备的技术，即对集中管理服务器采用一主一备的方式，保证系统的绝对稳定性。

（二）智能监控的结构设计

系统结构的控制方式可以使用集散控制，该系统可以进行楼宇的监视、操作和管理、在充分利用计算机技术的前提下，达到分散控制其学校资源的功能。同时该系统的管理部分又不可缺少集中管理，于是可以细化为集中管理、分散控制和通讯三方面。分散控制中需要将控制单元进行分散化，传感器单元需按地理位置等因素进行布放从而实施对该现场设备的实时监测。在分散后的数据进行整合和对各方面进行统一控制时，集中管理部分来进行负责。同时还集中监视各分散信息，对系统的组态和需要维护的信息进行处理并优化控制。各单元进行联系、通讯，各部分进行通信时需要依靠通讯部分的技术支持，并在通讯时完成数据、指令等核心数据的传递。

中小系统的组成结构大都为两层系统。可以分为现场控制级和监控级。本文的三级结构意在加强系统的统一管理和信息的分析能力。多出的一级结构为管理层，其控制系统层次结构图如图5-2所示。

图5-2 集散控制结构图

现场控制级：现场上所有的检测设备连接后形成现场控制，各个监控设备在现场控制下属于单机监控，其监控组成是现场传感器，在体系结构中的名字是“分机”。监控级：系统各部分功能单元属于监控级的控制范畴，所有的系统信息在监视级进行管理。包括运行参数、运行状态等。被监控对象的信息应该记录成表格形式，从而方便对突发事件的报警、故障分析显示等进行掌控。管理级：本文较其他管理系统不同的第三级管理级所处位置为系统顶部，作用是对各子系统的联系和信息传递进行协调工作。

六、结论

基于IT计算机数据中心的智能化监控系统创新性的综合应用了智能监控、移动互联、大数据等先进计算机技术，确保了新型的IT计算机数据中心机房可以增加运营效率，实现最佳数据管理的模式，同时，也可以帮助企业节能减排，利用大数据的分析功能，给出最佳监控方案，降低日常巡检对设备的消耗；在数据安全的维护方面，可实时采集、智能分析不同类别的监管信息，有针对性的对突发事件进行报警处理，给出现场问题的辅助决策的处理方案。同时用户可以通过客户端或登录网页来查看现场设备的运行状况，并且对现场设备的远程监控和控制，还可以在用户界面中导出能耗分析的图表，为智能监控的节能控制提供参考依据。整个系统简洁易操作且极具性价比，在发展前景方面其不乏广阔性。

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