数据中心AR运维技术

◆贺长宇 张 宇 武 超



数据中心AR运维技术

◆贺长宇 张 宇 武 超

（中国电子科技集团公司电子科学研究院 北京 100041）

本文提出了一种基于增强现实（AR）技术的数据中心机房运维技术，包含AR巡检、AR检修、AR培训等三个子系统，功能包括：巡检、检修过程的数据管理；巡检作业的智能化指导；设备前后端数据的全方位识别展示；检修全过程的数据跟踪与记录；远程专家实时协助检修。有效解决传统运维效率不高、巡检容易遗漏、运维人力成本高等现实问题。此外，本文描述了一个研究案例，将非增强现实技术的传统运维系统与AR运维系统进行用户体验对比。通过实际的用户反馈数据，对增强现实技术对数据中心巡检效率和用户体验的提升进行了详细的分析。

增强现实；运维；用户体验

0 引言

数据中心安全运行工作面临“多、大、高、少”的现实情况。“多”主要体现在设备多;“大”主要是指系统规模大，信息系统和模块众多;“高”主要是实时性要求高和安全性要求高;“少”主要表现在主业运维人员和运维工具少。当前的运维工作只能依靠运维人员日常巡检发现隐患，无法对系统运行情况进行线上和线下的全面监控，而且效率低下、工作枯燥[1,2]。AR运维系统通过AR眼镜与运维管理系统、动力与环境监控系统等进行数据通信，从总体上查看网络中各种资源数据，并通过数据可视化的形式与真实的机房进行虚实融合[3,4]。基于AR眼镜的图像识别和环境跟踪技[5]，快速识别设备信号及运行状态，并指导巡检人员逐个设备进行巡检，自动对故障设备进行报警提示，防止巡检过程中遗漏设备[6,7]。

1 设计方法

AR运维系统包括巡检和检修（AR-IM）。使用HoLOLENS 作为系统的中的AR眼镜。系统设计成AR眼镜前端和服务器后台的综合系统，系统包含用户管理、巡检系统、检修系统等三个功能模块；由三个客户端程序（AR眼镜客户端APP、ipad客户端、PC控制台客户端）和服务器端程序组成，系统架构如图1。

图1 AR运维系统机构

系统功能设计：

（1）用户管理系统

用户管理系统包含用户信息账号管理，工单管理。信息账号管理是指PC控制台客户端输入巡检员信息，并同步到AR眼镜; 巡检员可以查看巡检员姓名、员工编号等身份认证信息。工单管理指用户使用AR眼镜可以直接查看当前任务清单、今日工作内容，如图2。工单管理包括巡检工单和检修工单。

图2 基于增强现实的工单管理

（2）巡检系统

巡检系统详细功能包括7个基本功能。查看数据中心整体态势；机房定位和巡检指引；巡检流程管理；前后端信息展示；巡检记录；告警管理，巡检的过程记录。

查看数据中心整体态势：用户可以实时查看机房总体运行情况。比如机房的温度、机房的湿度、所有设备的运行情况等。

机房定位和巡检指引：基于AR眼镜（hololens）的空间扫描和空间定位，能够实时计算巡检员在真实机房中的位置，并映射到2D的平面机房地图中，以实现实时定位。

巡检流流程管理：AR眼镜中显示对应该机房巡检任务的巡检任务列表。通过识别巡检任务中涉及的设备，将虚拟任务信息叠加在真实设备上，辅助用户快速进行巡检。

设备前后端信息展示：AR运维系统将设备前后端2D/3D可视化信息依次有序叠加在真实设备上，包括指示灯状态、数字仪表盘数字、开关状态、设备位置、运行状态、机柜微环境数据等。

自动告警功能：后台服务器对系统集成的传感器状态进行实时检测，如果发现设备异常，将设备告警推送到AR眼镜中。巡检员可以看到警告提示叠加在异常设备正前方，并查看详细故障。

巡检过程记录：巡检过程中，AR眼镜实时录制巡检过程的第一人称视频，并传输给后台，管理人员也使用控制台程序直接查看实时视频。巡检完成后，AR巡检系统自动生成巡检报表。巡检报表包含巡检人信息、日期、正常设备和报修设备等。

（3）检修功能

检修的详细功能如下：

检修导航。通过AR导航箭头提示快速到到达异常设备处。

检修流程管理。检修员佩戴AR眼镜扫描设备，可调出设备的检修操作步骤，查看设备相关的文档和说明书，查看并参考其他检修员的维修视频。

远程协作管理。遇到无法解决的问题可以呼叫远程专家，远程专家可以在IPAD上或者电脑的客户端实时连接眼镜，查看现场视频，远程专家使用标注功能可以在现场的视频画面上进行画圈、画点标注。检修员通过AR眼镜可以看到真实设备上叠加了虚拟的圈点信息。使用圈点系统可以方便专家和检修员的沟通。

检修过程记录。AR眼镜拍摄检修过程视频并保存下来。

检修完成后，生成检修表单。

2 实验

2.1 数据源

实验一共招募了28个数据中心运维专业人员参与试验。采用对照实验,14人参与了AR组（使用AR运维系统），剩下的14人参与非AR组（nor-AR运维系统）。

2.2 实验环境

使用2台hololens（AR组）和2台ipad pro(Nor-ar组)进行实验。

2.3 实验方法

与某银行的客服中心合作，选择了核心机房的200个机柜进行巡检，并且人为设置了一个设备异常，巡检员在巡检作业过程中，需要完成所有200个机柜的常规巡检并且修复异常设备。巡检作业完成后，填写体验调查问卷。

2. 4 实验结果

AR-IMT里面有大量的数据可视化和语音提示，以降低供巡检作业的枯燥感，这些元素是否增加了用户巡检作业的趣味性对提升运维作业的效能具有重要影响。由表1可以看出，AR组的玩家比Nor-AR组的用户给出更高的主观等级，两组数据具有显著性差异。同时我们观察到一些有趣的现象，AR 组的7名参与者中，在后期的访谈中表示，AR-imt系统的可视化效果使得数据变得更加亲近自然，他们甚至明显感觉到巡检时间过得很快，有一种玩游戏的感觉，不再像过去那样，因为巡检过于枯燥，巡检是一种煎熬。而在非AR 组则没有类似的反应。另外，在nor-AR组，当参与者回应是否在遇到设备异常时感觉到紧张时给出了更高的主观等级。

表1 AR组及非AR组用户体验

3 结束语

本文中给出了AR-imt系统的设计细节，这个系统主要使用增强现实技术来实现数据中心巡检运维的各个功能，并且用到了设备识别、指示灯识别来提高巡检的效率。在实验中，两组参与者分别使用AR-imt和去除增强现实效果的nor-AR，最后完成了调查问卷。结果表明AR-imt系统可以显著提高巡检效率，降低漏检率，提高检修成功率，提高了系统的浸感、降低了巡检的枯燥性，改善游戏性能。并且也表明在系统中使用增强现实技术能够更容易地产生复杂的心里学影响，降低用户的紧张感。

[1]R. Perla, R. Hebbalaguppe, G. Gupta, G. Sharma, E. Hassan, M. Sharma, L. Vig, G. Shroff, "An ar inspection framework: Feasibility study with multiple ar devices", International Symposium on Mixed and Augmented Reality, 2016.

[2]S. Ren, K. He, R. Girshick, J. Sun, "Faster R-CNN: Towards realtime object detection with region proposal networks", Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2015.

[3]S. Hegde, R. Perla, R. Hebbalaguppe, E. Hassan, "Gestar: Real time gesture interaction for ar with egocentric view", International Symposium on Mixed and Augmented Reality，2016.

[4]J. L. Busch, M. E. Sterling, "Method and system for facilitating vehicle inspection to detect previous damage and repairs", Apr，2000.

[5]G. Chene, J. R. Worrall, R. V. Ramsey, W. Shintaku, L. A. French, B. J. Mueller, G. D. Lawruk, D. A. Kramer, "Vehicle inspection and maintenance system", July 2003.

[6]G. Jo, K.-J. Oh, I. Ha, K.-S. Lee, M.-D. Hong, U. Neumann, S. You, "A unified framework for augmented reality and knowledge-based systems in maintaining aircraft", AAAI, pp. 2990-2997，2014.

[7]M. Young, The Technical Writer’s Handbook. Mill Valley, CA: University Science，1989.

[8]Daniel Brenners, Interaction Design for Mobile Virtual Reality，2016.

本项目研究得到以下的支持：军委装发十三五预研课题（D13917112001）。