吳興國 蔣輝

（中國電信股份有限公司安徽分公司 安徽省合肥市 230000）

1 引言

近年來，隨著通信領(lǐng)域業(yè)務(wù)規(guī)模的擴大，通信機房承載著越來越多系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)及業(yè)務(wù)的發(fā)展，這使得建立更完善的機房管理制度、提供數(shù)字信息化的機房管理手段、保證機房穩(wěn)定安全的運行成為了保障通信行業(yè)良性發(fā)展的必然趨勢。而運營商的實際機房監(jiān)管存在多種問題，并且缺乏節(jié)能的數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。如機房出現(xiàn)局部溫度過高的時候，只是盲目的增加或者置換空調(diào)，客觀上增加了運營商的機房成本。

針對上述問題，機房監(jiān)管平臺從人員管理、設(shè)備管理、機房管理等多方面切入，基于大數(shù)據(jù)建模及分析，提供一整套的監(jiān)管體系，配備門禁管理、機房作業(yè)/設(shè)備出入及加電管理、機房日常維護管理、機房環(huán)境管理、機房設(shè)備拓撲管理等多模塊功能，落實機房進出審批制度、加強機房作業(yè)審批及備案、實現(xiàn)機房3D 一體化展示。

2 運營商機房監(jiān)控整體設(shè)計

基于大數(shù)據(jù)的機房監(jiān)管平臺，包括以下功能：門禁管理、機房機架視圖、全省機房視圖、巡檢管理、機房及設(shè)備上下架管理及機房視頻監(jiān)控等（如圖1 所示）。利用多維度的分析模型計算出當(dāng)前機房的環(huán)境溫度、能耗預(yù)測及設(shè)備狀態(tài)等。

IT 負載預(yù)測：通過單個機房當(dāng)天的IT 負載數(shù)據(jù)(按小時)的輸入，經(jīng)過模型計算分析，輸出未來1 天的IT 負載預(yù)測結(jié)果。

制冷功耗評估：通過當(dāng)前水冷機機組數(shù)據(jù)、冷凍水水泵數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、IT 設(shè)備總能耗及空調(diào)總能耗等數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過模型計算分析，輸出水冷主機功耗預(yù)測。

機柜溫度評估：通過機柜ID、機柜當(dāng)前溫度最大值、負載數(shù)據(jù)、出風(fēng)地板等數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過模型計算分析，輸出瞬時機柜出風(fēng)溫度。

空調(diào)狀態(tài)評估：通過機房環(huán)境數(shù)據(jù)、運行電流、電量等數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過模型計算分析，輸出空調(diào)狀態(tài)、包括開關(guān)、風(fēng)機額定轉(zhuǎn)速、風(fēng)機最小轉(zhuǎn)速等。

用電預(yù)算：通過輸入需要預(yù)測的機房ID，經(jīng)過模型計算分析，輸出當(dāng)前機房未來1 天的耗電預(yù)測結(jié)果。

2.1 設(shè)計原理

全省機房視圖及機房機架視圖基于基礎(chǔ)設(shè)備信息完備的情況下建立，系統(tǒng)提供創(chuàng)建設(shè)備實體、錄入設(shè)備信息等功能，在業(yè)務(wù)層面上實現(xiàn)邏輯關(guān)聯(lián)形成機房拓撲關(guān)系圖；將日常維護中對數(shù)據(jù)、設(shè)備等所需的功能，建立在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上，從而實現(xiàn)對機房設(shè)備的可視化管理。

此外通過管理手段上的延伸，需建立門禁管理、巡檢管理、機房視頻監(jiān)管等功能，實現(xiàn)機房從實際使用層面的出入管理及預(yù)防監(jiān)控管理。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

建立大數(shù)據(jù)分析模型，實現(xiàn)機房能耗節(jié)能。通過外圍系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集，運營商可以獲取到財務(wù)數(shù)據(jù)、智能電表數(shù)據(jù)、動力環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)、其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等，利用這些數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析模型找到問題原因，實現(xiàn)機房能耗節(jié)能。

此分析架構(gòu)可基于Hadoop 實現(xiàn)，Hadoop 具備高擴展性、高效性、高可靠性、高容錯性、成本低等優(yōu)點。分析架構(gòu)大致框架如圖2 所示。

圖1

圖2

圖3

通過將不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)實時或者定時進行數(shù)據(jù)匯聚與清洗，將數(shù)據(jù)匯總整合形成最終適用于分析建模的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并存儲到大數(shù)據(jù)平臺。

機房能耗受多種影響因素，包括外部溫度、外部濕度、設(shè)備開啟時間、主設(shè)備數(shù)量、主設(shè)備功耗、空調(diào)設(shè)置溫度、機房面積、開啟的風(fēng)柜數(shù)量等，通過機器學(xué)習(xí)，可以幫助發(fā)現(xiàn)這些因素與機房能耗之間可能存在的關(guān)系。

圖4

圖5

根據(jù)以上的多種影響因素，建立簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖3所示。

由于運營商機房的業(yè)務(wù)承載、外部環(huán)境及機房規(guī)模等因素的不同，可將機房劃分為若干類，針對每一種類型制定相應(yīng)的模型。通過模型來模擬機房的承載及環(huán)境的預(yù)警值，實現(xiàn)機房能耗的提前預(yù)警等功能。

3 功能簡介

3.1 門禁管理及視頻監(jiān)控

加強機房管理，落實機房進出審批制度，包括人員進出、設(shè)備進出，隨身攜帶品“最小必需”。每個月核對檢查門禁刷卡記錄及機房視頻監(jiān)控錄像。

圖7

圖8

圖9

門禁及視頻監(jiān)控：核查門禁、視頻失效和異常等情況?？刹榭串?dāng)前各機房的門禁情況，是否有機房視頻監(jiān)控失效，視頻監(jiān)控異常情況占比等。

門禁卡管理：門禁卡包含新增、注銷及權(quán)限變更流程。在界面上提供門禁卡的申請及變更功能?？梢愿鶕?jù)不同的需求不同的申請人進行不同權(quán)限的門禁卡申請操作，申請之后需要相應(yīng)的人員進行審批；還可以對已申請的門禁卡進行注銷及權(quán)限變更，變更的過程需要進行上級人員審批。

圖10

機房進出審批流程（如圖4 所示）：包括人員進出、設(shè)備進出，隨身攜帶品“最小必需”等審批流程。將審批的結(jié)果和審批的過程記錄下來，為后期做門禁刷卡記錄、視頻監(jiān)控等核對做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

3.2 機房機架視圖

通過數(shù)據(jù)采集及大數(shù)據(jù)分析等將機房機架形成3D 視圖方式（如圖5 所示），集成告警數(shù)據(jù)形成3D 模式的機樓機房監(jiān)控及管理視圖。

數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)提供多樣化的數(shù)據(jù)采集方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同設(shè)備的采集和管理。系統(tǒng)為用戶提供了設(shè)備信息的修改功能，可以手動輸入設(shè)備的相應(yīng)信息，根據(jù)不同的安全級別對服務(wù)器CPU 使用率、內(nèi)存使用率、接口流量數(shù)據(jù)、FTP 服務(wù)及UPS 使用情況等進行數(shù)據(jù)采集，并儲存在數(shù)據(jù)庫中，為后臺應(yīng)用分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)也可以通過一定的采集設(shè)備定時掃描設(shè)備信息，包括設(shè)備的名稱、編號、連接端口、域名等并存儲在系統(tǒng)中為后續(xù)分析做數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)采用流量采集程序獲取各網(wǎng)段的流量數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶主機和流量類別進行歸并，按時間周期存儲入庫并在視圖上展示各個不同設(shè)備的實時流量。

通過3D 視圖方式，建立機房的立體視圖?？梢詮臉峭庥^查看當(dāng)前機房的整體情況；并且可以點擊樓房定位到不同的樓層，可查看不同樓層的機房監(jiān)管情況（如圖6 所示）；進入樓層之后，可點擊進入相應(yīng)的房間，查看房間的立體視圖。

視圖展示內(nèi)容包括機房、機柜、油機、冷機、UPS、儲水、儲油、網(wǎng)絡(luò)寬帶、額定功率等各指標(biāo)的總量及當(dāng)前占用量（如圖7 所示）。并可以展示當(dāng)前所選區(qū)域的客戶租用機柜數(shù)量top10，所有機房能耗的排名top10。通過對當(dāng)前機樓或者機房的總體監(jiān)控，查看環(huán)境概覽，包含周圍環(huán)境的溫度、濕度及粉塵情況；查看綜合能效，包含當(dāng)日的能耗情況，IT 設(shè)備、機械設(shè)備等當(dāng)日能耗及PUE 值；查看IT 關(guān)鍵指標(biāo)，包含硬盤占用率、內(nèi)存占用率、寬帶占用率、CPU 占用率、實時流量、服務(wù)器負載等。對于告警的內(nèi)容，可根據(jù)告警的時間、等級等統(tǒng)計出告警趨勢圖及等級分布情況。并且根據(jù)每個時間點能耗的情況，查看分時能耗走勢圖。根據(jù)以上的展示數(shù)據(jù)可監(jiān)控當(dāng)日所選機房或者機樓的整體運行情況，包括告警、預(yù)警及實時能耗。

左側(cè)提供當(dāng)前機樓的樓層及房間號的選擇，可以通過定位數(shù)字來直接定位到所需要查看的機房房號。

3.3 機房及設(shè)備上下架管理

通過生成標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備出入記錄，為以后盤點及核查留下依據(jù)。嚴(yán)格執(zhí)行機房功能規(guī)劃，對于不符合機房規(guī)劃的在資源分配環(huán)節(jié)攔截等。在整體管理中，留存相關(guān)的電子依據(jù)，例如：《機房現(xiàn)場施工承諾書》、《機房工程隨工表》、《機房作業(yè)申請表》、《機房加電申請表》等。

標(biāo)準(zhǔn)化的機房作業(yè)申請表包含以下多個信息：設(shè)備名稱、設(shè)備廠家型號、上架發(fā)起部門、工程編號、需求說明、占用機架、門禁開門時間、門禁開門人、現(xiàn)場驗收、加電時間、設(shè)備維護負責(zé)人等。具體界面如圖8 所示。

發(fā)起申請需求之后，經(jīng)過配置的統(tǒng)一審批流程，判斷與當(dāng)前機房規(guī)劃是否相符合，審批通過之后接入門禁管理流程。流程如圖9所示。

作業(yè)現(xiàn)場負責(zé)人發(fā)起機房作業(yè)；按照機房功能及平面規(guī)劃，當(dāng)預(yù)分配現(xiàn)場機架、供電不滿足時，反饋需求部門，工單回退，由需求部門聯(lián)系商討能力建設(shè)；由相關(guān)部門審批需求是否滿足；需求部門按作業(yè)時間期限（工單發(fā)起日的3 個月內(nèi)）按次申請進機房，并上傳必須提供的材料：進場設(shè)備清單、現(xiàn)場隨工人、承諾書等；電子申請是啟動的必要條件之一，且開門人需在人臉識別庫；當(dāng)次開門無驗收的，系統(tǒng)自動限制下次申請，全部施工結(jié)束后，工單進入下一環(huán)節(jié)。

3.4 巡檢管理

建立機房巡檢閉環(huán)管理，由管理員下發(fā)巡檢任務(wù)，不同類型的巡檢任務(wù)通過流程及相應(yīng)環(huán)節(jié)的人員配置自動下發(fā)給不同的人。巡檢完畢之后，巡檢人員提交巡檢信息并上傳巡檢照片，由發(fā)起人審核之后歸檔并閉環(huán)巡檢任務(wù)。具體流程如圖10 所示。

對于巡檢管理的結(jié)果，按周期進行統(tǒng)計，用視圖方式查看巡檢管理的結(jié)果，通過巡檢的結(jié)果可對機房的設(shè)備及環(huán)境等做預(yù)警和提前預(yù)測修復(fù)擴容操作等，避免出現(xiàn)風(fēng)險。

4 總結(jié)與展望

基于大數(shù)據(jù)分析及3D 機房視圖的能力，分析總結(jié)出機房能耗及節(jié)能減排的方向，并通過3D 視圖的方式實現(xiàn)機房的一點監(jiān)控、機房作業(yè)管理及機房規(guī)劃功能等。

機房作為通信行業(yè)的核心業(yè)務(wù)，其重要性不言而喻，節(jié)能減排的工作是值得研究和探討的，可對機房內(nèi)單位能耗與機柜空間溫度、機柜飽和度以及電力的健康度等多種屬性之間的關(guān)系做深入的研究，另外利用物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)實現(xiàn)不同機房之間的能耗數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)的交互，將節(jié)能減排系統(tǒng)建設(shè)成為一個跨機房、跨區(qū)域的綜合性監(jiān)管平臺。