数字孪生在数据中心中的应用 | 动环监控系统

动环监控系统根据数据中心设计规范来进行设计的，由多个部分组成，各个部分协调、稳定的工作，保证数据中心有效正常的工作。除此之外，还有其它的比如告警、报告、分析等功能组成，如图1动环系统构成。

从系统构成上区分，由电力、环境、安保、服务器及网络设备监测组成，如图2所示。

（1）电力部分，市政电力输入、配电开关、精密配电柜、UPS、蓄电池组共同组成了数据中心所需的电力系统，在正常维持数据中心的电力输出外，也常有备用电池储备，备用15-30分钟的意外市政电力断电情况，保证电力抢修。也可在所需的空间或者设备上进行电力消耗监测等。监测整体或者局部电力能耗

（2）环境部分，数据中心的环境系统是由空调制冷系统、新风环境系统、温湿度感应器、漏水监测系统、雷电保护系统等组成。系统对可对各个系统的运行参数和状态进行监测。可远程进行系统设备的开关状态调整以及参数系数的设定；可对数据中心内重要区域的温湿度的数值变化进行实时查看以及监测报警，来维持数据中心最佳运行状态；系统可通过漏水监测查看空调下方的泄露情况，并在监控系统平台有直观的动态显示；

（3）安保部分，数据中心安保系统多数由其他三方系统对接，也可自行开发。包含门禁管理系统、视频图像系统、消防消防控制箱提供的干接点火警信号、防盗系统组成。实现了数据中心的出行管理、机房区域的实时图像，并进行视频录像以及消防管控；

（4）服务器及网络设备监测部分，服务器相关检测包含系统相关信息（进程数、运行时长、名称、描述信息、域名）、物理内存/虚拟内存/硬盘使用情况、网卡状况、服务系相关信息（名称、服务器CPU使用率）；网络设备监测路由器状况、电源状态、端口信息、流量以及活动参数变化、宽带参数CPU内存的使用状态；监控的交换机参数包括电源状况、故障状况、端口连接情况、端口连接速率; 通过办公室或者监视区域的大画面和液晶电视,实时确认机房的监视画面的内容,让管理者随时掌握机房的运行状况。根据系统功能描述,由以下功能组成,如图3。

① 监控功能，上面提及的部分可以根据不同需要设置监控，再利用动环系统进行接入或对接。在保障性能的提前下，还要对基础设备和环境信息进行监控，方便实时数据传输和预警信息告警。监控系统的图形界面具有灵活构造和功能组装的特性，支持用户自定义监控界面，让显示内容更贴近用户实际需求。

② 告警管理功能，根据系统设定，在触发不同情况时，自动判别告警等级，根据设定的处理预案完成相应处理。处理预案如告警窗、声光告警、LED大屏显示、短信通知、告警存储等。也可以在需要的场景下触发音频或者电话告警。用户还可以自定义告警功能，当出现告警时，第一时间收到告警类别、级别信息。对于多点并发的情况，系统也是可以第一时间多点并发告警。系统还支持告警屏蔽和过滤，电子故障派修及回执等功能。

③ 配置管理：超级管理员以及权限管理员能个性化灵活配置权限查看操作相应的页面信息。

④ 安全管理：支持查看操作日志记录，操作日志信息无法删除与更改；操作日志记录包括人员姓名、人员ID、操作日志类型、操作日志内容、时间等;

⑤ 维护管理：通过对设备系统的运维数据，操作日志记录以及设备系统的资料的分析与统计，对日常系统运维提供有效的数据支持。

系统的自定义个性化配置功能,最大限度的结合历史数据，提供传统与丰富的图标报表。支持不同形式的报表展示，为日常系统运维管理提供有力支持。

⑥ 数据库管理/维护升级：可诊断分析设备故障的原因，对故障设备系统的修复，统计分析设备的不同维度的数据，对设备的故障的趋势进行预判与预防。

⑦ 优化B/S结构软件结合系统的扩展,使得用户更加直观的监控和查询操作，使得系统办公效率大大提升，使得管理功能更加的便捷完善。

机房动环监控系统主要用于实现机房各子系统的统一监视和维护。完整的综合环境监测系统可以收集各个分布式电力设备和机房环境以及机房安全监测对象的数据。实时监控系统和设备的运行状态和安全性，相关数据的记录和处理，及时发现故障，进行必要的远程控制和远程调整操作。及时通报员工对电源、空调、监控等系统进行维护，提高供电系统的可靠性和通信设备的安全性，为机房自动化管理提供强大的技术支持。因此，建立一个稳定可靠的飞机监控系统具有非常重要的意义。下面就对一套完整的动环系统应该具备哪些特点，进行下介绍：如图4。

（1）系统安装便捷：系统兼容多种接口，硬件集成度高，便于对接；被监控设备的传感器直接端子插拔式安装，安装便捷。

（2）系统操作简单：B/S架构，客户可直接通过浏览器即可方便管理整个动环监控系统。

（3）系统稳定可靠：采用工业级低功耗高稳定性CPU和嵌入式系统，软硬件稳定可靠。

（4）采用3D动画直观展示：机房以3D动画方式，直接展示各个空间的布局、相应的容量情况、动力环境参数信息以及告警信息，画面直观；

（5）维护方便：工程维护人员可通过远程对系统进行在线升级和工程维护。

（6）报警管理：数据中心中的动力系统、温控系统、安防系统等重要环节对接到动环监控系统内，实现数据的实时监测，并可设置相应的预警值，及时发出相应告警信息，确保数据机房环境处于健康稳定的工作状态，为设备安全稳定运行提供有力保障。

（7）提高效率，节约人力资源：机房作为重要区域，可对重要区域进行防盗、监控、对讲功能，确保机房的安防措施到位。可实现机房的无人化值守，节约人力；同时也提升了工作效率。

随着数据机房的市场需求量日益扩大，机房的建设要求越来越高，传统的人工巡查、巡检方式已经无法满足机房的需求。而动环监控系统则完全能够满足动力配电、安全防护、场地环境的监控需求。

数据中心3D可视化系统是在实现传统的数据中心基础上实现了可视化的功能。将多种复杂的管理系统信息聚集在虚拟仿真环境下，以最直观的理解形式展现，大幅度提升了信息交互和操控的效率，减少时间损耗和信息的浪费，保证信息的及时性和准确性。继而实现了数据中心端到端的 IT 可视化，强化 IT 管制手段和管理水平，包括缩短响应时间加速排障，提升资源利用率和运营效率过程，最终完成对数据中心高效绿色智能化运营。由此为数据中心科学决策有效管理打下夯实的基础。

（1）数据中心可视化

基于三维建模技术对数据中心园区、建筑、楼层、机房、机柜列布局进行立体化展示，对接设备采集系统、视频监控系统、门禁系统、BA系统等构建数据中心设备可视化模型，并整合各类数据资源，实现对各类空间、设备、关键测点数据的直观展现形式，最终达到对数据中心各类数据的实时监控、预警告警。

（2）资产可视化

通过构建数据中心数字孪生体，对接各类资产数据、实时测点数据，可直观通过可视化平台的三维建模查找到对应的设备配置信息以及当前状态信息，极大的节省了人工成本和管理时间，实现数据中心资产的可视化管理。

（3）配线可视化

构建设备端口模型，导入IT设施的接线数据即可通过数据中心可视化平台 完成设备、线路、端口的一体化管线展示，并支持通过起/始设备、端口、线路名称、线路位置等信息进行查找，便于对线路的管理。

（4）机房容量可视化

通过集成数据中心数据可直观、立体的展示各机柜当前u位、承重、光口、网口、PDU配电端子的容量占用情况，让数据中心运维人员更能有效协调各资源。

虚拟数字孪生体模型集成数据中心各监控子系统，实现数据中心全数据的一体化展示。通过虚拟数字孪生体与物理实体的虚实交互，实现数字模型对设备的反向操作与控制。

（1）动环监控系统

动环监控系统主要提供了电力检测、环境检测、设备监测等。对于数据中心而言，电力系统就像是心脏对于人体那样重要，配电柜、UPS主机、蓄电池等为数据中心的安全运营提供了主要动力，动环监控系统主要检测各电力之路开关状态、电压、电流、温度等数据，保证配电设备的稳定运行；数据中心里的各类设备对环境有着较高的要求，故温湿度检测、气体检测、漏水检测就显得额外重要；此外，数据中心的各类设备运行状态、实时数据的采集与监测也是动环监控系统的主要功能。如图5动环监控系统导图

（2）安防监测系统

数据中心安全防范是一项十分复杂的系统工程，需要从物理环境和人为因素等方面来考虑。从物理环境方面来说，安防监测系统可在三维可视化模型中展示数据中心消防设备布局，烟感探测器、红外热能探测器设备实时数据，对消防异常情况及时通报并告警；从人为因素来说，安防监测可在三维可视化模型中展示各个门禁的人员出入情况，也可随时调取查看各个监控摄像头内容，对异常入侵行为及时发现，及时告警，及时处理。如图6安防监测系统假想图。

数据中心的安全监视系统的安全防护是复杂的系统工程，必须从物理环境和人的因素两方面考虑。

（3）告警处理系统

系统通过对接各类物联网传感设备，结合三维可视化建模，当物理实体有异常事件发生时，可在三维可视化模型中高亮、闪烁显示，并伴有告警提示音多方面，多角度提示运维人员，以保证数据中心的安全运行。如图7告警示意图。

图7 告警示意图

（4）AR运维

系统将AR（增强现实）技术与BIM三维建模技术相结合如图2-21，可助力数据中心的日常巡视和运维工作，通过AR技术实现对被检查设备关键信息的捕捉，再与后台数据进行比对核查，可及时将有问题的设备反馈给运维人员，并能准确告知其故障位置，甚至可以提供抢修路线的最优路径导航，让运维人员更快的找到故障设备。

（5）人工智能算法模型

除了数据的可视化展示数字孪生的另一关键就是智能算法模型，它就像是数据中心的大脑，为其安全、低耗运行提供相关决策。系统提供了多种数据中心相关算法，例如故障算法诊断模型、健康度评估模型、绿色能耗模型。其中故障算法诊断模型就是通过各数据中心大数据的积累，对于当前发生故障的数据进行智能诊断，判断故障原因和故障源头，结合相关知识提出解决方案；健康度评估模型就是结合数据中心的全生命周期进行预测性维护，让系统故障或检修时间大为减少；绿色能耗模型就是通过采集设备的数据反馈，分析演算出数据机房最优的节能方案，例如根据能耗模型的分析，在服务器运行较少的时间段，空调系统可减少送风冷量输出来节约能耗。如图9人工智能算法模型图。

综合来说，基于数字孪生技术可实现数据中心可视化智慧运维。通过物联网采集设备对数据中心各个物理实体要素进行实时监测和动态展示，再结合历史多维大数据分析，对设备的状态、性能等情况及时分析预测，为运维人员的工作输出指导性数据。