数据中心机房搭建三维可视化平台的研究与设计

摘要：文章通过研究数据中心机房的运维问题，提出将可视化技术应用到数据中心机房的设计思路，文章进行了三维可视化平台的硬件设计、软件设计和功能设计等，描述了数据中心机房环境可视化、资产可视化、容量可视化、配线可视化、监控可视化、演示可视化等运维功能，通过在数据中心机房应用可视化技术将机柜、服务器、配线架、交换机、路由器等进行可视化，可以极大提高运维人员工作效率，有效解决数据中心机房安全稳定可靠运行的问题。

关键词：可视化；数据中心；机房

中图分类号：TP391      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）30-0098-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

随着信息化步伐的加速发展，万事万物都需要数据化，这样数据中心机房建设尤为重要，目前数据中心机房包括机柜、空调、UPS、网络设备、服务器、配线架和各类探头等，种类多，技术要求高，专业性强，运维困难，这些设备可靠运行通常是机房可靠运行的重要考量指标，为了保障这些设备的可靠运行，就需要提出新的解决方案和思路[1]。

1 传统数据中心机房存在的问题

管理工具分散。应用和系统管理、网络管理、机房管理等工具系统，分散孤立、缺乏整合，无法提供统一管理视图，难以协调配合。技术领域间缺乏关联分析手段，没有建立跨技术领域的关联关系，缺乏自业务应用至IT基础设施的统一管理视图，当系统出现故障时，影响范围和故障根源定位困难。缺乏可视化管理手段，当前系统建设仍停留在数据管理和传统的表格维护层面，内容理解困难，缺乏有效的可视化分析手段。部分管理数据依靠人工线下维护，部分运维数据维护仍依赖传统的离线电子表格，管理分散，缺乏统一的管理手段，准确性无法保证[2]。

2 可视化技术

人类思考的过程就是建立思维视图的过程。可视化采用计算机技术，将数据和概念转化为图形，将复杂信息传递给受众，使其快速消化和理解。可视化利用人类眼睛通往心灵深处的广阔带宽优势，使人们能目睹、探索乃至立即理解大量的信息。计算机可视化技术已经被广泛应用在众多领域，正在改变人类生活的方方面面。可视化符合人类天性，让人类与新技术世界以人类的方式互动。可视化技术就是利用图形接口工具如：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等将实体及功能可视化，达到远程可视化控制和维护实体的技术[3]。本文提出将可视化技术应用到数据中心机房建设中，以解决传统数据中心机房遇到的问题。数据中心机房可视化也就是将数据中心机房的机柜、空调、UPS、网络设备、服务器、配线架和各类探头等的运维和管理实现可视化，通过一体化可视化平台对其进行运维和管理。

3 数据中心机房可视化总体框架设计

目前单位数据中心机房分为三部分：机柜区域、供配电区域和值班区域。机柜区域配有传输机柜、网络机柜、服务器机柜、网络边界防护机柜、动环机柜、工程精密空调、消防柜、监控机柜等，主要进行业务传输、网络控制、数据存储、业务处理、网络边界防护、机房及重点位置监控等功能；供配电区域主要包括强电机柜、UPS主机、UPS电池组，空调、动环设施、消防设施、监控摄像头等，主要对数据中心机房提供不间断电源，保证网络系统、业务系统、安防系统、传输系统、视频系统、数据存储系统等全年正常运行；值班区域正在升级改造中，初步设计前排为操作台，操作台对面为拼接屏，可以将机房内可视化界面显示到拼接屏上，进行实时监控报警提醒，方便运维人员尽快处理。

数据中心机房可视化总体按照三层设计，最底层是图形接口层，图形接口工具包括：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等；中间层为3D引擎（数据接口层），分为管理系统和监控系统，管理系统包括资产台账表、资产管理系统、配置管理系统等，监控系统包括动环系统、网络系统、门禁系统、视频系统、主机系统等；由图形接口和数据接口实现的3D引擎[4]支撑起最上层的用户层，主要可视化运维、可视化服务和可视化显示，可视化运维包括机房资产可视化、机房布线可视化、机房容量可视化、机房监控可视化、运维工作可视化，可视化服务包括设备配置可视化、设备上架可视化、机柜容量可视化、设备监控可视化、远程巡检可视化，可视化显示包括多中心可视化、环境可视化、建筑浏览可视化、建筑管路可视化、演示汇报可视化等。如图1所示：

4 利用三维可视化模型建模

三维可视化模型是对实体与实体之间关系进行描述，是由实体节点与连接线组成的集合。当用户对数据模型进行三维可视化建模时，首先需要加载待布局节点的信息；然后进行布局操作；最后保存布局结果，供图形呈现使用。

5 数据中心机房三维可视化平台的硬件设计

在数据中心机房部署三台服务器，分别为：三维可视化平台应用服务器、数据服务器和存储服务器，通过光纤将其接入核心交换机并入网络。对所有设备通过ID号和IP地址通过协议进行动态定位监测，对机柜及以外设施通过动力环境监测设备进行动态数据监测，在关键点位根据需要安装对应传感器，并将其接入网络，对线缆、设备端口和配线架进行统一命名标识，并通过模型设置到三维平台。

6 数据中心机房三维可视化平台的软件设计

开发三维可视化平台，该平台分为六个模块，分别为环境可视化模块、资产可视化模块、配线可视化模块、容量可视化模块、监控可视化模块、演示可视化模块等。该平台通过图形接口工具：3D MAX、MAYA、GIS、Auto CAD、VISIO等建立三维可视化模型，对机房内所有设备、机柜、空调、线缆、配线架、设备端口等进行三维可视化开发，建立数据元，数据元映射为实体和属性，通过开发工具建立机房设备的模拟三维模型，在三维模型上设置其实体属性，通过算法实现之间的关联关系，达到智能监测的目的，实现通过软件平台高效管控和运维机房的目的。

7 数据中心机房三维可视化平台的功能设计

7.1环境可视化

环境可视化就是将数据中心机房从机房结构、机柜布局到机柜内IT设备以及机房设备间的各种线缆全部采用虚拟3D仿真的方法实现出来。具体分为机房可视化、机柜可视化、机柜内设备可视化和线缆连接可视化等。机房可视化，包括机房所在楼宇结构、机房所在位置、机房内部建筑结构和机房内部装修等；机柜可视化，包括网络机柜、通信机柜、UPS机柜、空调柜、监控机柜、存储机柜等，可视化需要描述其外观尺寸、材质、内部布局的基本信息、状态信息和容量信息等；机柜内设备可视化，包括机架式服务器、交换机、路由器、防火墙、存储阵列、网闸等IT设备品牌和型号，可视化主要体现运行指标、状态信息和业务信息等；线缆可视化主要包括IT设备前后面板端口、线缆型号、接口类型、数据传输速率和状态、故障报警和供电监测等，主要表现IT设备运行状态和线缆连接状态。

7.2资产可视化

资产可视化就是将各个机柜及机柜内设备的基本配置信息通过EXCEL方式导入可视化系统平台，可以实现设备与配置信息间互查，完成资产配置可视化。功能包括：信息查询、机柜搜索和定位、设备搜索和定位、设备位置跟踪、设备信息管理和设备端口管理等。信息查询，主要通过鼠标点击实现对设备台账的查询；机柜搜索和定位，主要通过模糊查询条件查询所找机柜，其他机柜虚化显示；设备搜索和定位，主要通过模糊条件查询设备，显示资产信息配置属性，其他设备虚化显示；设备位置跟踪，主要是设备在机柜中的位置发生变化时，3D场景中自动变更设备物理位置[5]；设备信息管理，主要是在相关场景中，机柜位置信息和设备位置信息与实际布局完全一致；设备端口管理，主要展现设备前后面板端口占用情况及配线架连接情况。

7.3配线可视化

配线可视化就是将机柜内的设备连接信息展现在平台界面，可以在设备和链路信息之间互查。配线可视化包括：设备连接查询、链路连接信息查询、线路维护操作可视化、设备端口查询、设备链路查询等。设备连接查询，可以通过一个设备，查询该设备所有端口的链接去向，并强化显示；链路连接信息查询，就是通过一个跳线可以查询这条跳线上整个链路线路信息，并突出显示；线路维护操作可视化，就是在线路信息维护时，可以直接通过拖拽方式完成管线的维护；设备端口查询，就是通过配线架和前后面板查询端口占用情况；设备链路查询，就是可以通过链路信息查询基础布线信息。

7.4容量可视化

容量可视化就是对机房内机柜占用机房的空间，机柜内剩余空间和机房内承重情况进行量化和展现，包括机房空间容量统计、机柜空间容量显示、运行功率实时可视化、承重可视化等。机房内空间容量统计，主要统计机房空间内各种机柜的存放位置及剩余空间；机柜空间容量显示主要是对每个几个的U位进行统计显示，还剩余多少U位可用；运行功率实时可视化就是显示机柜内设备运行时功率消耗情况，对每台设备设置阈值，超过阈值会报警显示，提示运维人员检查；承重可视化主要显示当前各机柜及UPS电池组等承重是否符合建筑要求，如果增加是否会超标等。

7.5监控可视化

监控可视化就是将网络设备运行情况可视化监控、服务器和存储等主机监控可视化和日志监控可视化，使其相互协同相互补充，形成一套完整的监控可视化系统。网络设备运行状态可视化监控就是将交换机、路由器、防火墙等按照级联关系可视化显示，不论网络设备、还是链路出现故障会立即在平台突出显示，并进行声音报警，同时显示具体设备和位置，界面还提出解决建议方案，同时向其他机房子节点发布处理信息及步骤；服务器和存储等主机监控可视化主要是将设备的CPU、内存、存储容量、温度等信息图形化监控，根据配置信息对运行状态进行判断，超过阈值就会触发报警，并突出显示设备名称及位置，同时给出解决方案；日志监控可视化主要是对设备和线路的运行过程和维护过程进行记录，以便出现问题可以进行复盘和提前预判。

7.6演示可视化

演示可视化就是可以展现数据中心机房的系统逻辑关系、模拟设备和线路故障、实现自动巡检、可以方便将3D效果与PPT进行整合形成演示文稿等。包括兹定于动画、交互式演示汇报、可视化扩展功能等。自定义动画就是可以自定义生成流畅生动的演示动画，用于设备和线路巡检、机房介绍和应急预案展现等场景。交互式演示汇报主要是将生成流畅生动演示动画融于PPT汇报稿中，达到汇报时双向互动的汇报效果；可视化扩展功能就是在机房空间、机柜容量、设备增加等方面提供架构升级扩充的接口，通过拖拽方式很方便进行三维扩展。

8 总结

通过可视化技术实现数据中心机房的环境可视化、资产可视化、配线可视化、容量可视化、监控可视化、演示可视化等可视化运维功能，既可以让设备高效运行，也可以让设备稳定运行，既可以对各种故障进行提前预判和排除，也可以实现机房资源合理调配，达到节能减排的目的，解决了传统数据中心机房面临的问题，实现了数据中心机房的安全可靠稳定运行。

参考文献：

[1] 左军.关于数据中心机房的安全和规划思考[J].通讯世界，2017（22）：47-48.

[2] 冯国良.地方政府数据中心机房建设现状及改进[J].中国高新区，2019（3）：271-272.

[3] 王磊，廉东本，王俊霖.数据中心三维可视化场景编辑器的设计[J].计算机系统应用，2017，26（5）：253-256.

[4] 方强.基于WebGL的3D图形引擎研究与实现[D].合肥：安徽大学，2013.

[5] 张玄，黄蔚.3D机房运维可视化系统的设计与实现[J].软件，2016，37（7）：89-93.

【通联编辑：梁书】