基于数据中心的动环监测平台的研究与实现论文

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 摘   要：随着数据中心的兴建，数据中心的安全稳定运行成为了高校实验室建设中极为重要的一环 , 如何智慧化的监控和 管理机房设备及环境，保证机房的安全稳定运行变得非常重要，本文设计和实现了基于 Web 平台的数据中心动环数据监控系 统，便于运维人员远程访问和管理。监控系统主要包括实时环境信息监控、历史环境数据分析、历史告警信息可视化，系统权 限控制四大功能模块。

关键词：数据中心；动环系统；数据监控；可视化


ZHANG Guojing, KOU Yuanbo, QIU Zeyu, GUO Yuluo
(Qinghai University, Department of Computer Technology and Application, Xining Qinghai 810016)

【Abstract】： With the construction of the data center, the safe and stable operation of the data center has become an extremely important part of the construction of university laboratories. How to intelligently monitor and manage the equipment and environment of the computer room and ensure the safe and stable operation of the computer room has become very important. Designed and implemented a Web-based data center dynamic data monitoring system, which is convenient for remote access and management by operation and maintenance personnel. The monitoring system mainly includes four functional modules:Real-time environmental information monitoring, historical environmental data analysis, historical alarm information visualization, and system authority control.

【Key words】： data center;dynamic environment system;data monitoring;visualization

0 引言

随着高校大规模高性能数据中心的兴建，数据中心 安全稳定的运行对高校实验室的建设至关重要。对于数 据中心每一次的意外事故或者大规模宕机，都可能造成 重大的损失，甚至造成不可挽回的灾难。面对可能引起 的数据中心安全问题，必须建立一套完整的数据中心机 房环境监控系统，保证数据中心机房的正常运行，同时减轻机房维护人员负担，实现机房的科学管理。另一方 面，数据中心已经成为能源消耗的大户，如果能对机房 环境进行有效地进行实时监测以及智能化的管理，将大 大减轻数据中心能耗所带来的成本和环境压力。

当前，国内外研究学者对动环数据监控系统的建设 做了许多研究和改进，吴晓冬等 [1] 基于嵌入式平台将已 有的四层硬件架构升级为市场主流的三层架构，去除了 现有的协议转换模块以及配套的电源模块，减少了数据 采集过程中 RS485 至 TCP/IP 协议转换的环节，提高了 动环系统整体性能及运行稳定性。赵东波等 [2] 基于物联 网络，将机房情况通过有线及无线的方式接入，引入故障自动重启程序，并配置微信报警模式进行实时告警， 降低了维护工作量。Yan 等人 [3] 创新性地提出了一种基 于区块链的环境监测系统，来防止伪造环境数据，确保 数据的可靠性。国内学者目前主要在数据分析预测风险以及软件设施部署优化等方面做了一些改进，例如南京邮电大学饶厚和 [4] 提出，在构建动态环境监测系统时，有必要应用相关分析方法进行风险评估和分析。大连理工大学的李家军 [5] 针对如何实现小型化、轻量化的动态环境监测系统； 北京交通大学的胡智博 [6] 提出了一种基于浮充电压监测数据的电池状态分类方法。青岛科技大学樊春花 [7] 从数据中心管理的角度，采用 C/S 和 B/S混合模式实现各软件功能模块。本系统分为四个模块，包括实时环境信息监控、历史环境数据分析、历史告警信息可视化和系统权限控制。


1 系统架构设计

1.1 动环数据监控系统架构设计

本文设计了基于目前架设的动环数据监控系统，该监控管理平台在内部署了大量的传感器和监控器，可以实时获取机房内的耗电情况、UPS 情况、空调的温湿度设定信息、机房的漏水情况、机房温湿度和烟感等信息 , 并将这些数据周期性存储到 Mysql 数据库中以便机房管理人员对机房环境进行管理。由于数据量巨大且繁杂，机房管理人员很难从这些数据中发现异常情况以对机房环境做出及时的、有益的调整。因此，本文针对监控管理平台获取到的环境数据，设计并实现了一个动态网页，该网页对庞大且杂乱的机房环境数据进行分析，并以图表的形式展现出来，极大的方便的了机房管理人员对机房的管理。监控平台系统结构如图 1 所示。


1.2 采用 MVC 设计模式

本系统采用了 MVC 的设计模式。模式将设计分为模型、视图和控制器三个层面，每个层面都有各自的作 用，有一层的需求发生了改变或者出现了错误，仅需对 相应层中的代码做出修改，而对其它两个层的代码毫无 影响。模型层面，监控系统周期性的将获取到的数据存 储到 MySQL 数据库后，模型就可以访问这些数据并对 其进行分析处理。控制器会接收浏览器请求，根据不同的访问路径定位到不同的控制器。控制器针对用户的请 求调用相应的模型以获取数据，同时访问模板引擎，结 合模板和数据生成视图的 HTML 代码，最终将代码返 回给浏览器，再由浏览器将界面渲染出来。MVC 设计 模式如图 2 所示。


2 后端框架设计

实时监控管理，必须实时获取三江源数据中心的 环境信息。由于监控系统每 5s 会将从机房内传感器获 取得数据放入 MySQL 数据库中，我们直接从 MySQL 数据库中获取我们所需要得数据即可。NodeJS 提供了 mysql 模块可以对监控系统所在服务器得 MySQL 数据 库进行操作，但是由于每次执行 SQL 语句都需要连接 数据库连接池，执行完毕后再释放连接，我们可以对连 接数据库连接池，执行 SQL 语句，释放数据库连接池 等操作进行封装，封装成仅需要我们输入 SQL 语句便 会返回执行结果的 query 函数。之后我们通过这个函 数来操作 MySQL 数据库，获取我们所需的数据。数据 的获取方式如图 3 所示。


3 前端设计与实现

本部分阐述了前端页面的设计思路和实现原理。前 端页面的设计遵循了界面美观，信息实用的原则，同时 设计了合理易用的前后端数据交互接口，以方便运维人 员对监控平台的管理和开发人员的调试。考虑到监控系 统的实际情况，我们决定将前端分为五个部分： 主监控，基础设施，告警，报表中心，用户管理。下面具体 介绍各部分的设计与实现。

3.1 主监控界面

监控系统的主监控页面会提供给运维人员重要的实 时信息。我们将主页面分为四个部分，左上角是对动环 数据监控系统的简单介绍，便于了解监控系统的组成和功能。右上角展示了空调 1 和空调 2 即时的温度信息和湿度信息。空调的温度和湿度关系着机房环境的安全性和稳定性，这些信息对于运维人员了解机房运行状态至关重要。左下角展示了最近 24 个小时的两个空调的温湿度变化折线图，便于了解空调最近一段时间的运行状况，及时发现故障和安全隐患。右下角是最近七天的告警信息，以饼状图和条形图的形式联动显示，便于及时接收和处理告警信息。主监控界面如图 4 所示。


3.2 告警界面

告警页面集中统计了机房的各类告警信息，并给出 了更加详细的告警项和起始结束时间和确认时间。我们 将告警信息分为五类：“所有”， “配电”， “空调”，“环 境”和“UPS”。这种非常具体的信息能够让运维人员 及时发现机房的设备问题，避免小问题发展成严重的故 障。此外，由于数据量大，为了更加直观地展示数据， 我们采用了轻量级的开源模块化前端 UI 框架 Layui[6]， 数据被处理成表格的形式展示。借助于 Layui 的第三方 扩展模块 layui-soul-table[7] ，数据表格还具有升降序 排列，筛选数据，导出数据等高级功能。告警界面如下 图 5 所示。


3.3 报表中心界面

报表中心借助 Apache ECharts 实现了告警信息 的可视化。我们从年报，月报，周报，日报四个维度对 告警信息可视化，不同维度的信息有助于对数据进行分析。年报默认显示最近两年的告警分布，月报默认展示 当年各个月份的告警分布，周报则可以自由选择七天范 围的告警分布进行展示，日报默认显示当天的告警分 布。在可视化的形式上，我们提供了条形图，折线图， 叠状图和纯数据，并支持对图表的下载。报表中心 - 告 警分布如图 6 所示。


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