CN102833117A - 基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统及方法，所述系统包含若干个采集对象、无线传感器、无线基站、有线数据采集对象、有线通讯网络和后台；后台通过三维虚拟现实技术，以三维的效果实现数据中心的资产管理、监控管理、连接管理、规划管理、参观与巡检管理，实现数据中心基础设施管理的可见、直观和易用，同时处理采集到的数据中心动力环境相关数据，实现管理信息和报警信息的集中化展现，实现报警联动，提高信息查询、处理和交互的及时性和有效性，提高数据中心运维效率，最终实现数据中心的宏观尽在掌握，微观精确定位的运维目标。

Description

基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统及方法

技术领域

本发明属于数据中心动力环境监测技术，具体涉及一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统及方法。

背景技术

数据中心动力环境监测的主要对象有机房环境、机柜微环境、供配电系统（含UPS）、精密空调、服务器、路由器、交换机、存储设备等，广义的监测对象还包括视频监控、门禁系统、消防系统、综合布线系统等。

传统的数据中心动力环境监测技术，偏重于采用有线的方式实现数据的采集，如对动力环境中温湿度数据的采集，一般采用的温湿度传感器都是有线的，采集到的数据需要通过数据线传输给后台，而且传感器的供电也需要外接电源线，在机柜内部部署这些传感器，有造成局部热点的隐患，影响上架IT设备的运行；对供配电系统（含UPS）、精密空调、路由器、交换机、存储设备等设备运行数据的采集，传统的方法是采用厂家各自的通讯协议，以串口线或总线的方式通过厂家各自的通讯协议获取设备的运行信息；对服务器的运行情况，一般在服务器运行的操作系统上安装应用程序，通过网络进行获取，但服务器如果出现宕机，服务器的实时运行信息随之丢失。

随着世界范围内的数据中心规模的持续扩大，数据中心应用技术的发展，特别是以虚拟运算和云计算为核心概念的应用技术的发展，数据中心的现代运营理念是追求高效能和IT设备的高使用率，达到宏观尽在掌握，微观精确定位的程度，这首先依赖于对设备运行参数的在线监测和实时信息的掌控，对数据中心动力环境进行精细化监测显得尤为必要，特别是对IT设备运行微环境的监测（比如机柜内部温湿度、服务器的运行信息等），现在物联网技术的发展为数据中心精细化监测提供了可能。

物联网技术最为广泛的应用是监测，诸如有用于变电站的监测（公开号：101783530A）、有用于桥梁健康的监测（公开号：102096763A）、有用于环境的在线监测（公开号：201110026846.9）。在公布的基于物联网技术的监测系统中，数据采集既有无线的，也有有线的，但采用有线的居多，传感器的电源供给一般采用外接电源，这样电源线不可避免的存在。监测系统在后台中较少采用三维虚拟现实技术实现三维建模以及报警联动，所谓报警联动是指三维模型随着报警事项的不同产生不同的反映。

传统的数据中心动力环境监测技术，主要基于有线技术，如专利（公开号：CN1809203A）其数据采集和控制模块通过串口以有线的方式进行，采用无线技术进行机房监测数据传输的也有，专利（申请号：200710156433.6）公开了在机房环境监测中，采用无线技术，无线监测节点构成了无线自组织网络，无线监测节点需自身判断报警信息，与周边节点联系，并接受管理控制部发出的设置网络工作频点和网络ID号的命令，系统过于复杂，无线传感器功耗大，需要采用有外接电源的传感器才能满足组网和数据采集、传输的要求，不利于无线传感器在机房中的大范围使用，比如在机柜内部部署多个无线温湿度传感器采集机柜内部微气象环境数据，如果采用外接电源的无线温湿度传感器，就需要布传感器的电源线，无线传感器的优势将丧失并可能导致局部热点的出现影响设备的稳定运行。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统及方法，其中物联网作为数据中心的“智能信息感知末梢”进行数据采集和传输，再在后台通过三维虚拟现实技术进行三维建模和数据的展示，最终实现数据中心的宏观尽在掌握，微观精确定位的运维目标。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统，包含后台、无线网络数据采集模块、有线网络数据采集模块、数据中心涉及动力环境的相关设备；

所述后台是一台或若干台主机或利用云计算平台进行数据处理的运算设备，所述主机是C/S或B/S架构的；

所述数据中心涉及动力环境的相关设备包括机柜微环境、机房环境、含UPS的供配电系统、精密空调、服务器、路由器、交换机、存储设备；

所述无线网络数据采集模块包括若干无线传感器、若干无线基站；所述若干无线传感器包括无线温湿度传感器、无线门开关传感器、无线水浸传感器、无线气体传感器；

所述无线传感器部署于采集对象上，所述无线传感器的采集对象包括机柜内部、柜门、精密空调放置处、数据中心空气环境；所述采集机柜内部温湿度数据的无线温湿度传感器粘贴于机柜内壁；所述测量柜门开合状态的无线门开关传感器部署于柜门的开合处；所述测量漏水情况的无线水浸传感器部署于可能产生积水的精密空调位置；所述测量硫化物气体浓度的无线气体传感器部署于数据中心中的空气流通处；所述无线传感器与无线基站之间通过射频以自定义通讯协议的方式进行通信，所述自定义的通讯协议是指不采用常见的WiFi、ZigBee、3G等无线通信技术，而是采用2.4GHz通讯频率，满足无线传感器低功耗要求（无线传感器内部电池支持工作5年以上，最长达10年以上）的无线通讯协议。

所述有线网络数据采集模块的采集对象包括含UPS的供配电系统、精密空调、服务器、路由器、交换机、存储设备；所述采集对象与后台之间通过通讯网络连接；所述含UPS的供配电系统内的智能配电柜和UPS的数据输出端口通过通讯网络与后台进行通信；在获取运行数据过程中，多数情况采用SNMP协议获取，对于不能采用SNMP协议获取数据的情况，采用总线或串口线的方式获取实时数据；所述精密空调的运行状态和设置信息的采集在精密空调内进行，通过通讯网络，向后台发送查询报文获取相关数据，通过SNMP协议获取运行数据；所述机柜内部的服务器，通过网线，通过IPMI获取相关数据；所述路由器、交换机以及存储设备，使用SNMP协议获取相关数据。

上述基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统所采用的工作方法，具体步骤如下：

步骤一：动力环境监测数据采集，所述数据采集包括无线数据采集和有线数据采集。

所述无线数据采集信息包括机柜内部温湿度、柜门的开关状态、空调处是否积水、硫化物气体浓度等。局部热点可能出现的区域，绝大多数位于机柜内部，把无线温湿度传感器沿机柜内壁的垂直方向等距粘贴，保证获取机柜内部不同位置的温湿度信息，便于绘制不同高度的温湿度云图，利于局部热/湿点的及时发现；无线门开关传感器部署于柜门开合处；无线水浸传感器部署于可能产生积水的建筑位置，一般为空调处；硫化物气体传感器部署于数据中心空气流通处，监测整个数据中心的硫化物气体浓度值；

所述有线数据采集的信息包括供配电系统（含UPS）、精密空调、服务器、路由器、交换机、存储设备等的信息；

所述供配电系统被采集的信息包括A、B、C三相的有功、无功、电压、电流、功率因数、功率、开关状态、通讯状态、谐波信息；

所述配电柜如果是支持SNMP的智能配电柜，则配电柜通过网线和后台通信，以SNMP报文交互的方式，获得相关数据，所述智能配电柜带有数据采集装置，对采集到的数据进行输出；如果是不支持SNMP的智能配电柜（比如串口的方式实现数据的输出），则需要通过在配电柜的数据输出端口加装通讯装置，该通讯装置和有线通讯网络连接，实现后台和智能配电柜的交互，获取相关数据；如果是非智能配电柜甚至没有配电柜，则需要在供配电系统的各测量点安装相应的数据采集装置，采集的数据通过通讯网络传回给后台；

所述精密空调，自身会采集和存储相关的运行信息，通过网线、总线或串口线的方式，经有线通讯网络建立每台空调和后台的通讯，空调运行参数及模式数据通过该网络传给后台，数据包括回风温度、回风湿度、加湿器状态、传感器状态、电加热状态、除湿运行状态等；

所述服务器，是用网线通过通讯网络和后台联系，服务器和后台之间通过IPMI获得服务器信息，所述服务器信息包括服务器CPU温度、电压、电扇工作状态、电源供应、机箱入侵信息以及重要系统日志信息；所述IPMI技术，帮助用户了解服务器的运算量，每个机架中机箱的散热量、内外温度以及服务器耗电情况，使用户及时了解并匹配系统运行需求；

所述路由器、交换机和存储设备，用网线通过通讯网络和后台联系，通过基于SNMP的网络通讯，获取路由器和存储设备的相关运行信息。

步骤二：数据传输，所述数据传输包括无线数据传输和有线数据传输。

所述无线数据传输是指无线传感器以射频的方式把数据传输到无线基站，每个无线基站覆盖一定的空间，根据数据中心的空间分布，合理部署无线基站，无线基站覆盖的空间重叠，无线基站接收到的数据后通过以太网或总线传送给后台；

所述有线数据传输，通过网线（采用SNMP、IPMI）、总线、串口线采集的数据，通过数据中心已有的或重新铺设的通讯网络传给后台。

步骤三：后台在运行过程中，通过三维虚拟现实技术逼真展示数据中心已部署设备，同时对收到的数据进行数据融合，对其进行必要的智能分析处理，根据预先设定的阈值或运维策略进行报警，实现报警信息和已建立的数据中心三维模型联动，有报警信息出现时，三维模型中能实时反应并以三维画面的形式提醒运维人员。

本发明的有益效果是：

1）实现无线采集的无线传感器是低功耗、不需要外接电源。目前其他物联网技术实现监测的专利，其采集与控制模块（类似于传感器的装置）虽然无线，但一般指数据传输为无线技术，电源供给还是要电源线的，这对于在数据中心设备密集的部分（如机柜）施工麻烦，而且因为在机柜内部增加额外布线带来诸如局部热点出现的安全隐患，严重的话可能导致服务器宕机。

2）数据中心后台采用三维虚拟技术进行三维建模和报警联动。所谓报警联动就是三维模型能够随报警信息进行不同的反应并定位到具体的报警设备。本发明在后台采用三维虚拟现实技术，对数据中心相关的基础设施进行建模和实时数据的展示，更好实现数据中心动力环境的监测管理。通过三维建模，系统以三维的效果逼真地实现数据中心的资产管理、监控管理、连接管理、规划管理、参观与巡检管理，为数据中心各个管理系统的数据展现和信息互动提供更友好和高效的用户界面，实现数据中心管理信息和报警的集中化展现，提高信息查询、处理和交互的及时性和有效性，可以快速对设备进行查找定位，在有报警事项产生时，可以对产生报警事项的设备在三维界面中快速定位，便于故障的排除，提高数据中心运维效率，最终实现宏观尽在掌握，微观精确定位的运维目标。在平常的资产管理中，三维环境可以支持对数据中心进行不同层面的导航，并了解其运行信息，比如在导航顶层，可以看到数据中心总共有多少机柜，有多少空调，有多少UPS，有多少智能配电柜，以及各自在数据中心中的位置情况和数据总线整体运行情况，对数据中心运行情况能够做到宏观掌握；再进一层，可以看到各机柜、空调、UPS的运行情况，比如机柜，在这一层可以了解到具体的单个机柜的使用情况，包括用电量、负载、机柜内部的温湿度等；再进一层，可以了解到机柜内部各上架服务器、路由器、交换机、存储设备的运行情况等。在报警事件发生时，可以对产生报警的设备在三维界面中对其进行快速定位（比如无线温湿度传感器产生局部热点的报警，可以迅速定位到具体的机柜，了解机柜上设备的运行情况及设备部署情况等），同时产生报警，报警的形式可以是声光、电邮、推图或短信等。

3）大量采用SNMP、IPMI实现数据的采集和传输，多个有线采集对象的数据传输可以共用通讯网络，适应了数据中心监控管理系统向标准化、网络化发展的趋势，减少了机房布线。本发明提出数据采集的方式以无线、SNMP、IPMI为主，传统的总线、串口线采集数据的方式为辅，仅有在部分无法通过无线、SNMP、IPMI方式采集数据的设备才采用传统的总线、串口线方式采集数据。无线实现数据采集可以避免对机房现有布线的改造，直接将传感器部署于需要监测的位置，如机柜内部，可以将低功耗无线温湿度传感器粘贴在机柜内壁，不需外接电源，也不需要数据线，采集的机柜内部温湿度数据以无线信号的方式传给后台，传感器部署方便、灵活；通过SNMP而不是现有的总线方式采集诸如供配电系统、路由器、UPS数据，可以单条网线实现数据采集，而且多个采集对象可以共用现有网络；至于IPMI技术，数据传输上可以共用SNMP网络，而且IPMI独立于操作系统，能够获取机器诸如温度、电压、电扇工作状态、电源供应以及机箱入侵等信息以及重要系统日志等信息，实现系统的重启、关机等控制，或重新配置以及恢复系统，用户可根据服务器的运算量，每个机架中机箱的散热量、内外温度以及服务器耗电情况，及时了解并匹配系统运行需求，以手动或自动的方式设定温度阈值，实时调节机柜组制冷系统的风量或空气温度，以平衡供电、散热量、密度及系统运行状况。

4）采用物联网技术的数据中心动力环境监测系统，符合现代数据中心追求高效能和IT设备的高使用率的运营理念，对于实现数据总线动力环境的精细化监测，对于新一代数据中心追求能效和IT资产使用效率大有裨益。系统采用物联网技术，大量采用不需外接电源的无线传感器，在无线传输数据的同时，节省了布线，在数据中心的升级改造中显得尤为方便。在数据输出口为网口的设备，采用支持SNMP、IPMI的以太网而非传统总线、串口线的方式，减少在数据中心中布线的复杂程度，系统部署、安装方便。后台处理中，采用三维虚拟现实技术，对基础设施进行三维建模，方便运维人员对数据中心的日常管理，在出现报警信息时，能够实现三维联动，方便故障排除。

附图说明

图1是本发明实例的框架图。

1.无线传感器，2.无线基站，3.以太网或总线，4.后台，5.有线通讯网络，6.有线数据采集对象。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

图1中无线传感器1部署在各采集对象上，比如无线水浸传感器部署在空调处，一台空调部署一个传感器，一旦空调发生漏水，无线水浸传感器将会把漏水信息传给无线基站2；将无线温湿度传感器沿机柜内壁在进风口和出风口垂直方向等距各部署四个，可以实时地把机柜内部的温湿度数据传给无线基站2；将无线门开关传感器部署于机柜柜门开合处，柜门的开合情况将实时传给无线基站2；将无线硫化物气体传感器部署于数据中心空气流通处，整个数据中心的硫化物气体浓度值可以实时传给无线基站2。无线传感器1采集到的各采集对象的数据，经过无线基站2经以太网或总线3传给后台4。

图1中一端连接支持IPMI、SNMP的有线通讯网络5的网线的另一端连接到有线数据采集对象6上，后台4发出的获取信息指令，经由有线通讯网络5到达有线数据采集对象6，有线数据采集对象6根据指令的不同上送回答信息给后台4。比如获取监测设备——服务器的健康运行信息（比如CPU温度、电压、电扇工作状态、电源供应以及机箱入侵等信息），后台4可以发送支持IPMI的查询报文，经过有线通讯网络5到达服务器，服务器作为有线数据采集对象6，对此报文进行回答，回答报文经由有线通讯网络5上传到后台4；供配电系统（含UPS）、精密空调、路由器、交换器、存储设备等的信息通过SNMP进行交互，报文传送流程和IPMI报文传送类似。

图1中后台4其可视化监控环境通过三维虚拟现实技术，实现数据中心的资产管理、监控管理、连接管理、规划管理、参观与巡检管理，实现数据中心管理信息和报警的集中化展现，在有报警事项产生时，可以对产生报警事项的设备在三维界面中快速定位，便于故障的排除。比如空调漏水，漏水信息被无线传感器1监测到并经无线基站2和以太网或总线3，最终到达后台4，后台4对此漏水信息产生报警事项，报警的形式可以是声光、电邮、推图或短信等，并在三维界面中对该空调进行快速定位，方便运维人员查找；又如机柜内部出现了局部热点，可以通过三维模型的快速定位，运维人员知道哪个机柜出现了异常，通过三维界面，能方便的知道该机柜上架设备的运行信息及设备信息，为运维人员采取措施及时消除局部热点提供时间，防止设备因局部热点的出现而出现宕机。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统，其特征是，包含后台、无线网络数据采集模块、有线网络数据采集模块、数据中心涉及动力环境的相关设备；

所述后台是一台或若干台主机或利用云计算平台进行数据处理的运算设备，所述主机是C/S或B/S架构的；

所述数据中心涉及动力环境的相关设备包括机房、机柜、含UPS的供配电系统、精密空调、服务器、路由器、交换机、存储设备；

所述无线网络数据采集模块包括若干无线传感器、若干无线基站；所述若干无线传感器包括无线温湿度传感器、无线门开关传感器、无线水浸传感器、无线气体传感器；

所述有线网络数据采集模块的采集对象包括含UPS的供配电系统、精密空调、服务器、路由器、交换机、存储设备；所述有线数据采集模块中有线数据采集对象和后台之间通过通讯网络连接。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统，其特征是，

所述无线传感器部署于采集对象上，所述无线传感器的采集对象包括机柜内部、柜门、精密空调放置处、数据中心空气环境；所述采集机柜内部温湿度数据的无线温湿度传感器粘贴于机柜内壁；所述测量柜门开合状态的无线门开关传感器部署于柜门的开合处；所述测量漏水情况的无线水浸传感器部署于可能产生积水的精密空调位置；所述测量硫化物气体浓度的无线气体传感器部署于数据中心中的空气流通处；所述无线传感器与无线基站之间通过射频以自定义通讯协议的方式进行通信；所述自定义的通讯协议是采用2.4GHz通讯频率，满足无线传感器低功耗要求的无线通讯协议。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统，其特征是，

所述含UPS的供配电系统内的智能配电柜和UPS的数据输出端口通过通讯网络与后台进行通信；在获取运行数据过程中，多数情况采用SNMP协议获取，对于不能采用SNMP协议获取数据的情况，采用总线或串口线的方式获取实时数据；所述精密空调的运行状态和设置信息的采集在精密空调内进行，通过通讯网络，向后台发送查询报文获取相关数据，通过SNMP协议获取运行数据；所述机柜内部的服务器，通过网线，通过IPMI获取相关数据；所述路由器、交换机以及存储设备，通过使用SNMP协议获取相关数据。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统所采用的工作方法，其特征是，具体步骤如下：

步骤一：动力环境监测数据采集；所述数据采集包括无线数据采集和有线数据采集；

步骤二：数据传输；所述数据传输包括无线数据传输和有线数据传输；

步骤三：后台在运行过程中，通过三维虚拟现实技术逼真展示数据中心已部署设备，同时对收到的数据进行数据融合，对其进行必要的智能分析处理，根据预先设定的阈值或运维策略进行报警或提供运维建议，实现报警信息和已建立的数据中心三维模型联动。

5.如权利要求4所述的一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统所采用的工作方法，所述三维虚拟现实技术是指采用互联网三维互动引擎，以三维的效果实现数据中心的资产管理、监控管理、连接管理、规划管理、参观与巡检管理，实现数据中心管理信息和报警的集中化展现。

6.如权利要求4所述的一种基于物联网技术的数据中心动力环境监测系统所采用的工作方法，所述三维模型联动是指有报警信息出现时，三维模型中能实时反应并以三维画面的形式提醒运维人员，提醒的信息包括产生报警设备的位置、该设备周边相关设备的位置。

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