一种基于数字孪生技术的数据中心运维方法与流程

1.本发明涉及大数据中心技术领域，具体来说是一种基于数字孪生技术的数据中心运维方法。


背景技术：

2.随着互联网的快速发展，企业、单位等建立的数据中心机房越来越多，但往往缺乏有效管理，大部分数据中心机房存在着设备摆放混乱、线缆杂乱无章，出现问题时无法有效排错及维护。
3.目前部分新建数据中心机房的管理人员有了管理意识，设备摆放越来越规范，线缆布局也逐渐合理。但对于较大的数据中心，管理起来仍旧较为困难。另外还存在运维人员的频繁更换，对机房内布局熟悉较慢的情况。
4.因此，数据中心的管理需要更加科学的管理方法，来减少对数据中心布局进行熟悉的成本。如何设计出一种数据中心的运维方法已经成为急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中难以针对数据中心进行技术管理的缺陷，提供一种基于数字孪生技术的数据中心运维方法来解决上述问题。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种基于数字孪生技术的数据中心运维方法，包括以下步骤：
8.基础数据的采集：采集数据中心场景中的物理信息与数字模型信息；
9.数字孪生模型的建立：将数据中心场景中的物理信息与数字模型信息利用数字孪生技术进行3d建模及渲染，得到数字孪生模型；
10.数据中心运行数据的采集与传输：采集数据中心设备运行数据，将其数据通过tcp/ip协议推送到数字孪生模型；
11.数据中心运维状态的监测：监测数据中心运维状态，通过采集告警及阈值产生告警，生成工单，并在数字孪生模型中实时监测可视化设备告警状态及运行数据。
12.所述基础数据的采集包括以下步骤：
13.采集数据中心园区、建筑、楼层的物理信息；
14.采集数据中心机房内部动环设备、安防设备、机柜物理信息与数字模型信息；
15.采集安防设备中摄像头的数字模型信息，其包括摄像头位置、悬空高度、访问ip、访问协议、登录账户密码；
16.采集机柜中机架式设备的物理信息与数字模型信息，其中，机架式设备的物理信息包括所在机柜编号、在机柜中占用u位、在机柜中的朝向，其数字模型信息包括采集指标列表、采集协议、采集频率；
17.采集设备间配线数字模型信息，其包括光口、电口，前面板、后面板。
18.所述数字孪生模型的建立包括以下步骤：
19.对webgl轻量化bim引擎进行优化：
20.利用数据合并减少构件量：将所有相同的设备模型均引用同一个构件，包括采用相同尺寸的机柜、相同型号的机架式设备、相同颜色与尺寸的门、窗，均引用同一个构件，仅空间坐标不同；
21.通过缓释加载来提升加载速度：设定整个孪生模型层级分明，包括园区、建筑、楼层、房间、机柜、机架式设备、配线，观察模型时由小到大、由远及近层层递进，在远处看全景，在近处看细节；
22.基于c 开发的渲染引擎：由于3d系统的复杂性，设定本引擎使用c 进行开发；
23.设计双精度计算模型：使用双精度计算模型，并配合动态中心渲染技术，提高渲染计算精度；
24.设定八叉树算法：利用八叉树算法有效存储和查找顶点；
25.将园区、建筑、楼层的数字模型信息及物理信息进行数字建模及3d建模，再通过优化后的webgl轻量化bim引擎进行渲染，得到数字模型及孪生模型；
26.将设备数字模型信息及配线数字模型信息导入数字孪生模型，在数字孪生模型中生成设备模型与数据中心网络拓扑。
27.所述数据中心运行数据的采集与传输包括以下步骤：
28.根据设备数字模型中定义的采集指标、采集协议及采集频率采集设备运行数据；
29.通过http协议将采集数据推送到数字孪生模型中，按设备编号映射到设备；
30.采集数据在设备模型上显示时包含指标名称、采集值、单位，并按时间将新数据覆盖旧数据。
31.所述数据中心运维状态的监测包括以下步骤：
32.根据数字孪生模型中定义的采集协议及采集频率采集设备告警数据；
33.通过prophet算法实时计算告警阈值，与实时运行数据比对，对异常数据产生告警；
34.将采集到的告警及通过阈值产生的告警生成工单；
35.将采集到的告警推送到数字孪生模型中，在数字孪生模型中的对应设备上弹出告警图标。
36.所述webgl轻量化bim引擎包括：加载器loader模块：用于场景加载和渲染，通过本地缓冲和多线程加载技术，加速大型场景加载速度；摄影机camera模块：用于调度3d空间中摄影机；线路绘制manual模块：用于绘制3d线路；场景管理scene manager模块：用于创建和销毁场景物体；材质管理material模块：用于在3d场景中嵌入flash或位图等文件；渲染管理器volume模块：展示不同数据源的热图；选取器picker模块：管理场景的层级变化和选取物体；场景修改器modifier模块：控制物体特效和优化渲染效率；图层管理overlay模块：将页面高效地绘制到3d空间中，或将其平铺到屏幕上，作为图标等界面元素；输入管理input模块：管理设备键盘和鼠标、触屏的输入。
37.有益效果
38.本发明的一种基于数字孪生技术的数据中心运维方法，与现有技术相比基于实际场景生成数字孪生模型，能够总览整个数据中心，了解每一台设备的位置及所有设备间连线情况；利用本发明所述的数据中心运维方法能够实时监测所有设备，并在数字孪生模型
中着重显示重点指标，并在指标数据异常时，能够实现及时响应通知。
附图说明
39.图1为本发明的方法顺序图；
40.图2为本发明所涉及的系统模块结构原理图；
41.图3为利用本发明所生成的数据中心运维状态图。
具体实施方式
42.为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
43.如图1和图2所示，本发明所述的一种基于数字孪生技术的数据中心运维方法，包括以下步骤：
44.第一步，基础数据的采集：采集数据中心场景中的物理信息与数字模型信息。其具体步骤如下：
45.(1)采集数据中心园区、建筑、楼层的物理信息。
46.(2)采集数据中心机房内部动环设备、安防设备、机柜物理信息与数字模型信息。在此，按不同动环设备类型及实际型号配置数据采集协议(modbus、snmp、b接口、opc)，设备ip、访问端口、访问凭证；并按设备类型配置需要采集的指标及指标的唯一性标识；按指标关键程度配置采集频率。
47.(3)采集安防设备中摄像头的数字模型信息，其包括摄像头位置、悬空高度、访问ip、访问协议(http、rtsp、rtmp)、登录账户密码。
48.(4)采集机柜中机架式设备(包括网络设备、存储、服务器)的物理信息与数字模型信息，其中，机架式设备的物理信息包括所在机柜编号、在机柜中占用u位、在机柜中的朝向，其数字模型信息包括采集指标列表、采集协议、采集频率。
49.其中，机架式设备的数字模型信息中位置信息包括所在机柜编号、在机柜中占用u位、在机柜中的朝向；而机架式设备的数字模型信息中指标信息包括采集指标列表、采集协议、采集频率；按不同设备类型及实际型号配置数据采集协议(snmp、ipmi、http)，设备ip、访问端口、访问凭证；并按设备型号配置需要采集的指标及指标的唯一性标识；最后按指标关键程度配置采集频率。
50.(5)采集设备间配线数字模型信息，其包括光口、电口，前面板、后面板。
51.第二步，数字孪生模型的建立：将数据中心场景中的物理信息与数字模型信息利用数字孪生技术进行3d建模及渲染，得到数字孪生模型。
52.传统的数据中心管理是通过图纸及平面图来描述数据中心的布局，设备的管理则呈现在表格中，本发明则使用孪生模型来重现真实场景，整个布局及设备位置在孪生模型中与真实场景保持一致，可以快速定位。对着孪生模型介绍数据中心，更加形象、直观表现数据中心环境、设备、链路等场景；数据中心管理也更加便捷，定位问题设备更迅速。相比起简单地进行平面布局绘图，为了呈现最完整的场景及设备位置信息，3d的信息采集复杂度要高很多，而且建模及数据接入的难度也非常大。
53.其具体步骤如下：
54.(1)对webgl轻量化bim引擎进行优化。
55.常规的建模方法是对所有物体一对一还原，处理较大的模型量时加载较慢，且资源占用量高。在此我们进行了一些优化，提升了加载速度，降低了资源的占用量，使得模型加载速度更快，需要的资源量更低，在低配置的设备上也能轻松运行。
56.本发明中，webgl轻量化bim引擎包括：加载器loader模块：用于场景加载和渲染，通过本地缓冲和多线程加载技术，加速大型场景加载速度；摄影机camera模块：用于调度3d空间中摄影机；线路绘制manual模块：用于绘制3d线路；场景管理scene manager模块：用于创建和销毁场景物体；材质管理material模块：用于在3d场景中嵌入flash或位图等文件；渲染管理器volume模块：展示不同数据源的热图；选取器picker模块：管理场景的层级变化和选取物体；场景修改器modifier模块：控制物体特效和优化渲染效率；图层管理overlay模块：将页面高效地绘制到3d空间中，或将其平铺到屏幕上，作为图标等界面元素；输入管理input模块：管理设备键盘和鼠标、触屏的输入。
57.对webgl轻量化bim引擎进行优化的具体步骤如下：
58.a1)利用数据合并减少构件量：将所有相同的设备模型均引用同一个构件，包括采用相同尺寸的机柜、相同型号的机架式设备、相同颜色与尺寸的门、窗，均引用同一个构件，仅空间坐标不同；
59.a2)通过缓释加载来提升加载速度：设定整个孪生模型层级分明，包括园区、建筑、楼层、房间、机柜、机架式设备、配线，观察模型时由小到大、由远及近层层递进，在远处看全景，在近处看细节；
60.a3)基于c 开发的渲染引擎：由于3d系统的复杂性，设定本引擎使用c 进行开发，c 的处理运行速度在高级语言中是最快的；
61.a4)设计双精度计算模型：使用双精度计算模型，并配合动态中心渲染技术，提高渲染计算精度；
62.a5)设定八叉树算法：利用八叉树算法有效存储和查找顶点，八叉树是在描述三维空间坐标场景中的一种数据结构，可实现高效场景管理，能够提高三维建模时查找顶点的速度。
63.(2)将园区、建筑、楼层的数字模型信息及物理信息进行数字建模及3d建模，再通过优化后的webgl轻量化bim引擎进行渲染，得到数字模型及孪生模型。
64.(3)将设备数字模型信息及配线数字模型信息导入数字孪生模型，在数字孪生模型中生成设备模型与数据中心网络拓扑。
65.第三步，数据中心运行数据的采集与传输：采集数据中心设备运行数据，将其数据通过tcp/ip协议推送到数字孪生模型。其具体步骤如下：
66.(1)根据设备数字模型中定义的采集指标、采集协议及采集频率采集设备运行数据；
67.(2)通过http协议将采集数据推送到数字孪生模型中，按设备编号映射到设备；
68.(3)采集数据在设备模型上显示时包含指标名称、采集值、单位，并按时间将新数据覆盖旧数据。
69.第四步，数据中心运维状态的监测：监测数据中心运维状态，通过采集告警及阈值产生告警，生成工单，并在数字孪生模型中实时监测可视化设备告警状态及运行数据。
70.传统的数据中心设备监控数据往往采集到运维平台上，用表格的方式管理设备，点开具体设备后查看监控数据，有告警会推送。数据查看较为繁琐，且不直观；对告警的处理也很难快速定位到设备，需要熟悉数据中心布局，了解设备的具体位置。而在此将数据和告警推送到数字孪生模型中，各设备的关键指标在模型中一览无余，出现告警时设备模型也会高亮，可以迅速定位。使用设备监控数据查看更加直观；告警设备模型高亮，减少故障定位时间，提高运维效率，减少不必要的损失。
71.其具体步骤如下：
72.(1)根据数字孪生模型中定义的采集协议及采集频率采集设备告警数据。
73.(2)通过prophet算法实时计算告警阈值，与实时运行数据比对，对异常数据产生告警；
74.(3)将采集到的告警及通过阈值产生的告警生成工单。
75.(4)将采集到的告警推送到数字孪生模型中，在数字孪生模型中的对应设备上弹出告警图标。实际应用中，根据告警级别不同，设备会变成红色、橙色或黄色。告警修复后，告警图标消失，设备颜色恢复正常；告警修复后，工单仍然需要工程师确认，并进入历史告警记录方便再查询。在数字孪生模型中对应设备上方弹出告警图标并给设备变色，工程师可以迅速定位问题设备的具体位置，减少进机房寻找设备的时间消耗。
76.如图3所示，其为利用数字孪生模型生成的数据中心运维状态图，基于此可以方便有效地对数据中心进行运维管理。
77.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。