一种基于虚拟现实的云业务故障模拟诊断方法与流程

1.本发明涉及虚拟现实和故障诊断技术领域，特别涉及一种基于虚拟现实的云业务故障模拟诊断方法。


背景技术：

2.虚拟现实(virtual reality，vr)技术自问世以来一直受到国内外研究人员的关注。它是利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术，是一种可以创建和体验虚拟环境的计算机系统技术。vr技术最早20世纪中期由美国vpl探索公司和它的创始人jaronlanier提出这一概念，后来美国宇航局(nasa)的艾姆斯空间中心利用流行的液晶显示电视和其它设备开始研制低成本的虚拟现实系统，推动了其硬件的进步。目前，该技术已获得了长足的发展。我国vr技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展vr技术的研究计划。虚拟现实技术已经广泛应用于医学、娱乐、军事、室内设计、工业仿真等方面，有着良好的发展前景。
3.随着电网信息化建设迈入数字化阶段，云平台和微服务应用规模将日益增长。在云环境下，业务应用通过微服务架构实现，大的业务按照功能职责拆分成独立的服务模块，业务具备了更优的可扩展性、独立升级性、易维护性、业务健壮性等能力，但随着电网业务规模的快速发展，业务服务数量也不断增加，服务间的调用关系越来越错综复杂，单纯依赖人为排查的方式已经无法应对复杂业务服务的排障要求。因此，亟需体系化构建微服务业务健康模型，依据智能化手段，自动发现并主动预警业务运行故障，快速完成故障定位并提供智能辅助决策，降低对运维人员的能力要求，提高业务服务故障发现与定位处置效率。对于微服务云平台智慧运维模块而言，需要研究基于扩展现实的云业务资源纳管与故障诊断动态可视化技术，建立云业务资源和服务的数字孪生体，实时映射模拟业务运行的指标度量、链路追踪、日志分析、资源调度等，动态呈现资源运行状态、资源纳管情况、业务运行情况、故障告警和定位信息。
4.因此，本发明通过基于虚拟仿真的机房故障模拟系统完成机房故障的诊断模拟，具备良好的机房三维建模效果与良好的模型色彩视觉效果，能够为故障模拟提供可靠的支撑，满足多人员共享，并发交互的应用需求，适应新形势运维场景和运维对象，提升精益化、自动化和智能化运维水平。


技术实现要素：

5.本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于虚拟现实的云业务故障模拟诊断方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.一种基于虚拟现实的云业务故障模拟诊断方法，具体步骤包括：
7.步骤s1、基于虚拟仿真技术构建包括基础层、应用层，以及管理层的机房故障模拟系统；
8.步骤s2、通过虚拟现实平台建模三维虚拟现实控制程序，并利用3d建模渲染和制作软件3ds max对机房实体进行三维建模；
9.步骤s3、通过虚拟现实建模语言交互机制实现虚拟场景与机房故障的模拟交互；
10.步骤s4、基于三维可视化信息实现机房的可视化运维辅助管理与故障模拟，实时映射并仿真云业务动态运行情况。
11.作为本发明的进一步的方案：所述步骤s1的具体步骤包括：
12.基于虚拟仿真技术构建机房故障模拟系统，主要包括基础层、应用层，以及管理层，其中，基础层用于系统各类数据的存储，以及为系统三维建模的应用提供数据依据和数据传输，所述应用层包括三维建模模块、在线仿真模块，以及故障诊断模块；
13.其中，所述三维建模模块中主要以vrp建模控制程序为核心，控制系统的三维实体模型构建，能够通过视觉注意机制完成机房模型的色彩优化；
14.所述在线仿真模块作为培训使用的模块，可进行模型仿真、结果分析，以及培训报告；
15.所述故障诊断模块则是完成构建的机房的故障诊断，向虚拟场景内的人员提供直观的故障情况；
16.所述管理层主要完成系统的可视化，呈现机房故障的模拟结果。
17.作为本发明的进一步的方案：所述步骤s2的具体步骤包括：
18.步骤s21、通过虚拟现实vrp建模三维虚拟现实控制程序；
19.通过vrp三维虚拟现实控制程序中虚拟现实软件之间的相互结合实现机房三维建模控制；利用程序的自带脚本编辑功能，为不同的用户需求提供不同的服务，当交互较为复杂时，可通过编程接口进行编程，完成复杂的交互处理；
20.步骤s22、通过3ds max对机房实体进行三维建模。机房实体建模时，以实物为参照，收集相关的材料和数据，建模按照整体到局部的顺序进行，保证细节的刻画清晰，则具体建模过程为：
21.a、通过几何建模方法构建机房的基础模型；
22.b、采用3ds max对机房模型机型精细化的编辑；
23.c、对精细化编辑后的模型实行材质渲染，完成机房模型的初步形成；
24.d、对初步形成的机房模型进一步处理，将冗余的部分进行删除，并通过视觉注意力机制实现模型的色彩调整优化，完成机房的三维实体建模和优化；
25.e、对模型进行导出，并将其储存至对应的实体模型库中；
26.步骤s22、机房的实体三维模型在构建过程中，通过视觉注意力机制实现模型颜色的调整；
27.所述机房的实体三维模型的构建由多个元素组成，其数量用n表示，模型的第i个和第j个元素分别用mi和mj表示，两者之间的色彩对比度用m
ij
表示，其计算公式为：
[0028][0029]
其中，qk表示权重，li与lj分别表示mi和mj两种元素的亮度值，a和b表示两种色彩通道，mi和mj在a和b的色彩通道值分别用ai、aj和bi、bj表示；
[0030]
元素i和j的色彩对比度和相关程度两种矩阵分别用m和o表示；如果机房的实体三
维模型的组成元素之间具备较高的相关性，则在较近的位置设定m
ij
值较小的元素，避免模型构建后的视觉色彩过于杂乱；反之，在较近的位置设定m
ij
值较大的元素，提升模型的视觉效果；元素i和j的色彩模型计算公式为：
[0031][0032]
其中，o
ij
表示元素i和j的相关程度，φ表示用于元素相关程度大小的划分的判断值，d
ij
表示元素i和元素j之间的距离；
[0033]
通过公式mi完成机房三维实体模型的色彩调整。
[0034]
作为本发明的进一步的方案：所述步骤s3的具体步骤包括：
[0035]
通过vrml交互机制实现虚拟场景与机房故障的模拟交互，同时，结合java应用程序，实现浏览器页面的加载，可通过浏览器完成java程序的调用，交互实现结构；
[0036]
vrml交互机制结合java应用程序在实行交互时，vrml交互机制采用传感器节点完成用户在虚拟场景中位置的感知，获取机房故障三维模拟；
[0037]
所述java应用程序具备用户交互所需的控件，即仿真控制引擎，能够对机房动态参数实行控制，并且该引擎能够将基础层中存储的相关数据传送至虚拟模型中，同时与vrml相连接，通过场景的驱动实现机房的动态生成，并完成场景交互。
[0038]
作为本发明的进一步的方案：所述步骤s4的具体步骤包括：
[0039]
步骤s41、监控可视化：在三维虚拟现实可视化展示机房的基础上，实现可视化管理和机房设备、设施物理位置的精确定位，对机房设备区、设备安装部署情况及动力环境等附属设施进行三维虚拟现实方式的直观展示，通过不同颜色的气体粒子流向展现机柜热交换过程及机房不同位置的温度分布情况，通过渐变的颜色值表示不同的温度范围，方便用户对机房内的温度分布情况进行仿真监控，及时发现机房中的热点区域；
[0040]
步骤s42、硬件可视化：在三维可视化平台中，实现机房内的链路连接的的情况展示，以三维可视化的形式，实现设备端口的管理与连接线缆的管理，实现机房、机房子区域、机柜、设备的分级直接浏览，机房空间可用性的动态统计，结合动力环境监测系统对电量、温湿度、机房承重进行统计；
[0041]
步骤s43、负载数据可视化：在现有资源管理系统数据库的基础上，以三维虚拟现实的形式展现数据中心的运行情况，将不同服务器的负载数据动态呈现，实时映射并仿真云业务动态运行情况，当负载数据出现报警或故障时，报警事件可以直观地在界面上显示相应的效果，当用户点击该报警或故障时，系统能够显示该报警或故障的内容，通过三维的方式抽象地集中模拟和展示某一个子系统的运行效果，其它建筑和设备呈半透明显示，重点突出子系统，通过点击虚拟机房中的摄像头，即可在虚拟机房空间中弹出该区域的实时视频图像，同时也支持查看历史视频；
[0042]
步骤s44、统计可视化：数据统计呈现机房整体使用情况和数据运行情况，以树形数据形式对于已用空间和可用空间进行统计和展现，以列表数据形式展现机房中每台服务器的负载数据和历史错误、告警。
[0043]
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
[0044]
采用上述的技术方案，通过采用基于虚拟仿真的故障模拟系统，完成机房故障的模拟诊断，能够通过逼真的虚拟场景实现与运维人员之间的交互，向运维人员提供准确的故障模拟结果，为故障模拟提供可靠的支撑，能够动态呈现机房资源运行状态和业务运行情况，及时发现业务与资源故障，并以高度可视化的方式帮助运维人员定位并解决问题；
[0045]
基于视觉注意力机制优化模型色彩，能够为模型提供良好的视觉效果，进而提供细节更丰富的三维建模模型。
附图说明
[0046]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
[0047]
图1为本技术公开实施例的故障模拟诊断方法的步骤示意图；
[0048]
图2为本技术公开实施例的故障模拟系统架构示意图；
[0049]
图3为本技术公开实施例的机房模型构建流程图；
[0050]
图4为本技术公开实施例的模拟交互结构示意图。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
请参考图1，本发明实施例中，一种基于虚拟现实的云业务故障模拟诊断方法，具体步骤包括：
[0053]
步骤s1)基于虚拟仿真技术构建主要包括基础层、应用层以及管理层的机房故障模拟系统；
[0054]
步骤s2)通过虚拟现实平台(virtual reality platform，简称vrp)建模三维虚拟现实控制程序；通过3d建模渲染和制作软件3ds max对机房实体进行三维建模；
[0055]
步骤s3)通过虚拟现实建模语言(virtual reality modeling languag，简称vrml)交互机制实现虚拟场景与机房故障的模拟交互；
[0056]
步骤s4)基于三维可视化信息实现机房的可视化运维辅助管理与故障模拟，实时映射并仿真云业务动态运行情况，实现三维监控可视化、硬件可视化、负载数据可视化和统计可视化等4大功能。
[0057]
该方法具体是按如下步骤进行：
[0058]
步骤s1)基于虚拟仿真技术构建主要包括基础层、应用层以及管理层的机房故障模拟系统；
[0059]
如图2所示，图示为故障模拟系统架构示意图，基于虚拟仿真技术的机房故障模拟系统，主要包含基础层、应用层以及管理层，其中基础层主要用于系统各类数据的存储以及为系统三维建模等应用提供数据依据以及数据传输。应用层包含三维建模模块、在线仿真模块、可视化模块。其中三维建模模块中主要以vrp建模控制程序为核心，控制系统的三维实体模型构建，此外通过视觉注意机制完成机房模型的色彩优化；在线仿真模块作为培训
使用的模块，可进行模型仿真、结果分析、培训报告等；可视化模块则是完成基于三维可视化信息实现机房的可视化运维辅助管理与故障模拟，实现三维监控可视化、资产可视化、配线可视化、统计可视化等4大功能，向虚拟场景内的人员提供直观的故障情况。管理层主要完成系统的可视化，呈现机房故障的模拟结果。
[0060]
步骤s2)通过虚拟现实平台(virtual reality platform，简称vrp)建模三维虚拟现实控制程序；通过3d建模渲染和制作软件3ds max对机房实体进行三维建模；
[0061]
步骤s21)通过虚拟现实vrp建模三维虚拟现实控制程序。通过vrp三维虚拟现实控制程序中虚拟现实软件之间的相互结合实现机房三维建模控制；利用程序的自带脚本编辑功能，为不同的用户需求提供不同的服务，当交互较为复杂时，可通过编程接口进行编程，完成复杂的交互处理；
[0062]
步骤s22)通过3ds max对机房实体进行三维建模。机房实体建模时，以实物为参照，收集相关的材料和数据，建模按照整体到局部的顺序进行，保证细节的刻画清晰，如图3所示，图示为机房模型构建流程图，具体的建模过程如下所示：
[0063]
通过几何建模方法构建机房的基础模型；
[0064]
采用3ds max对机房模型机型精细化的编辑；
[0065]
对精细化编辑后的模型实行材质渲染，完成机房模型的初步形成；
[0066]
对初步形成的机房模型进一步处理，将冗余的部分进行删除，并通过视觉注意力机制实现模型的色彩调整优化，完成机房的三维实体建模和优化；
[0067]
对模型进行导出，并将其储存至对应的实体模型库中。
[0068]
步骤s23)机房实体三维模型在构建过程中，通过视觉注意力机制实现模型颜色的调整。机房三维模型的构建由多个元素组成，其数量用n表示，模型的第i个和第j个元素分别用mi和mj表示，两者之间的色彩对比度(即色差)用m
ij
表示，其计算公式为：
[0069][0070]
其中，qk表示权重，li与lj分别表示mi和mj两种元素的亮度值，a和b表示两种色彩通道，mi和mj在a和b的色彩通道值分别用ai、aj和bi、bj表示。
[0071]
元素i和j的色彩对比度和相关程度两种矩阵分别用m和o表示。如果机房的三实体模型的组成元素之间具备较高的相关性，则在较近的位置设定m
ij
值较小的元素，避免模型构建后的视觉色彩过于杂乱；反之，在较近的位置设定m
ij
值较大的元素，提升模型的视觉效果。元素i和j的色彩模型计算公式为：
[0072][0073]
其中，o
ij
表示元素i和j的相关程度，φ表示用于元素相关程度大小的划分的判断值，d
ij
表示元素i和元素j之间的距离。通过公式(2)完成机房三维实体模型的色彩调整。
[0074]
步骤s3)通过虚拟现实建模语言(virtual reality modeling languag，简称vrml)交互机制实现虚拟场景与机房故障的模拟交互；
[0075]
步骤s31)如图4所示，图示为模拟交互结构示意图，通过vrml交互机制实现虚拟场景与机房故障的模拟交互。同时，结合java小应用程序(java applet)，实现浏览器页面的加载，可通过浏览器完成java程序的调用，交互实现结构。
[0076]
vrml交互机制结合java applet在实行交互时，vrml交互机制采用传感器节点完成用户在虚拟场景中位置的感知，获取机房故障三维模拟；java applet则具备用户交互所需的控件，即仿真控制引擎，其可对机房动态参数实行控制，并且该引擎能够将基础层中存储的相关数据传送至虚拟模型中，同时与vrml相连接，通过场景的驱动实现机房的动态生成，并完成场景交互。
[0077]
步骤s4)基于三维可视化信息实现机房的可视化运维辅助管理与故障模拟，实现三维监控可视化、资产可视化、配线可视化、统计可视化等4大功能。
[0078]
步骤s41、监控可视化。在三维虚拟现实可视化展示机房的基础上，实现可视化管理和机房设备、设施物理位置的精确定位。对机房设备区、设备安装部署情况及动力环境等附属设施进行三维虚拟现实方式的直观展示。通过不同颜色的气体粒子流向展现机柜热交换过程及机房不同位置的温度分布情况，通过渐变的颜色值表示不同的温度范围，方便用户对机房内的温度分布情况进行仿真监控，及时发现机房中的热点区域；
[0079]
步骤s42、硬件可视化。在三维可视化平台中，实现机房内的链路连接的的情况展示，以三维可视化的形式，实现设备端口的管理与连接线缆的管理。实现机房、机房子区域、机柜、设备的分级直接浏览，机房空间可用性的动态统计。结合动力环境监测系统对电量、温湿度、机房承重进行统计；
[0080]
步骤s43、负载数据可视化。在现有资源管理系统数据库的基础上，以三维虚拟现实的形式展现数据中心的运行情况，将不同服务器的负载数据动态呈现，实时映射并仿真云业务动态运行情况，当负载数据出现报警或故障时，报警事件可以直观地在界面上显示相应的效果。当用户点击该报警或故障时，系统能够显示该报警或故障的内容。通过三维的方式抽象地集中模拟和展示某一个子系统的运行效果，其它建筑和设备呈半透明显示，重点突出子系统。通过点击虚拟机房中的摄像头，即可在虚拟机房空间中弹出该区域的实时视频图像，同时也支持查看历史视频。
[0081]
步骤s44、统计可视化。数据统计呈现机房整体使用情况和数据运行情况，以树形数据形式对于已用空间和可用空间进行统计和展现，以列表数据形式展现机房中每台服务器的负载数据和历史错误、告警。
[0082]
本发明采用基于虚拟仿真的故障模拟系统，完成机房故障的模拟诊断，能够通过逼真的虚拟场景实现与运维人员之间的交互，向运维人员提供准确的故障模拟结果，为故障模拟提供可靠的支撑，满足多人员共享，并发交互的应用需求，为精益化、自动化和智能化运维赋能；通过基于机房实景的三维可视化展示平台，形象化的虚拟场景和真实数据相结合，运维人员在虚拟场景中查看到机房中的所有设备和状态，能够动态呈现机房资源运行状态和业务运行情况，及时发现业务与资源故障，并以高度可视化的方式帮助运维人员定位并解决问题；此外本发明基于视觉注意力机制优化模型色彩，能够为模型提供良好的视觉效果，进而提供细节更丰富的三维建模模型。
[0083]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。