1、1 项目概况 1.1 项目背景随着神华集团信息化建设的不断深入，新的业务信息系统不断上线，越来越多的业务应用需要信息系统来实现，IT架构的规模与复杂度也越来越高，对IT管理提出了更高的要求，主要有以下3个方面：n 统一高效的资产和配置管理。目前在IT管理过程中，在资产管理与配置管理已有了一定基础，但是在日常的管理中仍然面临着一系列的问题，比如对于日常的数据中心上下架的信息确认与查询，相关的容量统计，以及同时位置信息、资产信息、配置信息分散，难以有效支持IT运维过程。n 统一高效的监控管理。随着目前监控管理的发展，目前集团已部署了数据中心环境监控系统、网络监控系统，主机监控系统等，这些监控信息没
2、有有效进行整合，要在分散的操作界面上进行分析查看，不利日常的故障处理与分析。n 完整统一高效的IT信息查询平台。资产配置信息（对象）与监控信息（性能）各自孤立，无法形成一个数据中心的全面信息整体，经常需要IT运维的信息需要，穿行于不同的IT管理工具之间。随着集团公司信息化建设的不断推进，专业化发展不断深入，为了进一步提高IT管理，需要建立数据中心的可视化平台，来实现有效在同一平台管理及掌握数据中心全面状况。1.2 项目目标针对神华集团数据中心的日常运维管理，本项目能够充分利用最新的计算机图形技术，基于3D虚拟现实的最佳表现形式建立IT管理的可视化平台。可视化平台是统一IT管理系统的数据展现平台
3、，也是重要的信息交互和获取界面，更是IT运维管理走向可视化管理的重要基础。本项目通过3D技术实现对数据中心的真实展现，能够实现基于三维环境对数据中心、机柜和各类设备的管理功能，构建数据中心环境、设备和管理信息的可视化平台，集成现有的数据中心环境监控系统、网络监控系统和主机监控系统，实现所有资产对象的管理及相关监控信息整合展示，让相关管理人员清晰直观的掌握IT运营中的有效信息，实现透明化与可视化的管理。可视化管理能让IT的资产配置信息和运行状况更加直观，使复杂的IT信息变得易于表达、理解和传播，从而消除IT运营过程中不同角色之间的认知偏差和监管盲区，实现管理的透明化，更进而有效提升资产管理与监控
4、管理的效率，真正实现一个立体式、可视化的新一代数据中心运行管理系统。1.3 项目要求n 系统的实现应参考国际标杆并结合现状，采用先进可靠的设备和技术，确保系统的先进性和成熟性，保证投资的有效性和延续性。n 系统必须要达到企业级的安全标准，提供良好的安全可靠性策略，支持多种安全可靠性技术手段，制定严格的安全可靠性管理措施。n 系统应基于国内外业界开放式标准，统一规划，为未来的业务发展奠定基础。n 系统应具备灵活的可扩展性，具备方便地适应业务需求的变化、迅速地支持新业务的能力。n 系统应易于使用与维护，具备良好的用户操作界面、人性化的管理工具和完备的帮助信息。2 对项目需求的理解根据对项目现状和需
5、求理解，本章节将从关键成功因素、可视化的概念、方案设计思路和方案设计特点几个方面进行项目需求阐述。2.1 关键成功因素构建神华集团数据中心可视化管理平台的目的，是要实现在同一平台管理及掌握数据中心全面状况，形象的再现数据中心内的多样化资产。从发电、制冷等大型设备直到端口、线缆等微小组件，均按照其在真实世界中的位置和关系在计算机屏幕上展现，形象化展示数据中心的运作情况，从而达到提升数据中心管理效率的目的。所以，深入理解“可视化”的概念，以及“可视化”在数据中心领域的最佳运用方式，是本项目的关键成功因素。2.2 可视化的概念可视化管理是指利用信息系统，让相关管理人员清晰直观的掌握企业有效信息，实现
6、透明化与可视化的管理，尤其适用于运营管理过程，实现人员可视化，管理对象可视化，评测指标可视化，流程可视化等效果。可视化管理能让企业的流程更加直观，使企业内部的信息易于表达、理解和传播，从而消除运营过程中不同角色之间的认知偏差和监管盲区，实现管理的透明化，提升过程可控度。概括起来说，可视化管理就是“将需管理的对象用一目了然的方式体现。”2.3 方案设计思路近三十年来，数据中心管理在诸多方面发生了巨大的改进，产生了ITSM理论和各种运维体系及最佳实践，也催生了一系列的新技术如数据中心自动化或云计算，更有层出不穷的各种管理工具。但如何才能把一个数据中心的各个层面清晰展现在我们的面前？这个问题一直没有
7、被真正破解。数据中心的管理者费尽心力罗列一大堆报表和数据，却始终无法清晰的告诉别人现在数据中心的运作状况。这里面的核心关键是，我们并没有找到合适的办法，以一个普通人的视角来描述数据中心。然而随着3D技术的日趋成熟，数据中心管理中出现了新的数据整合、管理和呈现手段，即通过3D技术，将多种管理系统的复杂信息融汇在虚拟机房环境之中，并以符合人类直觉的方式自然呈现。用户可在虚拟机房中以类似电脑游戏方式查看任意对象的资产信息、监控信息、告警信息。这种可视化方式能够大大降低信息的查询和浏览难度，使运维管理人员能够大幅提升操控效率，加快响应速度，缩短处理时间。针对数据中心面临的管理问题，可视化管理场景应贯穿
8、数据中心完整的生命周期，在规划设计、运营服务、应急处理以及分析优化等各个阶段发挥基础作用，应对业务需求，提升管理效率。数据中心规划和设计数据中心的规划和设计具有很强的实践性特点，实际的规划方案和建设工艺，都需要在一定的基础环境中得到验证和优化。通过实际的建设过程来验证规划和设计的代价是巨大的，如何在规划和设计阶段获取接近实际建设过程的“仿真”经验，通过针对建设过程中的各类关键指标和对象进行虚拟建模，在建设之初，搭建一个虚拟的可供调整的“仿真”环境，对规划和设计进行验证，甚至预见到建成后的运营状态，将是可视化管理体系在建设和规划阶段要解决的重点问题。现实系统系统模型虚拟环境系统抽象仿真模型建立仿
9、真试验对一个数据中心环境的仿真处理涉及系统、系统模型和虚拟环境三个要素，而通过系统抽象、仿真模型建立和仿真实验这三个基本活动把三要素联系起来。数据中心模拟环境要素和基本活动可视化管理在数据中心规划和设计阶段的使用依赖于所涉及的环境构成的抽象和仿真度，即，基础设施和IT管理对象的模型成熟度，以及关键设计参数的计算模型完备度。目前的应用现状还处于逐步成熟的阶段，已经有了基本的框架和思路，重点的基础设施和设备抽象模型已经有了较为全面的积累，运行阶段的关键参数指标，包括应用系统、各类软硬件平台、空间、功耗、基建承重等指标的模拟运行和统计分析模型也已基本实现。但是目前的实际使用案例还较少，随着在越来越多
10、的数据中心建设规划项目中实际使用，将逐步形成一套完整的仿真模拟的规划方法。数据中心日常运营数据中心日常运营的挑战主要来自于技术环境管理和运营流程管理两个方面，以及如何将管理对象、管理流程，组织人员、技术平台整合起来，达到协同一致的运营服务目标。在技术环境管理对可视化的主要需求是基础环境可视化和技术架构可视化，属于增强型虚拟现实技术和自动化运维的范畴。l 基础环境可视化：主要指数据中心的物理机房、安保系统、环境和设备管理，由于安全规定，机房环境特征，以及人力物力的限制，导致管理方式不可能通过派驻人员现场值守的方式进行，而日常运营又需要时刻了解这些系统的状态，可以如身处现场的沉浸式实时管理。因此可
11、视化管理系统会充分集合增强型虚拟现实技术，创建出与现实物理环境一致的虚拟环境，并将关键管理对象和运行参数的实时监控信息与该虚拟环境集成，使管理员获取身临其境的感受，同时又客服了地域、环境和管理制度的限制。同时由于增强虚拟现实环境中可以采取多镜头多视角、甚至透视图展示，人们可以获取超越实际环境的管理能力，实现各种管理场景的自由切换，其管理效率又将远远超过实地管理。视频监控运行指标跟踪温湿度云图容量统计l 技术架构可视化：是指由业务、应用、IT组件、基础架构等共同构成的数据中心抽象运行模型，这部分的管理难度主要来自于各个专业技术领域的割裂，而相关技术领域又是互相关联，共同构成整体运营环境，任何一个
12、环节的运行状态都可能影响到周边环境，同时也受到周边环境的影响，所以需要一个整合的视角将分散的管理对象从架构层面整合成一个整体，以一种清晰可见的管理方式使各类不同的技术人员和管理人员对相关领域的定位和关系达成共识，当出现问题或进行系统调整时，能够清晰的界定彼此的分工，找到合理的协作方式。可视化管理通过层次模型的方式对业务、应用、平台、网络等架构进行建模，并建立起彼此的关联关系，同时与基础环境可视化整合，形成完整的数据中心技术架构可视化管理模型。2.4 方案设计要点1. 展现内容根据项目要求及设计思路，本项目的主要展示内容包括：环境、设备、管线、告警、容量、功耗、温度。2. 展现形式从最终展示效果
13、来看，各部分采用的展现方式如下：a) “机房环境、资产、管线”：此为IT实物资产，采用3D虚拟仿真展示；b) “虚拟机”：此为IT逻辑资产，采用3D抽象展示；c) “告警”：此为警示类数据，采用3D告警图表展示；d) “容量”：此为简单统计类数据，采用2D数据面板展示；e) “功耗”：此为复杂统计类数据，可链接到外挂的统计分析工具；f) “温度”：采用3D温度云图展示。3. 集成策略由于数据中心可视化管理平台（后简称“可视化平台”）的定位是数据展示，不是数据维护。因此，在确定展现的内容和形式后，我们需考虑数据的集成策略，才能为可视化系统提供足够的“弹药”。数据集成有两种策略：同步和联邦。a)
14、同步：指将外部数据源的数据同步到可视化平台，并在3D场景中展示。此策略适用于需展示3D效果的数据，但实施集成的工作量较大。本项目中，机房环境、资产、管线、虚拟机、告警、容量、温度的展示可使用此集成策略。b) 联邦：指将外部数据源展示页面的链接同步到可视化平台，在3D场景中点击链接，切换到外部数据源的展示页面。此策略适用于无需3D特效，希望沿用外部数据源良好的展示效果。该策略下，集成实施工作量较小。本项目中，“功耗”的展示可使用此集成策略。3 技术方案建议书3.1 技术方案架构3.1.1 设计原则根据对于需求的分析和理解，为达成本次项目目标，数据中心可视化管理平台在系统设计中应贯彻以下原则：1.
15、集中性原则可视化平台需要采用合理的系统体系结构，建立对IT环境各种对象的集中管理，即需要覆盖眼前需要管理的物理对象，也需要考虑未来的逻辑对象。2.灵活性和可扩展性随着业务和管理的发展，可视化平台应该能以快速灵活的配置方式，灵活性和可扩充性是系统设计中需要着重考虑的因素： n 从设备配置角度来看，软硬件配置具备可伸缩及动态平滑扩展能力，通过系统框架和相应服务单元的配置，适应监控范围和内容的变化，以获得良好的性能价格比。n 从实施范围和所需集成的外部系统的角度来看，系统架构在开放的应用支撑体系结构之上，并且易于扩展。通过相应的适配器接口，即可整合现有其他系统、扩建的新系统、集成新增的第三方应用等，
16、使得系统具有良好的可扩充性。n 从行业标准的角度来看，可视化平台应支持对第三方厂商管理工具的集成，具有开放的接口，具有很好的开放性和对标准的支持能力，遵循TCP/IP、SNMP、HTTP、HTTPS等相关的国际标准或行业标准。同时，产品采用模块化设计，有良好的可扩展性和可伸缩性，便于今后的扩展和分步实施。3.实用性和高效性本系统直接服务于管理者与运维工作人员，因此系统的实用性是建设的出发点。需要从以下几方面进行实用性设计：n 为管理人员提供直观、易用的使用界面和策略定义工具，保持各种功能操作方式的一致性。操作维护简单、管理界面友好。提供丰富的图形界面，通过这些图形界面，用户能够完成大部分的管理
17、功能。n 为了便于管理人员通过Internet浏览器从任意地点管理他们的系统，提供基于Web的浏览界面。n 为了取得最大的投资回报，取得更好的收益，必须缩短整个系统的实施周期。管理软件安装简单、省时、安全、可靠，易学习、易管理维护。4.安全性和稳定性安全是系统正常运行的保证，建成后的可视化平台的综合安全体系体现在：n 充分利用现有的诸如防火墙、入侵检测系统、漏洞扫描、防病毒系统等基本安全防御系统；n 拥有完善的身份认证和授权，使各类功能具有完善的访问授权安全机制；n 支持各组件之间的信息安全传输；n 设计数据备份、应急处理与灾难恢复等技术措施。防止和恢复由内在因素和危机环境造成的错误和灾难性故
18、障，确保系统数据的可靠性。通过完整的安全体系，保障数据安全和系统安全。n 设计、实施、产品、设备、服务和安全管理相结合，形成高效、协同的信息安全服务体系。可视化平台的定位是一个“平台级”系统，要支持多个系统、多个部门和多种角色的数据和信息获取，在日常运维中起到关键作用，因此要高度稳定性的平台级特征：n 标准规范的数据结构和数据接口n 快速可靠的备份和恢复能力n 安全稳定的系统运行能力n 易用实用的系统维护特性以上技术特性从安全性、稳定性等方面为可视化平台在实际工作中发挥作用打下基础，是项目成功的重要保障，这是我们在方案设计中要重点考虑的因素。3.1.2 系统架构根据本项目的业务需求和技术需求，
19、基于我们对需求的理解，结合上述的设计原则，我们拟采用优锘科技有限公司的数据中心可视化系统。数据中心可视化系统（简称DCV）是业界领先的数据中心可视化产品，在多个大型数据中心有成功案例。DCV产品将3D与2D有机结合，相辅相成，充分发挥两种可视化技术的优势，能够立体、直观、全方位的展示数据中心运作情况。下面是依托于DCV产品，为神华集团数据中心可视化平台项目所设计的系统架构图：主各组成模块的说明如下：n 3D引擎：提供驱动图形显示的核心3D组件。n 模具图形管理：提供内置的产品模具库的管理。n 用户权限管理：提供用户、角色与权限管理的功能。n 环境可视化：提供园区、建筑外观与内部结构环境的3D展
20、示功能。n 资产可视化：提供资产设备的3D展示功能，包括配置信息展示。n 配线可视化：提供链路的3D展示功能，包括链路及端口信息。n 监控可视化：提供环境监控、架构监控、应用监控及环境监控的可视化。n 容量可视化：提供U位、能耗、承重等数据可视化功能。n 演示可视化：提供动画、PPT、视点等方便演示汇报的可视化功能。n 联邦可视化：通过开放式接口和灵活的链接方式，可在可视化平台中集成其它系统的数据或页面。n 演示可视化：提供PPT演示功能及动画制作功能。n 图形接口：提供将其它3D工具创建的模具进行整理导入的接口。n 数据接口：提供将其它系统或格式的数据导入或对接的接口。3.1.3 物理部署D
21、CV的部署架构非常简洁。在数据中心管理端，只需要部署PC Server做为系统服务器使用，通过局域网络与现有的数据中心其它管理系统联通并进行数据交换。DCV支持B/S架构，远端的桌面用户或大屏显示终端只需要通过IE浏览器登录到可视化系统服务器，即可访问和浏览可视化系统，无需安装独立客户端。DCV支持部署多台服务器以实现可靠性要求。3.2 系统功能3.2.1 总体说明本方案基于DCV提供的3D互动场景浏览技术，总体特点如下：n 先进自主的技术架构：DCV数据中心可视化系统基于领先的图形技术和大型数据中心的需求和实践经验，依托于对可视化与数据中心管理结合方面的设计思路和长期思考，针对性地设计了一套
22、先进自主的技术架构：a) 3D虚拟仿真基于自主知识产权的渲染引擎技术，在实时互动仿真引擎中处于业界领先水平，渲染效率充分满足大型数据中心的可视化需求。渲染多栋建筑和1-2千个机柜规模的场景，3D帧率可达到30帧。b) 使用先进的图形数据库技术，在海量数据环境下，对设备的查询、关系遍历速度远远高于关系型数据库，任意资产设备的查询速度2秒。图形数据库的另一个优势是能够自适应对象模型（或CI模型）的调整，外部数据源增加或减少对象属性时，图形数据库无需做任何改动，就可以自动做相应变化。c) 数据中心可视化系统采用B/S架构，可基于IE访问，易于使用。n 在线3D设备模型库：数据中心中设备众多，而且会随
23、着时间推移不断增加新的设备型号，要有效支撑数据中心三维可视化长期使用和维护的方便性，就要求可视化平台能提供可扩展的、模型种类丰富、型号齐全的设备模型库。DCV产品自带了强大的设备模型库，并具有以下特点：a) 模型库中已有超过2000种3D模具，可以逼真的展示各类IT设备的外观，模型种类覆盖众多主流厂商的主要设备且与真实型号、厂牌一致；b) 模型库可根据IT设备发展状况和客户具体需求定制和增加模型，并以周为时间单位定期更新，以满足设备新型号不断增加的需求；c) 模型库覆盖从基础设施到各种IT设备和虚拟组件多种类型，包括应用、软件实例、虚机、服务器、存储、网络设备、机柜、配线架、空调、配电柜、发电
24、机等。d) 模型库不只提供设备三维形象，还提供各设备的标准属性和指标参数如厂商、型号、U高、尺寸、功耗和重量等，为数据中心管理中的容量和统计提供数据支撑。n 快速绘制3D场景：为了让客户取得更好的收益，必须缩短系统的实施周期。传统的3D实施项目，大部分时间消耗在3D场景的构建上。DCV创造性的采用了以Visio或专用Web工具绘制3D场景，绘制完成后，将Visio或Web绘制文件导入系统，就可以生成3D机房。使得没有任何3D开发经验的用户，也可以通过Visio或网页快速构建和维护自己的3D机房，生成机房的3D内部结构，并摆放大型3D设备。这大大缩短了项目的实施周期，更为重要的是，让数据中心可视
25、化系统真正成为可使用、可维护的实用系统。n 强大的数据集成能力：DCV的定位是数据展示，因此需要方便的从外部数据源获得数据。DCV提供了三种典型的数据集成能力，包括外部数据源向DCV推送数据、DCV从外部数据源拉取数据、数据联邦。具体说明如下：a) 外部数据源向DCV推送数据：采用Web Service或Active MQ集成技术，更适用于实时性高的数据。如，监控系统发现设备告警时，可立即调用DCV的数据推送接口，将告警数据推送给DCV展示。b) DCV从外部数据源拉取数据：采用数据库集成技术，适用于实时性不高的数据。如，设备的资产信息发生变更时，可通过DCV的定时同步程序，定期将数据同步给D
26、CV展示。c) 数据联邦：前两种方式都是直接将外部数据源的数据同步到DCV系统。但还有一种更简单的集成方式，就是通过页面链接，在可视化平台中展示其它系统的页面。此方式可保护既有IT投资，共享、重用已设计良好的可视化页面。d) 除了上述几种典型的集成方式外，DCV还可以以Excel方式将设备台账数据导入系统。n 成熟可用的数据接口：DCV不但支持多种数据集成形式，更在实际项目中已经完成和多个主流IT管理厂商的主流软件产品的接口开发，包括IBM的Tivoli、BMC的BPPM和CMDB、HP的Open view等及国内多家管理厂商的管理软件，并正在实际环境中运行（以BMC的CMDB为例，当CMDB
27、数据更新时，可立即调用DCV的增量同步Web Service接口，实时的将更新后的数据同步到DCV中。当CMDB的CI被删除时，也立即调用DCV的增量删除数据接口，将DCV中的CI删除掉，用户在3D场景中打开柜子时，对应的3D设备将自动消失）。一方面这些已有的产品接口可以有效提高项目的可行性和实施速度，一方面这也验证了DCV的开放性和灵活性，确保了对未来多种数据接入模式的支持。n 数据驱动的场景生成：数据中心可视化平台要采用3D技术构建数据中心的管理场景，必须充分考虑到实用性和可维护性，要确保系统能够真实反映数据中心的现状并确保可维护性，就需要可视化系统能支持与其它管理系统和数据源的联动，能通
28、过数据直接驱动3D场景的生成。DCV数据中心可视化系统采用了领先的3D场景处理技术，能通过读取外部系统或数据文件中的数据，调用三维模型库中的相应模型，直接驱动三维场景的生成，并在数据更新时自动更新三维场景，确保了数据中心可视化系统的实用性和可维护性。n 灵活配置：考虑到不同的用户有不同的使用需求、操作习惯和偏好，为适应不同场景的客户化需求，并确保系统的实施高效易行，DCV提供了丰富的页面配置功能，可以对操作菜单的显示内容、按钮风格、告警图标的颜色、图层选项内容、3D场景的缺省展示角度进行调整。n 权限管理：由于可视化平台需集成很多管理系统的数据，对其访问权限进行有效的控制非常重要。DCV提供基
29、于账号、角色、设备组的综合权限管理能力。通过角色控制用户访问系统功能模块的权限。当用户可以访问某个功能模块时，可通过设备组控制用户访问数据的权限。n 多数据中心管理：DCV系统中可以管理多个数据中心的3D场景，清晰展示各数据中心在地图上的位置。点击某个数据中心，可进入其对应的3D园区中。用户可通过界面方式将新数据中心的场景文件导入系统，自己增加新的数据中心。n 便捷的3D操控：DCV最大的特色是完全站在用户的角度，按照用户的使用习惯设计交互模式。比如，在三维可视化管理环境中采用Google Earth类似的逐级放大进入方式（而非新弹出窗口方式），实现园区（数据中心），楼层，机房，机柜组和机柜，
30、设备，端口，线缆七级全三维浏览和全鼠标操作。可通过鼠标对3D场景实现放大/缩小、上下左右的平移和任意角度旋转、查看整体环境等操作。下面是具体功能说明：3.2.2 环境可视化环境可视化主要用于构建数据中心所在的园区环境，包括园区中的建筑楼宇与景观，它提供一种直观方式来管理、介绍数据中心园区，借助园区的各个区域的功能介绍信息，可实现数据中心园区的虚拟仿真浏览，主要功能介绍如下：n 地理园区的虚拟仿真：- 完成园区的土石、园林、河流、道路的绘制，构建与真实园区一致的环境。- 可多园区进行组织对接，多个数据中心、楼宇在同一个平面上展示。n 建筑外观的虚拟仿真：- 根据建筑物的真实外观完成3D建模。-
31、可展示建筑的基本规格信息。n 楼宇内部结构的虚拟仿真：- 根据楼宇的实际建筑结构完成3D建模 。- 可模拟真实墙面的标语或挂图信息。- 可横向纵向拆分展示每一个楼层的结构情况。3.2.3 资产可视化资产可视化主要帮助数据中心提升资产管理水平，减少在资产查找、盘点、统计方面的无效投入，通过资产信息与配置信息相结合，实现“账”“物”合一的管理模式，同时利用资产可视化的灵活查询，运维人员可以方便获取所需信息，从而有效支撑IT运维的过程。主要功能介绍如下：n 独立设备可视化- 空调、机柜、发电机、配电柜等独立设备查看浏览。n 架式设备可视化- 主机、网络设备、存储等架式设备建模查看浏览。n 板卡级可视
32、化- 刀片服务器的查看浏览。- 板卡、电源模块的查看浏览。n 端口级可视化- 可实现设备外连端口级建模，真实反映设备的端口使用情况。n 设备搜索可视化DCV提供强大的信息搜索查询功能，包括模糊搜索和高级搜索两种方式。- 模糊搜索方式支持以关键字进行全局信息检索，检索结果以层次化的方式列出所属机柜、机房、建筑和园区的树形对象索引，点击查询结果三维场景将自动切换到该设备位置视角，进一步获取明细信息。- 高级搜索功能支持用户自定义复杂的搜索条件组合，系统中的资产配置属性如设备类型、负责人、供应商、地址段等均可成为搜索条件，通过搜索关键字，可自由组合匹配条件，支撑复杂的信息查询需求。可按根据设备的任何属性进行组合查询或模糊查询。- 搜索
