一種用于IDC機(jī)房數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

（作者單位：華北石油通信有限公司）

摘要：介紹了適用于數(shù)據(jù)中心可預(yù)定義、自定義場(chǎng)景的輕量級(jí)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)實(shí)中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大多沉淀在數(shù)據(jù)庫(kù)中，且獲取不同設(shè)備的信號(hào)數(shù)據(jù)并把這些數(shù)據(jù)展示出來(lái)，多受檢測(cè)系統(tǒng)的限制。該應(yīng)用解決這些問(wèn)題，用戶可基于某種場(chǎng)景需求自由組合設(shè)備信號(hào)，同時(shí)可以選擇這些信號(hào)是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還是歷史數(shù)據(jù)形式展現(xiàn)。該實(shí)現(xiàn)適用于IDC機(jī)房運(yùn)營(yíng)階段能耗跟蹤，可為節(jié)能降耗措施提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)于測(cè)點(diǎn)部署顆粒度粗，無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)模型獲取到收斂結(jié)果的，數(shù)據(jù)觀測(cè)功能可助力用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

關(guān)鍵詞：輕量級(jí)應(yīng)用；場(chǎng)景預(yù)定義；場(chǎng)景自定義；數(shù)據(jù)觀測(cè)；Echarts

        一、前言

       數(shù)據(jù)機(jī)房涉及多個(gè)領(lǐng)域：建筑、動(dòng)力與照明、機(jī)房與機(jī)房熱管理，能耗監(jiān)測(cè)，消防等，這些領(lǐng)域有自己的管理系統(tǒng)，一方面這些子系統(tǒng)各自獨(dú)立形成信息孤島。另一方面，由于系統(tǒng)架構(gòu)所限，數(shù)據(jù)展現(xiàn)不夠靈活^【1】。同時(shí)IDC機(jī)房運(yùn)營(yíng)階段的精細(xì)化管理是運(yùn)營(yíng)者關(guān)注的焦點(diǎn)，如能通過(guò)優(yōu)化降低運(yùn)行能耗，將會(huì)提升盈利能力。而要驗(yàn)證將采取的節(jié)能技改措施有效性，有時(shí)需要廣泛的數(shù)據(jù)支撐。這些數(shù)據(jù)可能是從已建成的動(dòng)環(huán)系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、空調(diào)群控系統(tǒng)中獲取到的綜合數(shù)據(jù)，如果各子系統(tǒng)是獨(dú)立的，要獲取數(shù)據(jù)難度較大，需要自行開(kāi)發(fā)接口程序和應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)接，或協(xié)調(diào)各廠家按統(tǒng)一通信協(xié)議對(duì)外輸出，如RESTful或OPC。對(duì)于各子系統(tǒng)集成到DCIM，面臨組態(tài)缺乏足夠的靈活性，建設(shè)階段根據(jù)用戶需求或工藝流程，通過(guò)組態(tài)方式建立設(shè)備間邏輯關(guān)系，但這無(wú)法滿足后期使用過(guò)程中產(chǎn)生的新需求，解決這類問(wèn)題一般是請(qǐng)廠家新增定制組態(tài)，或是找到一種泛式且開(kāi)源的組態(tài)軟件，能支持和不同行業(yè)的各廠家監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)接。

       施耐德公司針對(duì)企業(yè)能源管理需求概括出五個(gè)實(shí)現(xiàn)階段，階段1-完善計(jì)量網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三級(jí)計(jì)量；階段2-采集自動(dòng)數(shù)據(jù)，生成實(shí)時(shí)報(bào)表；階段3-保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，減少數(shù)據(jù)誤差；階段4-協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息共享；階段5-精益能效分析，助力主動(dòng)節(jié)能；本應(yīng)用是基于該理論開(kāi)發(fā)的，通過(guò)自行開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)接口，把子系統(tǒng)的設(shè)備和信號(hào)信息接入到己方的數(shù)據(jù)庫(kù)中，為能效管理應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)值。由于系統(tǒng)的多樣性，所開(kāi)發(fā)的接口程序和數(shù)據(jù)模型不具備通用性，這里不進(jìn)行闡述。重點(diǎn)介紹應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)，為精益能效分析提供多種形式且組合靈活的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。本應(yīng)用是一種輕量級(jí)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：1、根據(jù)需求靈活組合不同設(shè)備的信號(hào)設(shè)備。2、為滿足自定義場(chǎng)景數(shù)據(jù)支撐，在一頁(yè)中以多面板方式呈現(xiàn)所需觀測(cè)的數(shù)據(jù)。3、根據(jù)需要選擇觀測(cè)數(shù)據(jù)是歷史數(shù)據(jù)還是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。4、這些數(shù)據(jù)以圖表方式展現(xiàn)出來(lái)，圖片可下載保存，數(shù)據(jù)可導(dǎo)出保存。

二、應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

     （一）設(shè)計(jì)思路：

      1.現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的局限性（以動(dòng)環(huán)系統(tǒng)為例）：

      IDC機(jī)房的監(jiān)控系統(tǒng)是以支撐的基礎(chǔ)設(shè)備為對(duì)象，三遙為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)IDC機(jī)房的監(jiān)控和管理。在組織形式上，根據(jù)設(shè)備所在空間把設(shè)備聚合在一起。現(xiàn)階段還存在以下局限：

?以設(shè)備為單位點(diǎn)擊查看具體信號(hào)，了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備間缺乏關(guān)聯(lián)性，如機(jī)房配電系統(tǒng)中，在某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，如何快速感知到受影響終端設(shè)備及快速定位到可能的故障點(diǎn)。

?通過(guò)組態(tài)定制，把和工藝相關(guān)不同設(shè)備的信號(hào)聚合到一起，通過(guò)圖示化展示出來(lái)，這些組態(tài)是在項(xiàng)目實(shí)施階段定制的，系統(tǒng)驗(yàn)收后的新需求，因需要廠家解決而產(chǎn)生額外的費(fèi)用。

?在數(shù)據(jù)獲取上，可以獲取到信號(hào)的歷史數(shù)據(jù)，而實(shí)時(shí)信號(hào)的獲取缺乏靈活性和存儲(chǔ)機(jī)制。而現(xiàn)實(shí)中的節(jié)能技改措施所需觀測(cè)的設(shè)備信號(hào)數(shù)據(jù)，伴隨應(yīng)用場(chǎng)景的不同而不同。且在觀測(cè)數(shù)據(jù)類型上也不盡相同。

?部分廠家監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)查詢，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的不同信號(hào)的聚合展示，但實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示無(wú)這種信號(hào)聚合功能。

2.解決思路：

       自定義場(chǎng)景的需求，概括起來(lái)主要是兩點(diǎn)，一個(gè)是設(shè)備信號(hào)伴隨應(yīng)用場(chǎng)景自由組合，一個(gè)是選擇觀測(cè)的數(shù)據(jù)類型。應(yīng)用是基于現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)層上開(kāi)發(fā)的，這樣可以充分利用原有數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采樣值，而開(kāi)發(fā)只需解決以下兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題即可：

?可自由組合的信號(hào)集：構(gòu)建設(shè)備樹(shù)，它是信號(hào)自由組合的關(guān)鍵。可通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)備表和信號(hào)表組裝實(shí)現(xiàn)。通過(guò)連續(xù)選取信號(hào)構(gòu)成一個(gè)信號(hào)集，這些信號(hào)的數(shù)據(jù)可以在一張圖表中顯示出來(lái)。而一個(gè)數(shù)據(jù)觀測(cè)者的需求可以是一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)集構(gòu)成。

?實(shí)時(shí)信號(hào)存儲(chǔ)：因?yàn)橐尸F(xiàn)的是個(gè)連續(xù)的時(shí)序圖形，而實(shí)時(shí)信號(hào)每次獲取的是個(gè)單一數(shù)值，需要有把這些數(shù)值存儲(chǔ)下來(lái)，并且要同時(shí)滿足多組數(shù)據(jù)觀測(cè)性需求，這需要一個(gè)多維數(shù)組方能滿足。程序設(shè)計(jì)上，默認(rèn)是前端每5秒鐘向后端申請(qǐng)數(shù)據(jù)，支持連續(xù)觀測(cè)5分鐘的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。采集頻率和觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求進(jìn)行更改。

3.選擇組件實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)

?實(shí)現(xiàn)自由組合的信號(hào)集功能采用是zTree組件，zTree是開(kāi)源軟件，依靠jQuery實(shí)現(xiàn)多功能“樹(shù)插件”。具備支持JSON數(shù)據(jù)、支持靜態(tài)和Ajax異步加載節(jié)點(diǎn)等功能。實(shí)現(xiàn)上前端請(qǐng)求數(shù)據(jù)，服務(wù)端把設(shè)備和信號(hào)整理成樹(shù)結(jié)構(gòu)的JSON數(shù)據(jù)發(fā)給前端，用戶通過(guò)選取構(gòu)成信號(hào)集。樣式見(jiàn)圖1

圖1  選擇測(cè)點(diǎn)

?結(jié)果呈現(xiàn)是由ECharts完成的，ECharts 是一個(gè)使用 JavaScript 實(shí)現(xiàn)的開(kāi)源可視化庫(kù)，包含豐富的功能特性^[2]。人們常說(shuō)一圖勝千言，從展示效果上不光能可視各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，更能直觀的看到時(shí)間區(qū)間內(nèi)信號(hào)運(yùn)行態(tài)勢(shì)。輸出上也很靈活，即可下載圖片，也可以把數(shù)據(jù)復(fù)制保存起來(lái)。

      用戶通過(guò)前端的選擇操作把需求分解，服務(wù)端根據(jù)需求進(jìn)行分析和處理，并把結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，這樣一個(gè)輕量級(jí)的數(shù)據(jù)觀測(cè)應(yīng)用就實(shí)現(xiàn)了。

（二）功能簡(jiǎn)介：

      前端界面是基于klorofil模板開(kāi)發(fā)的，展示結(jié)果由Echart.js完成，目前解決了主要的應(yīng)用需求，要成為滿足更復(fù)雜的應(yīng)用需求，充分適配于行業(yè)需求的商業(yè)軟件還需深耕。

       左側(cè)導(dǎo)航條里涵蓋場(chǎng)景預(yù)定義和場(chǎng)景自定義（界面見(jiàn)圖2）。右側(cè)是自定義場(chǎng)景的界面，該界面設(shè)置了四個(gè)操作，用戶結(jié)合自身需求依次進(jìn)行選擇操作，最終形成一個(gè)JSON格式的數(shù)據(jù)提交給服務(wù)端，由服務(wù)器端進(jìn)行分解處理。

圖 2  場(chǎng)景自定義頁(yè)面

（一）場(chǎng)景預(yù)定義

       是針對(duì)用戶現(xiàn)階段單一應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)。這里通過(guò)virtualMap組件實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)房的總覽，該矢量圖中鏈接了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及冷通道電流歷史曲線和負(fù)載率評(píng)估（式樣見(jiàn)圖3）。

圖3  場(chǎng)景預(yù)定義.機(jī)柜電流和利用率

（二）場(chǎng)景自定義

      設(shè)計(jì)初衷來(lái)源于用戶驗(yàn)證節(jié)能技改措施有效性的需求，即通過(guò)對(duì)相關(guān)設(shè)備信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，反饋措施是否有效。應(yīng)用實(shí)現(xiàn)上通過(guò)zTree組件實(shí)現(xiàn)上設(shè)備信號(hào)的自由組合，這些組合的信號(hào)形成一個(gè)數(shù)據(jù)集，結(jié)果在一張圖里呈現(xiàn)。程序設(shè)計(jì)上對(duì)可觀測(cè)數(shù)據(jù)集的數(shù)量做了限定，最多可同時(shí)觀測(cè)四組數(shù)據(jù)集，而數(shù)據(jù)集中的設(shè)備信號(hào)數(shù)量未作限定。而觀測(cè)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的是歷史數(shù)據(jù)還是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，是通過(guò)選擇數(shù)據(jù)類型確定下來(lái)的。（樣式見(jiàn)圖4、圖5）

圖4  自定義場(chǎng)景-歷史數(shù)據(jù)（冷通道溫度）

圖5  自定義場(chǎng)景-實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（冷通道溫度.回風(fēng)溫度）

三、實(shí)現(xiàn)思路

       這里介紹的是場(chǎng)景自定義功能的實(shí)現(xiàn)思路，場(chǎng)景預(yù)定義的實(shí)現(xiàn)不在論述范圍內(nèi)。整個(gè)應(yīng)用采用的是B/S架構(gòu)，前端是HTML+JAVASCRIPT實(shí)現(xiàn)的頁(yè)面，使用者通過(guò)頁(yè)面設(shè)置的選擇項(xiàng)，把需求進(jìn)行分解出來(lái)，最終形成json格式的需求描述，服務(wù)端功能是通過(guò)PHP實(shí)現(xiàn)的，服務(wù)端把前端的請(qǐng)求進(jìn)行分解和處理，處理后的數(shù)據(jù)生成動(dòng)態(tài)頁(yè)面呈現(xiàn)給前端。應(yīng)用系統(tǒng)的整體流程圖見(jiàn)圖6

圖6  系統(tǒng)流程圖

（一）前端實(shí)現(xiàn)：

前端通過(guò)四個(gè)步驟分解用戶的需求：

步驟一：填寫(xiě)自定義場(chǎng)景的名稱和描述，選取幾個(gè)面板來(lái)展示這些數(shù)據(jù)。

步驟二：數(shù)據(jù)選取，通過(guò)設(shè)備數(shù)選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以是相同設(shè)備也可以是不同設(shè)備的。同時(shí)選擇數(shù)據(jù)類型，展示是通過(guò)歷史數(shù)據(jù)還是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

在歷史數(shù)據(jù)展示面板底部帶有時(shí)間拾取器，可重新選擇所需時(shí)間段并刷新數(shù)據(jù)。

步驟三：動(dòng)態(tài)腳本的實(shí)現(xiàn)^[3]，主要用于從服務(wù)端獲取的數(shù)據(jù)采樣值進(jìn)行算法操作，從而獲取到采用節(jié)能技改措后的預(yù)期值。

步驟四：是否保存定制的場(chǎng)景。

通過(guò)這四步操作，最終形成了JSON格式的需求提交給服務(wù)端，以下是個(gè)json樣本：

["sceneName":"溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系",“descript”:”試圖通過(guò)冷通道溫度和空調(diào)回風(fēng)溫度的統(tǒng)計(jì)值發(fā)現(xiàn)內(nèi)在聯(lián)系”,"save":"false",“data”:’{"title":"京南機(jī)房A-2號(hào)溫濕度","group":1,"type":"realtime","signalName":"京南機(jī)房A-1號(hào)溫濕度_溫度,京南機(jī)房A-2號(hào)溫濕度_溫度","signalID":"K2001001,K2002001"},{"title":"京南機(jī)房A-3號(hào)空調(diào)","group":2,"type":"realtime","signalName":"京南機(jī)房A-2號(hào)空調(diào)_室內(nèi)溫度,京南機(jī)房A-1號(hào)空調(diào)_溫度,京南機(jī)房A-3號(hào)空調(diào)_溫度","signalID":"KDH03001,KL201001,KL203001"}’]

該JSON格式的請(qǐng)求，將生成含有兩張實(shí)時(shí)圖的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，第一張圖是冷通道的兩個(gè)溫濕度傳感器的溫度實(shí)時(shí)值，另一張圖是A-1號(hào)、A-2號(hào)、A-3號(hào)空調(diào)的回風(fēng)溫度實(shí)時(shí)值，目的是想通過(guò)對(duì)兩組數(shù)據(jù)的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)找到空調(diào)回風(fēng)溫度對(duì)冷通道溫度的影響。鍵名為save的值決定是否保存該定制場(chǎng)景鏈接，如該值為ture將保存該場(chǎng)景，下次調(diào)用直接點(diǎn)擊該場(chǎng)景名稱即可。

（二）服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)：

服務(wù)端功能是PHP實(shí)現(xiàn)的。主要根據(jù)前端用戶請(qǐng)求，依照定義對(duì)JSON數(shù)據(jù)進(jìn)行分解處理，所需觀測(cè)數(shù)據(jù)是依照signalID的鍵值，提取的數(shù)據(jù)結(jié)果歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不一樣，歷史數(shù)據(jù)是含有時(shí)間和采樣信號(hào)歷史值的Array對(duì)象，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是單點(diǎn)值，考慮時(shí)鐘不同步的問(wèn)題，該點(diǎn)的時(shí)間由服務(wù)器產(chǎn)生而不是從數(shù)據(jù)庫(kù)里提取。從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的數(shù)值是字符串格式，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，否則無(wú)法滿足使Echart的要求。圖7是對(duì)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取出的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理代碼。

圖7  歷史數(shù)據(jù)處理代碼

（三）未完成部分

       現(xiàn)實(shí)中可能會(huì)有預(yù)期的需求，即為節(jié)能措施建立數(shù)學(xué)模型，以某些設(shè)備信號(hào)為參量，通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出預(yù)期。要實(shí)現(xiàn)此功能，設(shè)計(jì)上在前端支持在線腳本編輯功能來(lái)完成，即通過(guò)腳本實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，完成后的腳本交于服務(wù)端存儲(chǔ)和處理，通過(guò)鉤子函數(shù)把在線編輯的腳本插入到網(wǎng)頁(yè)中并重新渲染網(wǎng)頁(yè)，從而得到預(yù)期功能。由于時(shí)間和工作安排關(guān)系，目前該功能尚未實(shí)現(xiàn)，將在后期予以實(shí)現(xiàn)。

（四）開(kāi)發(fā)環(huán)境

前端：window10+HTML+Javascript

UI：klorofil

Plug：ecahrts.js、ztree.js、laydate.js

browser: chrome

后端：Window Server2008R2+PHP+MYSQL

四、結(jié)語(yǔ)

      該實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)IDC機(jī)房運(yùn)營(yíng)階段數(shù)據(jù)挖掘，助力精細(xì)化管理。通過(guò)靈活的信號(hào)組合為不同設(shè)備建立邏輯關(guān)聯(lián)，為能耗監(jiān)測(cè)、節(jié)能降耗措施提供數(shù)據(jù)支撐，終結(jié)了數(shù)據(jù)沉淀于數(shù)據(jù)庫(kù)的局面，為用戶展示維護(hù)成果提供延伸手段。同時(shí)也希望本文能為有相同需求的同業(yè)者有所啟迪。

參考文獻(xiàn)

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