騰訊&清華發(fā)表新基建領(lǐng)域最新成果：數(shù)據(jù)中心電池設(shè)備AI診斷服務(wù)

魚羊 2020-03-27 10:00:34 來源：量子位

近日，騰訊數(shù)據(jù)中心與清華大學(xué)自動(dòng)化系智網(wǎng)中心團(tuán)隊(duì)的賈慶山老師合作論文被第21屆IFAC國(guó)際自動(dòng)控制世界大會(huì)錄取。該大會(huì)為自動(dòng)控制領(lǐng)域三大頂會(huì)之一，將于今年7月在德國(guó)柏林舉辦。本屆大會(huì)將關(guān)注可持續(xù)資源、綠色能源、數(shù)字化和工業(yè)4.0等主題，人工智能、控制和計(jì)算機(jī)科學(xué)日益重要的融合也將成為大會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

此次騰訊聯(lián)合團(tuán)隊(duì)投中的論文全稱為Predictive Maintenance of VRLA Batteries in UPS towards Reliable Data Centers （中文名稱：對(duì)可靠數(shù)據(jù)中心UPS使用的VRLA電池的預(yù)測(cè)性維護(hù)）。

據(jù)介紹，論文提出的電池故障檢測(cè)方法，填補(bǔ)了此前行業(yè)針對(duì)UPS（Uninterruptible Power System，不間斷電源）電池基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)的研究空白，相比當(dāng)前基于專家經(jīng)驗(yàn)和閾值規(guī)則等進(jìn)行判斷的檢測(cè)方式有更高的準(zhǔn)確率，同時(shí)可以提前預(yù)警電池健康狀態(tài)，有效提升數(shù)據(jù)中心的智能管理水平，是人工智能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心落地應(yīng)用的生動(dòng)實(shí)例。

據(jù)了解，該研究成果也已經(jīng)整合形成電池AI診斷服務(wù)，搭載在騰訊自研的數(shù)據(jù)中心智能運(yùn)維平臺(tái)——騰訊智維上，成功支撐了騰訊深汕數(shù)據(jù)中心的電池健康管理服務(wù)交付工作，目前已覆蓋了騰訊自建數(shù)據(jù)中心的數(shù)萬(wàn)只蓄電池。未來，將全面覆蓋騰訊數(shù)據(jù)中心的幾十萬(wàn)節(jié)電池，并面向廣大行業(yè)伙伴開放。

通過人工智能對(duì)數(shù)據(jù)中心蓄電池進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)

UPS供電系統(tǒng)是滿足數(shù)據(jù)中心供電質(zhì)量的核心部分，而蓄電池又是UPS系統(tǒng)中最重要的組成之一，是整個(gè)供電系統(tǒng)的“最后一道屏障”，在UPS系統(tǒng)的故障中，與蓄電池有關(guān)的原因占30%以上。如果電池故障引起UPS系統(tǒng)宕機(jī)，關(guān)鍵業(yè)務(wù)中斷，將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)損失。行業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)顯示：金融行業(yè)的數(shù)據(jù)中心每宕機(jī)一小時(shí)的損失為1495134美元，通訊行業(yè)的數(shù)據(jù)中心每宕機(jī)一小時(shí)的損失為2066245美元。因此通過對(duì)蓄電池系統(tǒng)科學(xué)的運(yùn)維管理、監(jiān)測(cè)維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并及時(shí)維護(hù)更換，將極大提升數(shù)據(jù)中心持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

不間斷電源系統(tǒng)使用的蓄電池

面對(duì)數(shù)據(jù)中心成千上萬(wàn)的蓄電池，通過人工智能自動(dòng)化的方式進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)能極大提升效率。但現(xiàn)實(shí)中，AI在蓄電池故障預(yù)測(cè)的落地并不容易。首先，由于日常狀態(tài)UPS中使用的蓄電池通常在浮充狀態(tài)下運(yùn)行，因此監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的信息量遠(yuǎn)不及進(jìn)行放電測(cè)試所收集的數(shù)據(jù)。第二，沒有統(tǒng)一的電池更換標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的維護(hù)策略依賴于專家知識(shí)。第三，電池故障相關(guān)的數(shù)據(jù)量不足，使尋找高質(zhì)量模型的任務(wù)具有挑戰(zhàn)性。

此前行業(yè)關(guān)于用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電池壽命預(yù)測(cè)的研究，也多關(guān)注于電動(dòng)汽車電池這類可循環(huán)使用的電池，針對(duì)UPS類等常態(tài)處于浮充狀態(tài)電池的健康管理，此前未見已有研究。

針對(duì)這些問題，騰訊清華聯(lián)合團(tuán)隊(duì)依托于騰訊智維平臺(tái)提供的海量數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，研究了一種用于UPS中VRLA電池的預(yù)測(cè)維護(hù)的新型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。據(jù)介紹，為了提高數(shù)據(jù)采集和標(biāo)注的效率，團(tuán)隊(duì)首先對(duì)電池自然老化和內(nèi)部急劇衰退兩種情況，提出了一種可以自動(dòng)標(biāo)注電池退化時(shí)間點(diǎn)的算法，分別以電池內(nèi)阻和電壓離群程度進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，避免了數(shù)據(jù)標(biāo)注過程中的重復(fù)和繁重的體力勞動(dòng)。然后，針對(duì)蓄電池監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)維度低的問題，應(yīng)用特征工程技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)維度進(jìn)行擴(kuò)展。在完成特征工程后，研究人員分別訓(xùn)練了邏輯回歸、隨機(jī)森林、梯度提升決策樹和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)蓄電池是否發(fā)生故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AI模型對(duì)故障電池的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為98%，和現(xiàn)有的基于閾值的判斷規(guī)則相比，AI模型平均能夠提前15天預(yù)測(cè)電池的故障。

目前上述研究成果已經(jīng)被研究團(tuán)隊(duì)整合形成電池AI診斷服務(wù)，并在騰訊自研的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理軟件平臺(tái)——騰訊智維平臺(tái)上發(fā)布落地，覆蓋了騰訊自建數(shù)據(jù)中心的數(shù)萬(wàn)只蓄電池。該服務(wù)能夠方便地集成進(jìn)現(xiàn)有的電池管理服務(wù)中，并能夠自動(dòng)對(duì)采集到的蓄電池電壓、內(nèi)阻和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)專家工程師對(duì)AI故障診斷的效果進(jìn)行了持續(xù)的跟進(jìn)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，相比于原有的電池維護(hù)策略，AI診斷服務(wù)能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)電池的故障狀態(tài)進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，同時(shí)還可以檢測(cè)出超出專家知識(shí)范圍的潛在電池故障，這使得數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維工程師能夠?qū)π铍姵氐木S護(hù)更換進(jìn)行更加有針對(duì)性地規(guī)劃，有效提高了蓄電池的運(yùn)維效率，進(jìn)一步保障數(shù)據(jù)中心的可靠性。在對(duì)騰訊天津數(shù)據(jù)中心3號(hào)樓的6880節(jié)電池進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際落地驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，電池健康管理服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)96.2%的告警準(zhǔn)確率，且告警時(shí)間比實(shí)際故障提前5~30天，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的分析方案。

目前，騰訊團(tuán)隊(duì)正在逐步擴(kuò)大落地范圍，未來將通過智維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)騰訊幾十萬(wàn)節(jié)電池的業(yè)務(wù)覆蓋。

據(jù)了解，騰訊智維平臺(tái)由服務(wù)騰訊內(nèi)部的星云平臺(tái)升級(jí)而來，是騰訊將近20年數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)與智能化、云化技術(shù)相結(jié)合，自研的一款數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理軟件平臺(tái)。通過騰訊智維平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的智能告警、智能巡檢、智能容量分析和透明化的客戶體驗(yàn)，為全局把控、精細(xì)化管理、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)成本提供基礎(chǔ)，同時(shí)也為技術(shù)專家實(shí)時(shí)、異地處理告警和數(shù)據(jù)中心的無人值守創(chuàng)造可能。它可以幫助客戶360°掌握數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行情況，持續(xù)提升運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量與效率，降低成本投入，將數(shù)據(jù)中心的價(jià)值極大化。騰訊智維平臺(tái)就像是數(shù)據(jù)中心的“大腦”，為騰訊數(shù)據(jù)中心賦予了精密的感知能力和快速迭代進(jìn)化的能力。

目前，騰訊智維平臺(tái)已在騰訊超過80個(gè)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心進(jìn)行部署，覆蓋了全球12個(gè)國(guó)家和地區(qū)，運(yùn)營(yíng)管理了超過100萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，測(cè)點(diǎn)數(shù)量超過600萬(wàn)個(gè)。同時(shí)，騰訊智維也和重慶電信、廣東電信等運(yùn)營(yíng)商和銀行、證券等各行業(yè)的客戶達(dá)成了合作關(guān)系。據(jù)了解，騰訊智維平臺(tái)接入部署后，為重慶電信在能耗優(yōu)化方面提升30%左右，每年節(jié)省電費(fèi)達(dá)百萬(wàn)元以上。

騰訊聯(lián)合高校攜手推進(jìn)新基建領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用落地

早在2006年，騰訊就圍繞人才培養(yǎng)、聯(lián)合研究和學(xué)術(shù)交流三條主線啟動(dòng)了騰訊高校合作項(xiàng)?，并先后與清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院計(jì)算所、北京大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國(guó)人民大學(xué)、南京大學(xué)、西安交通大學(xué)等多所知名高校成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，且與眾多領(lǐng)域?qū)＜议_展產(chǎn)學(xué)研合作。

2016年，騰訊IDC平臺(tái)部與清華大學(xué)自動(dòng)化系智網(wǎng)中心團(tuán)隊(duì)的趙千川、賈慶山和夏俐老師建立了數(shù)據(jù)中心自動(dòng)化運(yùn)維領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研合作。研究工作以提升數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)質(zhì)量、降低運(yùn)營(yíng)成本和提升運(yùn)營(yíng)效率三個(gè)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，經(jīng)過雙方多年持續(xù)耕耘，已累積發(fā)表6篇高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文，輸出7項(xiàng)發(fā)明專利。

騰訊數(shù)據(jù)中心和高校專業(yè)研究團(tuán)隊(duì)的合作研究，不僅集中在電池健康管理的研究上。在數(shù)據(jù)中心智能告警方面，研究團(tuán)隊(duì)提出了告警預(yù)警多維分析方案，綜合設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備工藝，采用多傳感器融合以及專家知識(shí)等方法，通過對(duì)數(shù)據(jù)中心的告警數(shù)據(jù)的根因分析和關(guān)聯(lián)性分析，對(duì)數(shù)據(jù)中心告警風(fēng)暴進(jìn)行收斂，有效減少冗余告警信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備的準(zhǔn)確告警和提前預(yù)警，并在海量告警場(chǎng)景中進(jìn)行告警溯源、定位根因，幫助現(xiàn)場(chǎng)工程師快速定位故障，有效提升現(xiàn)場(chǎng)告警的準(zhǔn)確性和響應(yīng)效率。該方案已應(yīng)用于騰訊智維平臺(tái)，在近百個(gè)騰訊的數(shù)據(jù)中心中提供實(shí)際支持。

在數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面，研究團(tuán)隊(duì)采用AI技術(shù)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)中心能效預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心能效的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，并提供數(shù)據(jù)中心能效影響因子的解釋性服務(wù)，同時(shí)基于能效預(yù)測(cè)模型進(jìn)行自動(dòng)尋優(yōu)的智能分析，輸出節(jié)能優(yōu)化建議。該方案已在騰訊天津數(shù)據(jù)中心4號(hào)樓完成第一階段的落地驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能效果，證明AI技術(shù)在數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的應(yīng)用價(jià)值和巨大潛力。

隨著相關(guān)研究的不斷深入，騰訊與清華將有更多研究成果在騰訊智維平臺(tái)上落地發(fā)布，推動(dòng)平臺(tái)由自動(dòng)化向智能化發(fā)展。

如今，數(shù)據(jù)中心智能化已成為其主要的發(fā)展方向，作為所有互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的基石，數(shù)據(jù)中心正在人工智能技術(shù)的推動(dòng)下發(fā)生著運(yùn)維管理的大變革。作為世界領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)公司，也是全球IaaS市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的云計(jì)算廠商之一，騰訊全網(wǎng)服務(wù)器總量已經(jīng)超過110萬(wàn)臺(tái)，是中國(guó)首家服務(wù)器總量超過百萬(wàn)的公司，也是全球五家服務(wù)器數(shù)量過百萬(wàn)的公司之一。在此背景下，騰訊數(shù)據(jù)中心圍繞“降本增效”的核心訴求，不斷整合自身資源與經(jīng)驗(yàn)，加速構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施層的自研技術(shù)體系。

2020年3月4日，在中共中央政治局常務(wù)委員會(huì)召開的會(huì)議上，決策層強(qiáng)調(diào)，要加快推進(jìn)國(guó)家規(guī)劃已明確的重大工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其中5G 網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為備受關(guān)注的方向。人工智能作為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力，正在釋放歷次科技革命和產(chǎn)業(yè)變革積蓄的巨大能量，持續(xù)探索人工智能技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，以人工智能賦能數(shù)據(jù)中心，將極大地推動(dòng)數(shù)據(jù)中心由自動(dòng)化向智能化發(fā)展，也將促進(jìn)數(shù)據(jù)中心快速適應(yīng)新的智能化業(yè)務(wù)的需求。

— 完 —