張 巖

（對外經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)統(tǒng)計學(xué)院，北京 100070）

0 引 言

隨著信息化的迅猛發(fā)展和5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)以及人工智能等新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)，國內(nèi)各互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、金融行業(yè)、廣電行業(yè)等紛紛提出了異地災(zāi)備、通信機房互聯(lián)等大帶寬需求。通信機房作為電力通信行業(yè)業(yè)務(wù)運行的中樞系統(tǒng)，具有極高的價值。業(yè)務(wù)的有序開展取決于通信機房的正常運行，而通信機房的正常運行則取決于機房中各支撐系統(tǒng)設(shè)備及傳感器能否正常工作。一方面，需要采取多種手段保證機房各項支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，包括動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及IT系統(tǒng)，機房管理人員需要詳細掌握上述系統(tǒng)的實時運行狀況以及告警信息，實現(xiàn)對機房的精細化管理[1]；另一方面，針對機房設(shè)備運行故障告警能有序開展運維工作，下發(fā)工單至運維人員或代維人員，管理員可對維護質(zhì)量進行全方位監(jiān)督，實現(xiàn)智能化運維管理。

為了保障系統(tǒng)的正常運行，現(xiàn)已建設(shè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等運維支撐平臺，并實現(xiàn)良好應(yīng)用。但由于資產(chǎn)配置系統(tǒng)、動環(huán)系統(tǒng)等監(jiān)控系統(tǒng)部署較為分散，導(dǎo)致系統(tǒng)間數(shù)據(jù)不通，而且沒有一個統(tǒng)一平臺整合實時更新配置、性能數(shù)據(jù)以及告警數(shù)據(jù)，缺乏從統(tǒng)一可視化的角度整合監(jiān)控數(shù)據(jù)，因此需構(gòu)建整合的可視化操作平臺。

本項目實踐研究智能化運維技術(shù)，通過梳理已有運維業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與運維工作潛在的問題，集中多方平臺能力，完成多系統(tǒng)多業(yè)務(wù)的整合與知識庫對接，以加強數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)運維管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，可為智能化運維的數(shù)據(jù)分析、自動化處理提供原始模型數(shù)據(jù)信息?；跈C房三維可視化的運維應(yīng)用場景將極大地方便運維人員在日常檢查時的瀏覽、信息檢索、圖檔預(yù)覽等工作，提高了運維工作效率和工作質(zhì)量，大大降低了運維管理技術(shù)難度，有助于管理人員全面掌控運行情況[2]。

1 傳統(tǒng)通信機房面臨的機遇和挑戰(zhàn)

當(dāng)前電力通信機房管理、運行維護的方法仍然較為傳統(tǒng)，面臨巨大的挑戰(zhàn)，主要問題在于以下4個方面。一是難知，即電力通信機房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被評估；二是難變，即通信機房架構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被透析；三是難維，即網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)無序和錯綜，難以定位故障；四是難治，即電力通信機房完善缺少依據(jù)，難以被治理。

為解決機房運維管理的問題，國家電網(wǎng)公司正在加快建設(shè)“管理集約、運行精益、作業(yè)智能、服務(wù)敏捷”的一體化信息通信運維體系，以確保信息通信安全運行可視、可信、可管、可控，這對于通信機房運維管控提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。同時，隨著三維數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化移交等工作的全面推進，利用數(shù)字化設(shè)計成果構(gòu)建全數(shù)據(jù)融合的可視化智能運維系統(tǒng)使實現(xiàn)運維管控的可視化、智能化成為可能。

2 通信機房的數(shù)字化智能化實踐

隨著通信機房管理越來越精細化、專業(yè)化、規(guī)范化，利用可視化管理已經(jīng)成為提升通信機房管理水平的重要手段之一。3D仿真技術(shù)作為可視化管理的主要手段，已經(jīng)全面融入到通信機房管理中。憑借強大的信息可視化能力和創(chuàng)新的交互方式，3D仿真技術(shù)被更多地用來整合各種專業(yè)系統(tǒng)和管理工具的多樣化信息，構(gòu)建通信機房的全息圖景。本文研究內(nèi)容將圍繞通信機房三維建模技術(shù)、通信機房三維可視化精細展示技術(shù)、通信機房通信線纜三維路徑可視化展示技術(shù)、通信機房三維模型與通信機房設(shè)備實時交互與仿真技術(shù)以及電力通信機房智能化運維平臺開發(fā)展開。

2.1 通信機房三維建模技術(shù)

開展通信機房設(shè)備、設(shè)施三維建模技術(shù)研究，包括機柜設(shè)計、供電設(shè)備設(shè)施設(shè)計、線纜通道設(shè)計以及線纜敷設(shè)等，可以實現(xiàn)通信機房完整的三維建模，滿足數(shù)字化移交要求，同時為智能化、精益化運維應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[3,4]。根據(jù)已有的機房工程設(shè)計模型，對其基本圖形、圖形間融合等表達方式進行研究。歸納總結(jié)三維設(shè)計模型的可輸出信息，包括三維模型及關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表達方式。將三維設(shè)計模型信息的表達方式與機房運維業(yè)務(wù)場景相結(jié)合，從運維的角度出發(fā)，研究提出符合通信機房運維的三維模型建模深度及數(shù)字表達方式。輸出機房三維建模要求，根據(jù)通信機房三維建模要求制作機房典型設(shè)備設(shè)施三維模型資源。根據(jù)試點通信機房工程實際情況，按照深度要求完成通信機房三維布置建模，包括服務(wù)器設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備、直流電源設(shè)備、光傳輸設(shè)備、光配線架設(shè)備、音頻配線架、語音交換設(shè)備、自動化信息設(shè)備、光纜以及電纜等[5]。將三維模型與相關(guān)的設(shè)備設(shè)施屬性信息、圖紙文件建立關(guān)聯(lián)，形成完整的通信機房三維模型數(shù)據(jù)。通信機房三維模型如圖1所示。

項目實現(xiàn)通信機房完整的三維建模，滿足數(shù)字化移交要求，同時為智能化、精細化運維應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2.2 通信機房三維可視化精細展示技術(shù)

開展通信機房三維可視化渲染與展示技術(shù)研究，包括通信機房設(shè)備、設(shè)施、線纜、通道等三維模型的可視化以及各種設(shè)備、設(shè)施關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)展示，實現(xiàn)基于三維可視化的機房模型與信息展示，為智能化運維提供直觀可視、操作便捷的應(yīng)用支持[6]。根據(jù)通信機房運維業(yè)務(wù)要求和軟件開發(fā)規(guī)范等，開展業(yè)務(wù)需求分析。根據(jù)需求分析成果完成軟件的需求規(guī)格編制，明確業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)項、業(yè)務(wù)流程等。根據(jù)項目需求規(guī)格完成軟件系統(tǒng)原型設(shè)計，通過直觀、可操作的原型設(shè)計確定需求。根據(jù)軟件需求成果完成軟件概要設(shè)計，包括軟件技術(shù)路線、框架設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計等。通過軟件研發(fā)項目評審，完成軟件框架編碼開發(fā)，包括軟件主框架界面構(gòu)建、數(shù)據(jù)管理以及運行配置等。將通信機房三維模型數(shù)據(jù)（包括模型信息、關(guān)聯(lián)文件）導(dǎo)入軟件，并完整解析數(shù)據(jù)進行存儲。研究通信機房三維模型高效可視化渲染方法，實現(xiàn)通信機房三維模型在軟件窗口中的展示。此外，開發(fā)三維模型基本操作瀏覽、屬性信息查詢以及關(guān)聯(lián)圖紙查詢等功能。

項目實現(xiàn)了基于三維可視化的通信機房模型與信息展示，如圖2所示，為智能化運維提供直觀可視、操作便捷的應(yīng)用支持。

2.3 通信機房通信線纜三維路徑可視化展示技術(shù)

開展基于三維可視化的通信機房線纜路徑可視化技術(shù)研究，包括線纜起點端口、終點端口、經(jīng)過關(guān)鍵點等完整的路徑真實模擬展示，為通信機房運維的路徑搜索等提供支撐[7]。解析機房完整三維模型數(shù)據(jù)，構(gòu)建線纜端口連接關(guān)系，并記錄相關(guān)信息。根據(jù)起點端口、終點端口、經(jīng)歷節(jié)點信息以及指定線纜等完成線纜路徑搜索，實現(xiàn)線纜路徑真實三維模擬展示。

2.4 通信機房三維模型與通信機房設(shè)備實時交互及仿真技術(shù)

開展通信機房設(shè)備實時數(shù)據(jù)接收與狀態(tài)仿真模擬展示研究，包括在機房三維可視化場景中接收設(shè)備運行監(jiān)測信息等實時信息。研究通信機房設(shè)備實時數(shù)據(jù)接收方法，將接收的機房設(shè)備運行監(jiān)測等實時信息與設(shè)備三維模型建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，直觀、動態(tài)地仿真模擬通信設(shè)備運行狀態(tài)，例如設(shè)備信號燈狀態(tài)模擬、防塵與溫濕度監(jiān)控展示、設(shè)備故障展示以及控制信號通斷模擬等。

2.5 電力通信機房智能化運維平臺開發(fā)

研發(fā)通信機房智能化運維平臺，提高通信機房數(shù)字化、精益化管理水平，提升通信機房風(fēng)險預(yù)警與故障處置能力，打造通信機房智能管控新模式[8]。通過設(shè)計通信機房三維模型與通信機房設(shè)備實時交互與仿真技術(shù)方案，建立實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與模型的交互接口，實現(xiàn)機房與模型實時動態(tài)映射與仿真，輔助通信機房精準(zhǔn)運維[9]。通信機房實時監(jiān)控界面如圖3所示。

圖3 通信機房實時監(jiān)控界面

3 智能化通信機房下一步研究方向

通過電力通信機房數(shù)字化的技術(shù)研究，智能化的三維運維提升了傳統(tǒng)的運維服務(wù)滿意度及運維效率，提高了電力通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，為其承載的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供了便捷高效的基礎(chǔ)環(huán)境，為公司未來的云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)落地提供了更好的保障。

本項目是從基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境角度考慮的智能運維，下一步將從業(yè)務(wù)角度考慮智能運維，基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)優(yōu)化決策集合，實現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)通道智能規(guī)劃和分析研究[10]。此外，還將研究支持控制類業(yè)務(wù)通道路由獨立性規(guī)劃和智能調(diào)節(jié)算法、SDH與POTN融合組網(wǎng)仿真建模方法。以設(shè)備、光纜的故障率作為評價狀態(tài)指標(biāo)，開展單設(shè)備、單光纜的運行狀態(tài)評價研究。對于設(shè)備，通過站內(nèi)運行狀態(tài)、歷史運行狀態(tài)、歷史故障缺陷、運行壽命等因素進行評價；對于光纜，通過光纜故障率、光纜運行年限、歷史故障缺陷、光纜類型以及光路承載情況等因素進行評價。

隨機抽取通信管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和運行臺賬，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法運行狀態(tài)評價模型，形成以評價因素和其權(quán)重為因子的決策集合，如圖4所示。

圖4 設(shè)備、光纜等運行狀態(tài)評價模型

以決策集合為基礎(chǔ)，構(gòu)建電力通信網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)劃模型。結(jié)合業(yè)務(wù)路由調(diào)配符合多約束條件的路由路徑，設(shè)定節(jié)點不重復(fù)、路由不重復(fù)、設(shè)備不重復(fù)以及負載均衡等限制條件，利用蟻群等啟發(fā)式算法，在保障業(yè)務(wù)主備用通道或具有主備用關(guān)系的業(yè)務(wù)通道獨立性的同時，實現(xiàn)全網(wǎng)業(yè)務(wù)通道最優(yōu)和智能規(guī)劃。

4 結(jié) 論

通過對智能化運維技術(shù)的研究梳理，構(gòu)建多個平臺，完成多系統(tǒng)、多業(yè)務(wù)的整合及其與知識庫的對接。通過加強對數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)性的分析，實現(xiàn)運維管理的數(shù)據(jù)統(tǒng)一，為智能化運維的數(shù)據(jù)分析、自動化處理提供原始模型數(shù)據(jù)信息，提高通信機房數(shù)字、精益化管理水平，打造通信機房智能管控新模式，為通信機房智能決策提供支撐。