陳靜波

（寧波市軌道交通集團有限公司運營分公司，寧波 315000）

0 引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，通信網(wǎng)絡的變革日益加快，硬件設備的更新?lián)Q代也越發(fā)頻繁。目前通信設備硬件及配套設施正朝著集成化、模塊化發(fā)展，對維護人員的要求也越來越高。目前遠程機器人代替人工監(jiān)控已經(jīng)成為了主流，但受成本所限，并不能完全做到真正的遠程機器人監(jiān)控與巡視。就此，本文提出了一種基于現(xiàn)有OTN網(wǎng)絡的監(jiān)控與無人巡視系統(tǒng)。

1 現(xiàn)有傳統(tǒng)巡視模式的弊端

通信類專業(yè)設備從最初的單一簡單到現(xiàn)在的集自動化、集成化、智能化為一體[1]，這對設備的穩(wěn)定性要求越來越高，而通信設備的故障有一定的隱蔽性，所以通信設備和通信機房的日常巡視工作很重要（如圖1）。目前傳統(tǒng)的人工巡檢方式有如下缺點。

圖1 通信機房內(nèi)部一般巡視路線

1.1 人力成本上升迅速

進入21世紀以來，我國經(jīng)濟發(fā)展發(fā)現(xiàn)尤為迅速，據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的信息，2019年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值為99.0865萬億元，人均GDP突破1萬美元。在經(jīng)濟總量快速上升的同時，人力成本也隨之上升。在浙東地區(qū)與我司有合作關系的委外維保單位其人員平均工資水平由2010年的每天120元上漲至2019年的每天200元，并且招工難的問題越來越突出。

1.2 機房輻射危害愈發(fā)強烈

由于通信設備的模塊化集成化發(fā)展，通信設備功率也持續(xù)變大，隨之機房內(nèi)輻射危害也越來越受重視。例如在通信網(wǎng)絡機房中普遍就有交換機、服務器、存儲設備、UPS等組成，輻射源多種多樣。由于我國現(xiàn)行標準電磁環(huán)境控制限制（GB8702-2014）重點對公共區(qū)域的輻射水平進行檢測[2]，而忽略了機房內(nèi)部電磁輻射水平的控制[3]，在不斷提高和優(yōu)化公共通信服務水平的同時，機房內(nèi)部電磁輻射也逐漸加劇，影響著工作人員的身體健康。

1.3 人工主觀因素影響較多

傳統(tǒng)人工巡視是對機房內(nèi)環(huán)境（包括溫濕度、內(nèi)部環(huán)境衛(wèi)生等）的檢查，設備運行狀態(tài)的確認，設備供電系統(tǒng)（包括雙電源自動切換裝置、UPS等）參數(shù)及狀態(tài)確認，環(huán)境控制裝置的狀態(tài)確認。由于巡視模式的單調(diào)枯燥，且一個工作人員每次巡視一般會巡視多個不同設備類型的機房，受工作人員本身精神狀態(tài)的影響，不能保證在設備運行完整生命期內(nèi)巡視均能100%完全覆蓋，由于巡視人員的疏忽而使設備隱患未能及時發(fā)現(xiàn)，導致設備隱患應發(fā)的設備故障的案例不斷顯現(xiàn)。

1.4 通信設備專業(yè)性強、培養(yǎng)合格維護人員周期長

受通信設備集成化的影響，傳統(tǒng)的人員培養(yǎng)模式受到了很大的挑戰(zhàn)，例如現(xiàn)有的環(huán)境制冷系統(tǒng)已實現(xiàn)機柜內(nèi)覆蓋，既在機柜內(nèi)存在通信專業(yè)設備的基礎上添加了空調(diào)制冷專業(yè)設備，機柜內(nèi)部設備、線路的復雜程度不斷提高。對人員要求也隨之提高。特別是進入5G大規(guī)模商業(yè)應用以來，5G及新型基站開始大量出現(xiàn)[4]，對維護維保單位的新員工培養(yǎng)造成了很大的困難。

2 遠程無人巡視的幾種方式及優(yōu)缺點

在傳統(tǒng)巡視模式逐漸不能滿足新一代通信設備的維護要求以來，各地均開展了遠程無人巡視的研究和實踐[5]，目前市面上主要有兩種遠程無人巡視方式。

2.1 遠程設備監(jiān)控、控制中心集中巡視

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)萬物互聯(lián)的思路，將機房內(nèi)通信設備、UPS設備、空調(diào)設備、供電設備、環(huán)境監(jiān)測設備等均實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，使維護人員足不出戶在控制中心內(nèi)能遠程監(jiān)控所有設備，大大減少巡視人員的數(shù)量，起到降低人工成本的作用（如圖2）。但是由于其對探測器傳感器的精確性，穩(wěn)定性要求較高，設備投資安裝成本較大。在通信及配套設備的基礎上又有大量的自動化設備，對維護人員的要求進一步提高。對維護單位購置和儲存?zhèn)浼笠灿泻芨叩囊?，短期?nèi)不能收到降低成本很好的效果。

圖2 遠程控制監(jiān)控中心

2.2 遠程機器人無人巡視

不改變現(xiàn)有機房設備模式的基礎上單獨購置巡檢機器人（如圖3），對機房的改造量小或不改造，巡檢機器人的維護可由專業(yè)機器人公司承包，對通信維護單位人力、物資壓力較小，也能做到少量的維保人員足不出戶遠程巡視各通信機房的目的。但是巡檢機器人單價高，目前技術(shù)還不是很成熟，故障率較高，維護和維修受制于機器人廠家。但是這會使巡視人員免收機房內(nèi)電磁輻射的影響，還是有很大的推廣意義的。

圖3 巡檢機器人

3 基于現(xiàn)有OTN網(wǎng)絡的監(jiān)控與巡視模式

上述兩種現(xiàn)有的遠程無人巡視方案均有所缺點，對一些相對缺乏大量改造和購置資金的通信設施維護企業(yè)來說這兩個方案都不能完全承受。如此，在分析與了解目前通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及遠程無人巡視系統(tǒng)的基礎上，本文提出了一種基于OTN網(wǎng)絡的新型監(jiān)控與無人巡視系統(tǒng)。

3.1 OTN網(wǎng)絡的發(fā)展與現(xiàn)狀

OTN（光傳送網(wǎng)，Optical Transport Network）（如圖4）是以波分復用技術(shù)（Wavelength-Division Multiplexing，WDM）為基礎，在光層組織網(wǎng)絡的傳送網(wǎng)。是在原有的傳送網(wǎng)絡的基礎上發(fā)展起來的，在超大傳輸容量的基礎上引入了同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）強大的操作、管理、維護（Operation Administration and Maintenance，OAM）能力，同時彌補了SDH在面向傳送層時的功能缺乏和維護管理開銷的不足[6]。OTN繼承了SDH和WDM的雙重優(yōu)勢，能規(guī)避傳統(tǒng)系統(tǒng)一系列問題的出現(xiàn)，目前已經(jīng)成為通信系統(tǒng)主流的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務技術(shù)[7]。在OTN網(wǎng)絡中，各機房內(nèi)的各個主要網(wǎng)絡設備都是以IP地址不同分布其中，通過本網(wǎng)絡內(nèi)惟一的IP地址予以區(qū)分，配置靈活、簡單、高效，易于添刪網(wǎng)絡單元。其中，主要傳輸設備及物理網(wǎng)絡均可以套用現(xiàn)有光傳輸網(wǎng)絡硬件結(jié)構(gòu)，設備通用程度高，易于降低建設和改造成本。

圖4 典型的OTN環(huán)網(wǎng)拓撲圖

3.2 新型網(wǎng)絡攝像機介紹

新型網(wǎng)絡攝像機是近年來開始正式商業(yè)化生產(chǎn)的一款新型攝像機（如圖5），有別于傳統(tǒng)監(jiān)控攝像機，它基于標準H.264 Main Prof ile算法，一般采用百萬級像素的逐行掃描圖像傳感器，支持高清數(shù)字輸出，清晰度可以達到1080TVL。由于采用標準H.264壓縮，錄像文件可使用標準解碼器解碼，支持常用播放軟件直接播放。在相同碼率下具有比MPEG-4倍增的畫質(zhì)，在同樣的畫面質(zhì)量下，碼率僅為MPEG-4的二分之一[8]。由于網(wǎng)絡攝像機不但清晰度高而且操作簡便、易于安裝，在很大程度上減少工程布線和施工成本，理論上可以使CCTV網(wǎng)絡無限延伸。在傳輸物理網(wǎng)絡上，可以使用EIA/T568A標準的RJ45網(wǎng)絡水晶頭甚至部分還有光纖插口，相比之前傳統(tǒng)的RG系列同軸電纜具有施工簡單，布線方便，傳輸距離長等優(yōu)點。在監(jiān)控終端的選擇上不同于傳統(tǒng)的RS485線、專用監(jiān)控云臺等，完全通過軟件就能控制攝像頭的焦距、廣角參數(shù)。在存儲硬件設備上可以拋棄傳統(tǒng)的專用多路硬盤錄像機，僅僅在通用工業(yè)計算機上安裝監(jiān)控軟件便可以實現(xiàn)，必要時可以外接磁盤陣列來實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的存儲。

圖5 新型網(wǎng)絡攝像機

3.3 基于現(xiàn)有OTN網(wǎng)絡的監(jiān)控與巡視系統(tǒng)的設計思路和成本分析

在OTN網(wǎng)絡架構(gòu)的基礎上，可以利用網(wǎng)絡攝像機成網(wǎng)的思路來建立一個覆蓋OTN網(wǎng)絡里現(xiàn)有機房設備的監(jiān)控網(wǎng)絡。為每一臺網(wǎng)絡攝像機配置符合本OTN網(wǎng)絡要求的IP地址和網(wǎng)關，可以利用OTN網(wǎng)絡中富余的IP網(wǎng)段，由于有獨立的IP地址且設置有對應網(wǎng)關，在監(jiān)控中心可以利用現(xiàn)有安裝有對應監(jiān)控軟件的監(jiān)控計算機通過OTN網(wǎng)絡進行遠程監(jiān)控。在監(jiān)控計算機上對就地網(wǎng)絡攝像機的遙控指揮可以查看機房內(nèi)部環(huán)境衛(wèi)生，溫濕度，供電及空調(diào)設備狀態(tài)等信息（如圖6）。由于服務器、交換機本來就已經(jīng)連入OTN網(wǎng)絡中，其硬件運行狀態(tài)均能事實監(jiān)控，單純利用攝像機透過機柜查看上述設備運行狀態(tài)指示燈意義不大。

圖6 基于OTN網(wǎng)絡的監(jiān)控與巡視系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲圖

一般一個機房裝1個便已滿足使用要求，其他費用包括部分供電設備（如雙電源自動切換裝置） 擋板的透明化改造，專業(yè)攝像機電源模塊，線纜材料費等。由于線路只有通信網(wǎng)線和供電電源線，其安裝方便簡單，基本上維護單位普通員工能自行解決，免費的監(jiān)控軟件安裝在現(xiàn)有監(jiān)控計算機上即可。隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡攝像機的性能將會越來越好，價格會越來越低。

4 結(jié)束語

基于現(xiàn)有OTN網(wǎng)絡的監(jiān)控與巡視系統(tǒng)能最大程度的利用現(xiàn)有機房設備及網(wǎng)絡架構(gòu)，在可以接受的投資范圍內(nèi)實現(xiàn)高價格監(jiān)控機器人基本相同的遠程監(jiān)控和巡視效果，有利于企業(yè)降低維護成本，促進通信行業(yè)平穩(wěn)健康的發(fā)展。