電力通信機房數(shù)字化轉型實踐

張 巖

（對外經濟貿易大學統(tǒng)計學院，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產業(yè)的涌現(xiàn)，國內各互聯(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)務運行的中樞系統(tǒng)，具有極高的價值。業(yè)務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)已建設資產管理系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等運維支撐平臺，并實現(xiàn)良好應用。但由于資產配置系統(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，通過梳理已有運維業(yè)務數(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)務的整合與知識庫對接，以加強數(shù)據(jù)之間的關聯(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、圖檔預覽等工作，提高了運維工作效率和工作質量，大大降低了運維管理技術難度，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，即電力通信機房結構復雜，難以被評估；二是難變，即通信機房架構結構復雜，難以被透析；三是難維，即網(wǎng)絡和業(yè)務無序和錯綜，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“管理集約、運行精益、作業(yè)智能、服務敏捷”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準和要求。同時，隨著三維數(shù)字化設計、數(shù)字化移交等工作的全面推進，利用數(shù)字化設計成果構建全數(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成為提升通信機房管理水平的重要手段之一。3D仿真技術作為可視化管理的主要手段，已經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，構建通信機房的全息圖景。本文研究內容將圍繞通信機房三維建模技術、通信機房三維可視化精細展示技術、通信機房通信線纜三維路徑可視化展示技術、通信機房三維模型與通信機房設備實時交互與仿真技術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

開展通信機房設備、設施三維建模技術研究，包括機柜設計、供電設備設施設計、線纜通道設計以及線纜敷設等，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、精益化運維應用奠定基礎[3,4]。根據(jù)已有的機房工程設計模型，對其基本圖形、圖形間融合等表達方式進行研究。歸納總結三維設計模型的可輸出信息，包括三維模型及關聯(lián)的結構化數(shù)據(jù)、非結構化數(shù)據(jù)表達方式。將三維設計模型信息的表達方式與機房運維業(yè)務場景相結合，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備設施三維模型資源。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，包括服務器設備、數(shù)據(jù)存儲設備、直流電源設備、光傳輸設備、光配線架設備、音頻配線架、語音交換設備、自動化信息設備、光纜以及電纜等[5]。將三維模型與相關的設備設施屬性信息、圖紙文件建立關聯(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、精細化運維應用奠定基礎。

2.2 通信機房三維可視化精細展示技術

開展通信機房三維可視化渲染與展示技術研究，包括通信機房設備、設施、線纜、通道等三維模型的可視化以及各種設備、設施關聯(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、操作便捷的應用支持[6]。根據(jù)通信機房運維業(yè)務要求和軟件開發(fā)規(guī)范等，開展業(yè)務需求分析。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)務需求、數(shù)據(jù)項、業(yè)務流程等。根據(jù)項目需求規(guī)格完成軟件系統(tǒng)原型設計，通過直觀、可操作的原型設計確定需求。根據(jù)軟件需求成果完成軟件概要設計，包括軟件技術路線、框架設計、數(shù)據(jù)庫設計等。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、關聯(lián)文件）導入軟件，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、操作便捷的應用支持。

2.3 通信機房通信線纜三維路徑可視化展示技術

開展基于三維可視化的通信機房線纜路徑可視化技術研究，包括線纜起點端口、終點端口、經過關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)，構建線纜端口連接關系，并記錄相關信息。根據(jù)起點端口、終點端口、經歷節(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備實時交互及仿真技術

開展通信機房設備實時數(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備運行監(jiān)測信息等實時信息。研究通信機房設備實時數(shù)據(jù)接收方法，將接收的機房設備運行監(jiān)測等實時信息與設備三維模型建立關聯(lián)關系，直觀、動態(tài)地仿真模擬通信設備運行狀態(tài)，例如設備信號燈狀態(tài)模擬、防塵與溫濕度監(jiān)控展示、設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，提升通信機房風險預警與故障處置能力，打造通信機房智能管控新模式[8]。通過設計通信機房三維模型與通信機房設備實時交互與仿真技術方案，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)字化的技術研究，智能化的三維運維提升了傳統(tǒng)的運維服務滿意度及運維效率，提高了電力通信網(wǎng)絡的服務質量，為其承載的業(yè)務應用系統(tǒng)提供了便捷高效的基礎環(huán)境，為公司未來的云網(wǎng)融合業(yè)務落地提供了更好的保障。

本項目是從基礎設施環(huán)境角度考慮的智能運維，下一步將從業(yè)務角度考慮智能運維，基于深度學習技術優(yōu)化決策集合，實現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務通道智能規(guī)劃和分析研究[10]。此外，還將研究支持控制類業(yè)務通道路由獨立性規(guī)劃和智能調節(jié)算法、SDH與POTN融合組網(wǎng)仿真建模方法。以設備、光纜的故障率作為評價狀態(tài)指標，開展單設備、單光纜的運行狀態(tài)評價研究。對于設備，通過站內運行狀態(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，利用神經網(wǎng)絡等深度學習算法運行狀態(tài)評價模型，形成以評價因素和其權重為因子的決策集合，如圖4所示。

圖4 設備、光纜等運行狀態(tài)評價模型

以決策集合為基礎，構建電力通信網(wǎng)業(yè)務規(guī)劃模型。結合業(yè)務路由調配符合多約束條件的路由路徑，設定節(jié)點不重復、路由不重復、設備不重復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)務主備用通道或具有主備用關系的業(yè)務通道獨立性的同時，實現(xiàn)全網(wǎng)業(yè)務通道最優(yōu)和智能規(guī)劃。

4 結 論

通過對智能化運維技術的研究梳理，構建多個平臺，完成多系統(tǒng)、多業(yè)務的整合及其與知識庫的對接。通過加強對數(shù)據(jù)之間關聯(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。