網(wǎng)絡(luò)故障排查交換機(jī)語(yǔ)音輔助裝置研發(fā)應(yīng)用

王迪 陳彪 楊碩

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音識(shí)別;人工智能;指令識(shí)別

1緒論

隨著信息化和數(shù)字化在企業(yè)中的大量應(yīng)用，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為信息化和數(shù)字化的重要承載。VLAN、TRUNK等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的靈活應(yīng)用成為信息高速路的重要保障。

虛擬局域網(wǎng)，即VLAN（Virtual LAN），是一種將網(wǎng)內(nèi)的交換機(jī)端口在邏輯上規(guī)劃成多個(gè)類似于物理隔離的虛擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)段的技術(shù)，這些虛擬網(wǎng)段與物理位置無關(guān)，使交換機(jī)突破了物理交換機(jī)的界限，便于組合成網(wǎng)絡(luò)互通邏輯交換機(jī)，VLAN使交換機(jī)具有方便性和可擴(kuò)展性，以及安全性等特點(diǎn)。VLAN根源上仍舊是LAN（局域網(wǎng)），它不允許不同VLAN用戶之間的互相訪問，只允許相同VLAN用戶之間的訪問。當(dāng)前，局域網(wǎng)中VLAN技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)按不同部門進(jìn)行IP資源劃分提供了重要支撐，同時(shí)也為企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全抑制ARP廣播風(fēng)暴、網(wǎng)絡(luò)蠕蟲病毒做出了積極的貢獻(xiàn)。

TRUNK是在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間使通過多于一個(gè)VLAN的端到端的連接，可將VLAN擴(kuò)展至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如果沒有TRUNK支持，VLAN的實(shí)用性也會(huì)很有限。TRUNK允許任一VLAN的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備問傳輸，可以使不同交換機(jī)上的同一VLAN網(wǎng)絡(luò)通信互訪。TRUNK是承載交換機(jī)與其他設(shè)備之間多個(gè)VLAN通信的通道，它不從屬于任一VLAN。

2現(xiàn)狀

在我們的網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)中的VLAN劃分有很多個(gè)，很多都是通過TRUNK技術(shù)使交換機(jī)與交換機(jī)之間的VLAN通信的。當(dāng)某個(gè)部門的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員需要接入該部門的VLAN進(jìn)行故障排查和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，但在實(shí)際應(yīng)用中有很多因素制約：

（1）核心交換機(jī)端口有限，沒有多余的網(wǎng)口劃分到該部門VLAN，這就需要到現(xiàn)場(chǎng)排查和調(diào)試，需要花費(fèi)更長(zhǎng)的人力和物力。

（2）有些部門VLAN分布在幾千米，甚至是幾十千米外的地方，處理其故障成為費(fèi)時(shí)間費(fèi)精力的“苦差事”。

（3）交換機(jī)的配置需要相關(guān)專業(yè)能力強(qiáng)的人員操作，一般有專人負(fù)責(zé)，出現(xiàn)問題時(shí)，負(fù)責(zé)配置交換機(jī)的人員不在，就延長(zhǎng)了問題處理的時(shí)間。

若能在核心交換機(jī)上找到其相應(yīng)的VLAN找到二層交換機(jī)，配置端口進(jìn)行觀察和診斷網(wǎng)絡(luò)故障成為提高效率的方法之一。

3解決方法

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員能夠快速進(jìn)入某一個(gè)VLAN是處理部門網(wǎng)絡(luò)故障和調(diào)試網(wǎng)絡(luò)很好的方法。我們研制了通過交換機(jī)TRUNK口進(jìn)入其VLAN的輔助工具。交換機(jī)VLAN輔助工具接在交換機(jī)的TRUNK口，通過修改工具自身網(wǎng)絡(luò)接口的VLAN ID，實(shí)現(xiàn)接入交換機(jī)任一VLAN的功能。

為了讓普通運(yùn)維人員也能快速接入某個(gè)VLAN處理故障，解決交換機(jī)配置需要相關(guān)專業(yè)能力強(qiáng)的人員操作的限制，本工具采用語(yǔ)音指令輸入的方式對(duì)工具本身進(jìn)行VLAN ID切換。例如，發(fā)出語(yǔ)音指令“接入互聯(lián)網(wǎng)部”，工具就會(huì)自動(dòng)修改自身VLAN ID為互聯(lián)網(wǎng)部的VLAN ID，不需要對(duì)交換機(jī)進(jìn)行額外的配置，普通運(yùn)維人員也能操作，加快了處理問題的響應(yīng)速度，提高服務(wù)效率。

在實(shí)際操作中，很重要的就是要讓工具知道我們要它要做什么，所以需要將我們的語(yǔ)音指令轉(zhuǎn)換為工具可以理解并執(zhí)行的一串串代碼。語(yǔ)音識(shí)別處理的過程，可以將復(fù)雜而無規(guī)律的語(yǔ)音指令轉(zhuǎn)化為可讓計(jì)算機(jī)理解的一段數(shù)字信息，對(duì)提高聲音識(shí)別的準(zhǔn)確性和成功率起著重要作用。

4研究過程

4.1研究?jī)?nèi)容

本工具采用智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)串口通信技術(shù)，基于LINUX平臺(tái)的VLAN切換技術(shù)，需研究以下內(nèi)容：

（1）語(yǔ)音智能識(shí)別技術(shù)研究，包括語(yǔ)音指令接收和語(yǔ)音指令翻譯成相應(yīng)的裝置配置命令。

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以理解為將人類發(fā)出的聲音指令信息通過機(jī)器設(shè)備轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能理解的指令或者文本信息的技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)原理復(fù)雜，主要包括聲波傳輸、信號(hào)獲取，高級(jí)的語(yǔ)音模式識(shí)別和人工智能技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別的整體流程可以總結(jié)成以下的幾個(gè)步驟：語(yǔ)音輸入一語(yǔ)音接收一語(yǔ)音預(yù)處理一語(yǔ)音特征提取一語(yǔ)音特征庫(kù)對(duì)比一機(jī)器翻譯一指令代碼輸出。

簡(jiǎn)單地說語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)首先是將接收到的語(yǔ)言指令進(jìn)行初步的整理，將接收到語(yǔ)言指令進(jìn)行分割，將其分割成多個(gè)小段的語(yǔ)音分片，再通過機(jī)器轉(zhuǎn)換，將每一個(gè)語(yǔ)音分片轉(zhuǎn)換成一個(gè)多維向量，再將此向量與本地存儲(chǔ)的向量進(jìn)行對(duì)比，選出相似度大的向量，轉(zhuǎn)變成本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中所對(duì)應(yīng)的指令信息的一部分，最后將多個(gè)部分指令信息拼接成一條完整的指令信息。

聲音在傳播過程中都會(huì)有所減弱，為了保證拾取到的聲音的完整性，可用通過使用聲音放大器的方法來解決。為了解決回聲消除和空間降噪方面的問題，可以采用多麥克風(fēng)陣列拾取采樣的技術(shù)來解決。與普通的單麥克風(fēng)采集技術(shù)不同，多麥克風(fēng)陣列技術(shù)是按照特定的規(guī)則排列的多通道語(yǔ)音拾取技術(shù)，對(duì)不同方位的聲音進(jìn)行拾取處理，實(shí)現(xiàn)噪聲、人聲干擾抑制、聲源的定位測(cè)向及跟蹤等功能，分別將聲音的不同波段分別拾取，同時(shí)將聲音按拾取時(shí)間區(qū)分開，在現(xiàn)有真實(shí)環(huán)境的噪聲環(huán)境情況下，可以實(shí)現(xiàn)有效降噪，極大提高聲音的識(shí)別度，進(jìn)而提高真實(shí)環(huán)境下的語(yǔ)音識(shí)別率。假如把語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)看成一個(gè)語(yǔ)音接收、語(yǔ)音解析、指令反饋過程的話，麥克風(fēng)陣列解決了聲音能不能聽得到、聲源距離的合理范圍、免受噪音影響的問題。

目前語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的發(fā)展問題還包括兩種：一是重復(fù)詞語(yǔ)的識(shí)別。日常生活中每個(gè)人說話的習(xí)慣都不一樣，有些人說話時(shí)某個(gè)詞語(yǔ)會(huì)反復(fù)出現(xiàn)，有些人說話有些結(jié)巴。解決這個(gè)問題，可以加強(qiáng)語(yǔ)音拾取端檢測(cè)選取，智能識(shí)別說話語(yǔ)音的開始和結(jié)尾，移除說話語(yǔ)音中的不當(dāng)?shù)耐ｎD或間隙，使拾取到的不連貫的話變成一段連貫的話。同時(shí)也可對(duì)一些高頻重復(fù)出現(xiàn)的詞組進(jìn)行屏蔽，提高語(yǔ)音識(shí)別速率和真實(shí)性。二是內(nèi)置語(yǔ)音特征庫(kù)的擴(kuò)充。在語(yǔ)音識(shí)別的過程中，難免會(huì)出現(xiàn)地方上的語(yǔ)言或者其他種類的語(yǔ)言，所以在本地語(yǔ)音數(shù)據(jù)庫(kù)中要增加針對(duì)這些語(yǔ)言特征的擴(kuò)展。

（2）LINUX系統(tǒng)串口通信的研究，接收語(yǔ)音模塊通過串口發(fā)來的命令，并執(zhí)行相應(yīng)操作。

串口通信（Serial Communication）計(jì)算機(jī)通信方式之一，是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)之間或者主機(jī)與主機(jī)之間，通過數(shù)據(jù)收、發(fā)信號(hào)、電壓信號(hào)線、接地信號(hào)等，將數(shù)據(jù)按比特位逐位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。串口是一種通信接口標(biāo)準(zhǔn)。

串口通信傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，開始于“起始位”，結(jié)束于“停止位”。每個(gè)數(shù)據(jù)的開始都有一位起始位，7位數(shù)據(jù)位組成字符，緊隨字符后面是一位校驗(yàn)位，最后是停止位，停止位后面是高電平的空閑位和?？ㄎ弧Ｔ跀?shù)據(jù)傳輸時(shí)信號(hào)寬度與波特率有關(guān)，信號(hào)寬度隨著波特率的變高而變小，所以在數(shù)據(jù)傳輸之前，兩端一定要協(xié)商好波特率是多少，兩端要設(shè)置相同的波特率。

數(shù)據(jù)接收和發(fā)送兩端在數(shù)據(jù)發(fā)送前，要設(shè)置好通信參數(shù)。串口通信屬于基本的通信規(guī)定，不會(huì)主動(dòng)協(xié)商雙方的通信參數(shù)，需要通信前雙方協(xié)商好通信參數(shù)。串口通信雙方的串口參數(shù)一定要設(shè)置一致，任一參數(shù)設(shè)置不符，都會(huì)造成通信失敗，例如波特率兩端設(shè)置不符，發(fā)送方可以正常發(fā)送，接收方也能正常接收，但是接收方顯示的會(huì)是亂碼。

（3）LINUX系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口與交換機(jī)TRUNK、VLAN通信研究。通過配置LINUX端口可以和交換機(jī)任意VLAN通信。

VLAN使交換機(jī)具有方便性和可擴(kuò)展性，以及安全性等特點(diǎn)。VLAN根源上仍舊是LAN（局域網(wǎng)），它不允許不同VLAN用戶之間的互相訪問，只允許相同VLAN用戶之間的訪問。VLAN突破了物理環(huán)境對(duì)網(wǎng)絡(luò)的約束，在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接的情況下，可以很容易的把某個(gè)服務(wù)器移動(dòng)到任一個(gè)新的虛擬子網(wǎng)，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能，達(dá)到均衡使用網(wǎng)絡(luò)帶寬，更加合理利用資源。

要在兩臺(tái)包含多個(gè)VLAN的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)VLAN之間的互訪需要使用到TRUNK技術(shù)，每臺(tái)設(shè)備的配置為TRUNK口的端口也稱為中繼端口，一條中繼鏈路可以允許通過多個(gè)VLAN的數(shù)據(jù)流量，可以將某個(gè)VLAN ID從這一臺(tái)設(shè)備擴(kuò)充到另一臺(tái)設(shè)備。TRUNK可以將2個(gè)或多個(gè)設(shè)備的端口結(jié)合在一起，從而增加可以增加網(wǎng)絡(luò)的帶寬。Trunk鏈路一條點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)封裝技術(shù)，鏈路的對(duì)端可以是交換機(jī)與交換機(jī)，也可以是交換機(jī)與防火墻或者路由器，還可以是終端和交換機(jī)或者終端與防火墻或路由器。

4.2實(shí)施方案

4.2.1系統(tǒng)架構(gòu)

本工具包括語(yǔ)音識(shí)別模塊、VLAN ID切換模塊。語(yǔ)音識(shí)別模塊包括麥克風(fēng)、喇叭、語(yǔ)音芯片、運(yùn)放芯片、串口通信模塊等。

4.2.2研發(fā)方案

語(yǔ)音智能模塊通過指定的口令才能叫醒，包括以下幾個(gè)功能模塊：語(yǔ)音偵聽模塊，用于偵聽用戶的叫醒口令和語(yǔ)音命令，并將偵聽到的語(yǔ)音命令傳輸至處理器;存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)命令配置文件;處理器，用于將偵聽到的語(yǔ)音命令轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音命令詞條，并調(diào)用存儲(chǔ)器中的語(yǔ)音命令配置文件，將偵聽到語(yǔ)音命令與語(yǔ)音命令配置文件中的詞條進(jìn)行匹配，若匹配，則通過串口把命令發(fā)送給VLAN轉(zhuǎn)換模塊。

VLAN轉(zhuǎn)換基于LINUX系統(tǒng)平臺(tái)，識(shí)別語(yǔ)音模塊通過串口發(fā)來的命令，并執(zhí)行相應(yīng)的VLAN切換操作。

交換機(jī)的TRUNK口是交換機(jī)與交換機(jī)之間交換多個(gè)VLAN信息的通道。普通的PC接在交換機(jī)的TRUNK口，如果不做特殊的設(shè)置，無法與交換機(jī)中的任一VLAN通信。

VLAN轉(zhuǎn)換以LINUX系統(tǒng)作為承載系統(tǒng)，包含多個(gè)網(wǎng)口。根據(jù)語(yǔ)音識(shí)別模塊發(fā)來的指令，在A端口下添加或者刪除不同的VLAN子接口，例如VLAN2、VLAN3、VLAN4等，這樣就A端口就可以通過交換機(jī)的TRUNK口與網(wǎng)絡(luò)中的任一VLAN通信。

把VLAN轉(zhuǎn)換裝置的A端口和B端口綁定為一個(gè)橋，PC接在裝置B端口，這樣Pc修改為相應(yīng)VLAN對(duì)應(yīng)的IP后，即可與遠(yuǎn)端VLAN通信。

4.2.3功能測(cè)試方案

基于圖示搭建測(cè)試環(huán)境，交換機(jī)劃分多個(gè)VLAN，TRUNK2允許所有VLAN通過。

研發(fā)裝置A口與B口劃為橋模式，通過語(yǔ)音命令A(yù)口加入VLAN2，測(cè)試機(jī)接裝置B口，IP配置為VLAN2的IP地址，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接人VLAN2網(wǎng)絡(luò)。

5創(chuàng)新點(diǎn)和解決的主要問題

本項(xiàng)目采用智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)串口通信技術(shù)，基于LINUX平臺(tái)的VLAN切換技術(shù)，具有如下先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）文中提到命令和VLAN的修改，只針對(duì)本工具本身，不對(duì)交換機(jī)配置進(jìn)行任何修改，從而保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）采用語(yǔ)音智能識(shí)別技術(shù)，通過發(fā)出的語(yǔ)言指令，生成相應(yīng)的配置命令，減少?gòu)?fù)雜的命令輸入，操作簡(jiǎn)單，減輕運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān)。

（3）通過語(yǔ)音配置不同VLAN，可在本地與任意遠(yuǎn)端VLAN通信，不用運(yùn)維人員到遠(yuǎn)端解決問題，減少了工作量，提高了工作效率。

通過使用本裝置，可以解決以下幾個(gè)問題：

（1）交換機(jī)端口不足而無法劃分遠(yuǎn)程VLAN。

（2）偏遠(yuǎn)部門的網(wǎng)絡(luò)故障不到現(xiàn)場(chǎng)無法模擬和處理。

（3）交換機(jī)配置有專人管理配置，普通運(yùn)維人員沒有權(quán)限或者對(duì)交換機(jī)VLAN和TRUNK配置不熟悉。

（4）本裝置通過語(yǔ)音命令，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中VLAN的自動(dòng)調(diào)配，提高了工作的效率加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全保障。