基于人臉識別的智能化綜合布線系統(tǒng)

閆 瑜，李 楓，李雅西，鄒曉穎，劉嬌麗，王 蕊

（國家電網(wǎng)有限公司信息通信分公司，北京 100761）

0 引言

20世紀(jì)80年代，貝爾實驗室提出了綜合布線系統(tǒng)這一概念［1］，將不同的設(shè)備、通信信號線通過相同的傳輸介質(zhì)整合到同一套布線系統(tǒng)中，支持語音數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、圖像、多媒體業(yè)務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。狹義的綜合布線系統(tǒng)特指網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)，只傳輸語音信號和數(shù)據(jù)信號［2］。由配線架、跳線、集線器等組成的管理子系統(tǒng)是綜合布線系統(tǒng)中最重要的部分之一，其日常人工運(yùn)維量最大。整個綜合布線系統(tǒng)的優(yōu)劣主要在于管理子系統(tǒng)的設(shè)計［3-4］，體現(xiàn)整個綜合布線系統(tǒng)的智能化程度［5］。

目前國家電網(wǎng)信息化發(fā)展迅速，樓層弱電井面積小、設(shè)備類型多，物業(yè)人員、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員均可進(jìn)出，無法溯源機(jī)柜操作存在安全隱患［6］。樓宇內(nèi)部人員調(diào)整頻繁，導(dǎo)致樓宇綜合布線系統(tǒng)大規(guī)模跳線處理頻次較高，配線間內(nèi)線纜龐雜，標(biāo)簽脫落、磨損，人工記錄配線表準(zhǔn)確度有待提升，冗余跳線無法識別［7］。有數(shù)據(jù)分析，網(wǎng)絡(luò)宕機(jī)51%是網(wǎng)路布線引起［8］，而人工記錄配線信息誤差又會造成3%～5%的網(wǎng)絡(luò)端口資源浪費(fèi)［9］。因此依賴?yán)吓f的綜合布線系統(tǒng)及傳統(tǒng)人工維護(hù)手段［10］已不能滿足需求。

本文提出一種基于人臉識別的安全智能化綜合布線系統(tǒng)，包含配線架、管理控制器、管理軟件，能夠?qū)崟r采集配線架端口連接狀態(tài)信息。采用人臉識別技術(shù)控制配線間機(jī)柜門禁，通過協(xié)議將門禁配置項關(guān)聯(lián)至綜合布線管理系統(tǒng)，實現(xiàn)一人一刷一開柜功能，有效防止無關(guān)人員進(jìn)行配線操作。利用圖形化界面直觀展現(xiàn)整個物理層的鏈路狀態(tài)及資源情況，保證操作可靠性及準(zhǔn)確性。通過開柜嚴(yán)判化、資源可視化、監(jiān)測自動化、操作可控化，有效簡化配線系統(tǒng)管理，減少人為失誤，快速定位物理故障，高效管理網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)。

1 智能化綜合布線系統(tǒng)組成及功能

1.1 系統(tǒng)組成

智能化綜合布線系統(tǒng)主要由智能配線架和管理平臺組成，系統(tǒng)組網(wǎng)方式如圖1所示。樓宇中若干個智能配線架通過局域網(wǎng)連接到管理間的管理平臺，通過管理軟件遠(yuǎn)程監(jiān)控弱電井的配線架情況，查看網(wǎng)絡(luò)資源，管理樓宇的綜合布線情況。智能配線架包含電子配線架、管理單元、跳線及人臉識別模塊，其中管理單元是唯一的有源設(shè)備［11］。管理單元是智能配線架中最重要的設(shè)備，完成配線架數(shù)據(jù)采集及上傳功能，通過局域網(wǎng)與管理平臺連接。電子配線架采用基于鏈路探測法的電子配線架［12］，運(yùn)用10針跳線進(jìn)行鏈路實時檢測及告警，端口指示燈實現(xiàn)跳線智能化引導(dǎo)。人臉識別模實現(xiàn)電子配線架機(jī)柜門禁管理，管控機(jī)柜內(nèi)操作權(quán)限并進(jìn)行溯源管理。

圖1 智能化綜合布線系統(tǒng)組網(wǎng)方式

1.1.1 智能配線架

智能配線架包含人臉識別模塊、電子配線架、管理單元及跳線，連接如圖2所示。

圖2 智能配線架連接圖

1）人臉識別模塊。采用人臉識別技術(shù)進(jìn)行身份鑒別，管理弱電井內(nèi)的機(jī)柜門禁。人臉識別模塊包含注冊模塊和識別模塊［13］，注冊模塊通過面部識別傳感器得到合法用戶的信息，提出特征模式，創(chuàng)建模板，在管理平臺中進(jìn)行登記存儲。識別模塊獲取面部信息后，提取特征模式［14］，并與管理平臺中的模板進(jìn)行匹配，驗證用戶身份。人臉識別模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。只有認(rèn)證身份的用戶才可利用人臉打開機(jī)柜門禁，進(jìn)行內(nèi)部配線架上的操作，從而確保機(jī)柜內(nèi)配線架上操作的安全性及可溯源性。

圖3 人臉識別模塊結(jié)構(gòu)圖

電機(jī)機(jī)柜鎖與人臉識別模塊連接如圖4所示。

圖4 電機(jī)機(jī)柜鎖與人臉識別模塊連接圖

2）配線架。兩個配線架之間采取雙配的模式通過智能跳線連接，其中一個配線架后端通過網(wǎng)線連接到交換機(jī)端口，另外一個配線架后端通過網(wǎng)線連接到用戶側(cè)。該兩段鏈路均可看作固定鏈路。配線架后端通過網(wǎng)線與管理單元連接，管理單元前端RJ45口與交換機(jī)相連。一個配線架在1U的高度空間支持24個CAT6的RJ45端口，每個端口的上方配有LED指示燈。配線架右側(cè)配有一個LED指示燈，用于指示配線架的連接方向。LED顯示為紅色時，表明連接至交換機(jī)端；顯示為綠色時，表明連接至水平區(qū)子系統(tǒng)端。通過閃爍指示燈實現(xiàn)跳線引導(dǎo)及配線系統(tǒng)的實時監(jiān)測，當(dāng)鏈路非法跳接時，系統(tǒng)對跳轉(zhuǎn)鏈路進(jìn)行告警，并定位非法跳轉(zhuǎn)信息點(diǎn)。

3）跳線。采用10針型RJ45水晶頭，多余針芯用于管理信號的傳輸，不與任何基于TCP/IP的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生沖突，將端口及線纜的狀態(tài)實時傳輸?shù)焦芾砥脚_，設(shè)備發(fā)生故障時能夠及時發(fā)出警報。系統(tǒng)狀態(tài)改變時新的狀態(tài)會被及時地自動記錄下來，減少遺漏和誤記的發(fā)生。

4）管理單元。管理單元可對配線模塊進(jìn)行供電，并進(jìn)行實時管理。管理單元支持4個TCP/TP端口，提供類似的交換機(jī)功能；具有1個OTG mini-AB USB接口，以便在操作工作單或識別交換機(jī)時連接到外部設(shè)備，比如平板電腦。

1.1.2 管理平臺

管理平臺采用B/S架構(gòu)，在瀏覽器中通過遠(yuǎn)程登錄方式直觀展示配線系統(tǒng)情況，組織架構(gòu)如圖5所示。管理平臺具備信息展現(xiàn)、查詢統(tǒng)計、工單管理、監(jiān)控告警、系統(tǒng)管理及日志管理六大功能組件。通過平臺三維可視化界面查看配線架、機(jī)柜、房間資源情況，以及端到端的鏈路情況。查詢系統(tǒng)中的設(shè)備、鏈路信息以及實時狀態(tài)，監(jiān)控非法設(shè)備接入、鏈路中斷等并告警。系統(tǒng)發(fā)出電子工作單，現(xiàn)場操作人員通過人臉識別開啟配線柜，根據(jù)電子工作單及硬件聲光指引可以獨(dú)立完成配線工作，工作完成后系統(tǒng)可以自動更新連接狀況并生成日志。管理平臺具有實時性、邏輯性、集中性及安全性等特點(diǎn)。

圖5 管理平臺組織架構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能

1）人臉識別實現(xiàn)機(jī)柜門禁管理。配線架放置在樓宇弱電井中，系統(tǒng)能以人臉識別的方式打開每個弱電井的機(jī)柜，實現(xiàn)配線網(wǎng)絡(luò)操作的安全性及可溯源性。人臉識別可有效管控機(jī)柜內(nèi)配線架的相關(guān)操作，強(qiáng)化機(jī)柜門禁管理，嚴(yán)格執(zhí)行配線架操作規(guī)范。有權(quán)限的人員才可通過人臉識別開啟機(jī)柜進(jìn)行智能配線操作，無需再設(shè)置專門人員管理機(jī)柜鑰匙，登記開關(guān)柜門操作情況及相應(yīng)時間，可降低人員成本。

2）3D圖形化展示。可以通過3D圖形化展現(xiàn)房間、機(jī)柜、配線架，以及整個光纖鏈路端到端的鏈路情況。在三維環(huán)境通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊實現(xiàn)配線間、機(jī)柜、設(shè)備的分級瀏覽，查看任意元素的詳細(xì)情況，無需維護(hù)人工配線表，實現(xiàn)無紙化管理。

3）實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。能夠?qū)崟r監(jiān)測所有設(shè)備、端口及鏈路的運(yùn)行狀況，設(shè)備接入配線架或離線、鏈路突然中斷皆可及時發(fā)現(xiàn)，提高信息化網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和運(yùn)維自動化水平。

4）智能引導(dǎo)跳線操作。智能配線架端口上均配有LED指示燈，能夠為現(xiàn)場跳線操作提供指導(dǎo)。運(yùn)維人員通過管理平臺將跳線等任務(wù)下達(dá)到管理單元及配線架，到達(dá)現(xiàn)場后使用人臉識別打開配線機(jī)柜，只需要參照LED指示燈的閃爍示意進(jìn)行操作，確保運(yùn)維操作的準(zhǔn)確率，提高運(yùn)維效率。

5）告警下達(dá)。系統(tǒng)具備多級告警功能，當(dāng)鏈路發(fā)生中斷時，現(xiàn)場通過配線架端口LED指示燈告警，并且將告警信息通過管理單元上報至管理平臺，管理平臺向運(yùn)維人員發(fā)送告警短信。當(dāng)跳線連接與下達(dá)任務(wù)要求不一致時，現(xiàn)場LED燈告警并且后臺發(fā)送告警短信要求修正連接，以提高故障響應(yīng)率及解決率。

6）日志管理。在管理平臺上進(jìn)行的任務(wù)生成和下發(fā)、現(xiàn)場執(zhí)行結(jié)果上報、非法操作及告警等行為都存儲為日志，可進(jìn)行導(dǎo)出、檢索等操作。日志管理記錄管理平臺上的所有行為，為運(yùn)維工作提供憑證。

2 智能化綜合布線系統(tǒng)實現(xiàn)

以電網(wǎng)公司某棟辦公樓宇為試點(diǎn)，選取若干個弱電井進(jìn)行實施，更換帶有人臉識別的機(jī)柜及智能配線架，安裝智能配線平臺。實施流程如圖6所示。

圖6 實施流程

2.1 數(shù)據(jù)整理和標(biāo)簽標(biāo)識

整理原有弱電井內(nèi)的配線架數(shù)據(jù)，確定電話線、網(wǎng)線對應(yīng)的信息點(diǎn)，并確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上的對應(yīng)端口，形成準(zhǔn)確的配線表。對不同位置的設(shè)備進(jìn)行標(biāo)識，以免混淆。

2.2 數(shù)據(jù)備份和關(guān)閉系統(tǒng)

提報檢修，在非工作時段對原機(jī)柜中的有源設(shè)備（如網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等）的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面?zhèn)浞荩瑹o誤后關(guān)閉系統(tǒng)。

2.3 設(shè)備下電和線路拆除

關(guān)閉系統(tǒng)后對有源設(shè)備下電，拆除設(shè)備及原配線架，并拆除所有線纜，拆除的線纜做好標(biāo)記。

2.4 線纜整理和機(jī)柜更換

將拆除的線纜進(jìn)行整理檢測，舊的機(jī)柜搬遷，更換帶有人臉識別模塊的機(jī)柜。

2.5 設(shè)備遷移

將原機(jī)柜中的有源設(shè)備遷移至新機(jī)柜中，保證所在機(jī)柜位置一致，按照整理的配線表進(jìn)行線纜恢復(fù)。

2.6 設(shè)備系統(tǒng)上架

有源設(shè)備遷移完成后，加電測試，完成設(shè)備系統(tǒng)上架操作。

2.7 智能配線架安裝

按照雙配模式，每個機(jī)柜內(nèi)安裝兩個配線架，一個配線架連接信息點(diǎn)，該部分線路固定不變；另外一個配線架連接交換機(jī)，該部分線路也固定不變，兩個配線架之間通過智能跳線連接，是靈活多變的［15］。鏈路的連接按照之前統(tǒng)計的配線表一一對應(yīng)。鏈路及配線架安裝完畢后，安裝管理單元，每個機(jī)柜部署一臺管理單元，為其配置IP接入局域網(wǎng)，與管理平臺的設(shè)備連接訪問。

2.8 管理平臺安裝及調(diào)試

管理平臺的安裝環(huán)境需要部署1臺終端設(shè)備，可提供局域網(wǎng)絡(luò)訪問，與管理單元連接。配置管理平臺，并提供樓宇CAD平面圖、綜合布線系統(tǒng)圖、平面圖、點(diǎn)位圖表等數(shù)據(jù)信息，平臺根據(jù)數(shù)據(jù)信息調(diào)試3D展示、鏈路連接等功能模塊。

3 結(jié)語

本文分析了大型企業(yè)綜合布線系統(tǒng)的現(xiàn)狀，闡述了基于人臉識別的智能化綜合布線系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)組成及功能，并針對某樓宇建設(shè)了智能化綜合布線系統(tǒng)。系統(tǒng)具有人臉識別實現(xiàn)機(jī)柜門禁管理、3D圖形化展示、實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)、智能引導(dǎo)跳線操作等功能，可提高綜合布線系統(tǒng)的可靠性，推進(jìn)其可視化管理模式，加強(qiáng)安全管控，提升運(yùn)維效率。