一種基于OTN網絡的無人巡視系統

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

隨著信息技術的飛速發展，通信網絡的變革日益加快，硬件設備的更新換代也越發頻繁。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控已經成為了主流，但受成本所限，并不能完全做到真正的遠程機器人監控與巡視。就此，本文提出了一種基于現有OTN網絡的監控與無人巡視系統。

1 現有傳統巡視模式的弊端

通信類專業設備從最初的單一簡單到現在的集自動化、集成化、智能化為一體[1]，這對設備的穩定性要求越來越高，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）。目前傳統的人工巡檢方式有如下缺點。

圖1 通信機房內部一般巡視路線

1.1 人力成本上升迅速

進入21世紀以來，我國經濟發展發現尤為迅速，據國家統計局發布的信息，2019年我國國內生產總值為99.0865萬億元，人均GDP突破1萬美元。在經濟總量快速上升的同時，人力成本也隨之上升。在浙東地區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 機房輻射危害愈發強烈

由于通信設備的模塊化集成化發展，通信設備功率也持續變大，隨之機房內輻射危害也越來越受重視。例如在通信網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。由于我國現行標準電磁環境控制限制（GB8702-2014）重點對公共區域的輻射水平進行檢測[2]，而忽略了機房內部電磁輻射水平的控制[3]，在不斷提高和優化公共通信服務水平的同時，機房內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

傳統人工巡視是對機房內環境（包括溫濕度、內部環境衛生等）的檢查，設備運行狀態的確認，設備供電系統（包括雙電源自動切換裝置、UPS等）參數及狀態確認，環境控制裝置的狀態確認。由于巡視模式的單調枯燥，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的影響，不能保證在設備運行完整生命期內巡視均能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現，導致設備隱患應發的設備故障的案例不斷顯現。

1.4 通信設備專業性強、培養合格維護人員周期長

受通信設備集成化的影響，傳統的人員培養模式受到了很大的挑戰，例如現有的環境制冷系統已實現機柜內覆蓋，既在機柜內存在通信專業設備的基礎上添加了空調制冷專業設備，機柜內部設備、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大規模商業應用以來，5G及新型基站開始大量出現[4]，對維護維保單位的新員工培養造成了很大的困難。

2 遠程無人巡視的幾種方式及優缺點

在傳統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 遠程設備監控、控制中心集中巡視

結合物聯網萬物互聯的思路，將機房內通信設備、UPS設備、空調設備、供電設備、環境監測設備等均實現聯網，使維護人員足不出戶在控制中心內能遠程監控所有設備，大大減少巡視人員的數量，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備件要求也有很高的要求，短期內不能收到降低成本很好的效果。

圖2 遠程控制監控中心

2.2 遠程機器人無人巡視

不改變現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 基于現有OTN網絡的監控與巡視模式

上述兩種現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絡結構及遠程無人巡視系統的基礎上，本文提出了一種基于OTN網絡的新型監控與無人巡視系統。

3.1 OTN網絡的發展與現狀

OTN（光傳送網，Optical Transport Network）（如圖4）是以波分復用技術（Wavelength-Division Multiplexing，WDM）為基礎，在光層組織網絡的傳送網。是在原有的傳送網絡的基礎上發展起來的，在超大傳輸容量的基礎上引入了同步數字體系（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的雙重優勢，能規避傳統系統一系列問題的出現，目前已經成為通信系統主流的數據傳送業務技術[7]。在OTN網絡中，各機房內的各個主要網絡設備都是以IP地址不同分布其中，通過本網絡內惟一的IP地址予以區分，配置靈活、簡單、高效，易于添刪網絡單元。其中，主要傳輸設備及物理網絡均可以套用現有光傳輸網絡硬件結構，設備通用程度高，易于降低建設和改造成本。

圖4 典型的OTN環網拓撲圖

3.2 新型網絡攝像機介紹

新型網絡攝像機是近年來開始正式商業化生產的一款新型攝像機（如圖5），有別于傳統監控攝像機，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，在同樣的畫面質量下，碼率僅為MPEG-4的二分之一[8]。由于網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網絡無限延伸。在傳輸物理網絡上，可以使用EIA/T568A標準的RJ45網絡水晶頭甚至部分還有光纖插口，相比之前傳統的RG系列同軸電纜具有施工簡單，布線方便，傳輸距離長等優點。在監控終端的選擇上不同于傳統的RS485線、專用監控云臺等，完全通過軟件就能控制攝像頭的焦距、廣角參數。在存儲硬件設備上可以拋棄傳統的專用多路硬盤錄像機，僅僅在通用工業計算機上安裝監控軟件便可以實現，必要時可以外接磁盤陣列來實現監控數據的存儲。

圖5 新型網絡攝像機

3.3 基于現有OTN網絡的監控與巡視系統的設計思路和成本分析

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

圖6 基于OTN網絡的監控與巡視系統的網絡拓撲圖

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，專業攝像機電源模塊，線纜材料費等。由于線路只有通信網線和供電電源線，其安裝方便簡單，基本上維護單位普通員工能自行解決，免費的監控軟件安裝在現有監控計算機上即可。隨著監控技術的發展，網絡攝像機的性能將會越來越好，價格會越來越低。

4 結束語

基于現有OTN網絡的監控與巡視系統能最大程度的利用現有機房設備及網絡架構，在可以接受的投資范圍內實現高價格監控機器人基本相同的遠程監控和巡視效果，有利于企業降低維護成本，促進通信行業平穩健康的發展。