電力通信機房數字化轉型實踐

張 巖

（對外經濟貿易大學統計學院，北京 100070）

0 引 言

隨著信息化的迅猛發展和5G、物聯網、云計算、大數據以及人工智能等新一代信息技術產業的涌現，國內各互聯網企業、金融行業、廣電行業等紛紛提出了異地災備、通信機房互聯等大帶寬需求。通信機房作為電力通信行業業務運行的中樞系統，具有極高的價值。業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的穩定運行，包括動力系統、空調系統、環境系統、安防系統以及IT系統，機房管理人員需要詳細掌握上述系統的實時運行狀況以及告警信息，實現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督，實現智能化運維管理。

為了保障系統的正常運行，現已建設資產管理系統、動環監控系統等運維支撐平臺，并實現良好應用。但由于資產配置系統、動環系統等監控系統部署較為分散，導致系統間數據不通，而且沒有一個統一平臺整合實時更新配置、性能數據以及告警數據，缺乏從統一可視化的角度整合監控數據，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務數據與運維工作潛在的問題，集中多方平臺能力，完成多系統多業務的整合與知識庫對接，以加強數據之間的關聯分析，實現運維管理的數據統一，可為智能化運維的數據分析、自動化處理提供原始模型數據信息。基于機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 傳統通信機房面臨的機遇和挑戰

當前電力通信機房管理、運行維護的方法仍然較為傳統，面臨巨大的挑戰，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，即網絡和業務無序和錯綜，難以定位故障；四是難治，即電力通信機房完善缺少依據，難以被治理。

為解決機房運維管理的問題，國家電網公司正在加快建設“管理集約、運行精益、作業智能、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，隨著三維數字化設計、數字化移交等工作的全面推進，利用數字化設計成果構建全數據融合的可視化智能運維系統使實現運維管控的可視化、智能化成為可能。

2 通信機房的數字化智能化實踐

隨著通信機房管理越來越精細化、專業化、規范化，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新的交互方式，3D仿真技術被更多地用來整合各種專業系統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，可以實現通信機房完整的三維建模，滿足數字化移交要求，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的結構化數據、非結構化數據表達方式。將三維設計模型信息的表達方式與機房運維業務場景相結合，從運維的角度出發，研究提出符合通信機房運維的三維模型建模深度及數字表達方式。輸出機房三維建模要求，根據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、數據存儲設備、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，形成完整的通信機房三維模型數據。通信機房三維模型如圖1所示。

項目實現通信機房完整的三維建模，滿足數字化移交要求，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、設施關聯的數據展示，實現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]。根據通信機房運維業務要求和軟件開發規范等，開展業務需求分析。根據需求分析成果完成軟件的需求規格編制，明確業務需求、數據項、業務流程等。根據項目需求規格完成軟件系統原型設計，通過直觀、可操作的原型設計確定需求。根據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、數據庫設計等。通過軟件研發項目評審，完成軟件框架編碼開發，包括軟件主框架界面構建、數據管理以及運行配置等。將通信機房三維模型數據（包括模型信息、關聯文件）導入軟件，并完整解析數據進行存儲。研究通信機房三維模型高效可視化渲染方法，實現通信機房三維模型在軟件窗口中的展示。此外，開發三維模型基本操作瀏覽、屬性信息查詢以及關聯圖紙查詢等功能。

項目實現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據，構建線纜端口連接關系，并記錄相關信息。根據起點端口、終點端口、經歷節點信息以及指定線纜等完成線纜路徑搜索，實現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據接收與狀態仿真模擬展示研究，包括在機房三維可視化場景中接收設備運行監測信息等實時信息。研究通信機房設備實時數據接收方法，將接收的機房設備運行監測等實時信息與設備三維模型建立關聯關系，直觀、動態地仿真模擬通信設備運行狀態，例如設備信號燈狀態模擬、防塵與溫濕度監控展示、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

研發通信機房智能化運維平臺，提高通信機房數字化、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，建立實時監測數據與模型的交互接口，實現機房與模型實時動態映射與仿真，輔助通信機房精準運維[9]。通信機房實時監控界面如圖3所示。

圖3 通信機房實時監控界面

3 智能化通信機房下一步研究方向

通過電力通信機房數字化的技術研究，智能化的三維運維提升了傳統的運維服務滿意度及運維效率，提高了電力通信網絡的服務質量，為其承載的業務應用系統提供了便捷高效的基礎環境，為公司未來的云網融合業務落地提供了更好的保障。

本項目是從基礎設施環境角度考慮的智能運維，下一步將從業務角度考慮智能運維，基于深度學習技術優化決策集合，實現電網業務通道智能規劃和分析研究[10]。此外，還將研究支持控制類業務通道路由獨立性規劃和智能調節算法、SDH與POTN融合組網仿真建模方法。以設備、光纜的故障率作為評價狀態指標，開展單設備、單光纜的運行狀態評價研究。對于設備，通過站內運行狀態、歷史運行狀態、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數據和運行臺賬，利用神經網絡等深度學習算法運行狀態評價模型，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、光纜等運行狀態評價模型

以決策集合為基礎，構建電力通信網業務規劃模型。結合業務路由調配符合多約束條件的路由路徑，設定節點不重復、路由不重復、設備不重復以及負載均衡等限制條件，利用蟻群等啟發式算法，在保障業務主備用通道或具有主備用關系的業務通道獨立性的同時，實現全網業務通道最優和智能規劃。

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、多業務的整合及其與知識庫的對接。通過加強對數據之間關聯性的分析，實現運維管理的數據統一，為智能化運維的數據分析、自動化處理提供原始模型數據信息，提高通信機房數字、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。