基礎設施數字化轉型和智能化升級研究

滕 達，楊瑛潔，阮 勇（中訊郵電咨詢設計院有限公司，北京 100048）

0 引言

數字經濟以全新的方式整合傳統的勞動、工具、資源、資本等各種生產要素，從而提高這些傳統生產要素的使用效率，進而大幅提高社會生產力。因此，可以說，數字經濟是人類社會發展的一個新的歷史階段。

早在數年前，中央就認識到數字經濟對社會發展的重要性，2016 年習總書記在中央政治局會議上提出：要加大投入，加強信息基礎設施建設，推動互聯網和實體經濟深度融合，加快傳統產業數字化、智能化，做大做強數字經濟。2019 年和2020 年中央經濟工作會議連續強調要大力發展數字經濟，將數字經濟作為現階段國家經濟發展，經濟建設的重中之中。

通信運營商作為信息基礎設施的提供商，作為社會各行業信息化、數字化發展的基石，在數字化轉型、智能化發展上，理應走在前列。而以動力系統為核心的基礎設施專業，作為一切通信網絡能夠正常運行的基礎，順應歷史的潮流和實際效能提升的需要，大力推進數字化轉型和智能化升級，也是現階段專業發展的必由之路。

1 基礎設施專業數字化水平現狀和問題

1.1 各類局站數字化水平差異較大

目前，通信運營商的局站類型通常可以分為樞紐局房、核心局房、匯聚機房、綜合業務接入點、基站和數據中心。由于承載業務、功能規模、定位布局等諸多不同，各類通信局站的數字化程度也不盡相同。

一般情況下，由于數量眾多、站點重要性相對較低等原因，匯聚及以下小型站點的動環監控系統的數字化程度和功能往往不如規模較大、重要性更高的樞紐和核心局房。而由于樞紐和核心局房往往建設較早，其動環監控系統是隨通信業務發展逐步建設和擴容的，所以，其動環監控系統的完善程度往往又不如近年新建的數據中心。總體來講，通信局房規模不一、重要程度不同、建設持續時間較長，且布局分散，投資也有限，因此，動環監控系統的完善程度也差別較大。

另外，由于建設年代久遠、容量匹配、操作受限等原因，通信局站還存在不少后備發電機不能實現自動啟動、自動切換的情況。而數據中心的后備發電機組通常一次規劃、分批實施。再加上大型數據中心的容量規模大，動輒需要配置數十臺發電機組。如果在停電后都依賴人工操作完成啟動、并機和切換等操作，耗時太長，系統風險性會大幅上升，因此，數據中心在油機的自動啟動、自動切換等方面的自動化水平通常高于通信局站。

1.2 市電故障情況不容忽視

近年來，我國的市電質量逐年提升，特別是城市電網，似乎很少停電。因此，后備發電機組是否是通信局房的必配設備，是否還需要推進后備發電機組的自動切換改造等相關思路經常被質疑。本文調查了南北方3 省的市電現狀，對南北方市電情況統計分析如下。

在我國北方，根據典型省的調研情況，匯聚機房約有47%的地區每局站年均停電達5 次以上，其中約12.5%地區每局站年均停電達10 次以上；約44%地區每局站年均停電8 h 以上。北方綜合業務接入機房約22%地區的局站年均停電5 次以上，其中約17%地區局站年均停電10次以上；約33%地區的局站年均停電8 h以上。

南方匯聚機房約20%地區的局站年均停電5次以上，其中約14%地區局站年均停電10 次以上；約18%地區的局站年均停電8 h 以上。南方綜合業務接入機房約18%地區的局站年均停電5 次以上，其中約14%地區局站年均停電10次以上；約18%地區的局站年均停電8 h以上。

綜合來看，超20%地區匯聚及綜合接入點年均每局站停電在5 次以上，平均每局站累計年停電8 h 以上。停電的綜合統計情況如圖1所示。

圖1 典型省通信局站停電統計情況

從實地調研的數據可以看出，對于數量占比大的匯聚和綜合接入機房，在部分地區的市電故障情況非常頻繁。每年維護人員用于停電后應急發電的工作量也非常繁重。因此，市電故障情況在現階段仍不能忽視。而且，后備發電機組自動切換功能和應急發電管理，對網絡安全的提升和運維成本的節省都非常重要。

1.3日常維護工作量繁重

通信局站的基礎設施系統設備種類繁多，電壓等級多樣。從市電引入到通信設備用電，中間經過高壓配電柜、計量、保護、補償、防雷、低壓配電柜、UPS 系統、高壓直流系統、-48 V 直流供電系統等供配電系統，同時還有柴油發電機、蓄電池等后備電源。電源設備種類多達十幾種，每種電源設備又有不同的型號。維護人員要分別管理，需要相當的技術經驗和繁瑣的工作。而且，由于通信局站基礎設施的自動化程度和數字化程度均不高，因此，運維人員還要進行大量的應急發電，以及測量、抄表、統計、試機、檢測、維修保養等諸多維護工作，維護工作量非常繁重。

1.4 現有動環監控等數字化管理系統有待完善

各運營商現有的監控系統為動力維護和系統安全運行提供了一定的支撐作用，主要包括故障告警、系統運行狀態、溫濕度數據、門禁等信息的監控和管理。但現有的數字化系統往往存在以下幾個方面的問題。

a）系統功能相對簡單、監控內容不夠完善。如蓄電池單體電壓等關鍵測點未普及，側重故障告警和運行安全，不注重數據分析、資源管理及能效提升，無自動控制、人員智能調度等功能。無法通過數字化運營大幅提升網絡安全和運營效率。

b）多廠家多系統部署，呈現傳統的煙囪式架構，架構層級多，各層級、各廠家間通信協議難以互聯，數據形成孤島，無法實現數據的關聯和高效利用，難以實現統一協同管理。

c）現有系統架構不能支持海量設備接入，且功能相對簡單，無法實現自動化的日常運維和節能運行調節，系統難以支撐數字化時代的高效運營管理需求，智能化程度亟需提升。

2 基礎設施智能化發展路徑

隨著通信設備和服務器設備的功耗飛速上升，為這些設備服務的供電、制冷、監控等基礎設施設備的容量和數量均大幅增加。一個普通的核心局房里面，基礎設施設備的數量從10年前的百臺之內，突飛猛進到千臺數量級，運維人員面對的局面更加嚴峻。如何使這些設備可靠運行、高效工作，并降低對運營人員的依賴，有效解決基礎設施運營管理的人員數量與工作量不匹配等問題，是運營工作的難點。

在當前數字化經濟浪潮之下，大力推動基礎設施建設的自動化、數字化和智能化升級，助力高效的運營管理，是有效解決運營難點的唯一方法。

2.1 基礎設施智能化分級思路

2019 年10 月25 日，在日內瓦召開的國際電信聯盟標準化局第13研究組（ITU-T SG13）會議上，我國三大運營商聯合土耳其移動、華為、中興通訊等編制的《IMT-2020 及未來網絡智能化分級》標準獲得全會審議通過。該分級方法在參考自動駕駛的基礎上，綜合考慮了通信網絡的各項工作領域、系統范圍、智能化需求等因素，將通信網絡智能化能力分為從“L0 人工運營網絡”到“L5完全智能化網絡”共6個等級。

在基礎設施運營管理方面，同樣可以引入這種分級體系，將現有基礎設施體系進行智能化分級。通過設定每一步的分級目標，引導各運營商的基礎設施逐步推進數字化和自動化運行，最終實現運營人力的大幅節省和運營效能的大幅提升。

2.2 基礎設施智能化分級方案

參照國際標準，我們可以將基礎設施系統的信息采集、數據分析、功能處理等方面進行相應分級。根據智能化程度不同，從最基礎的“L0 人工運營”到最高級“L5 智能化運營”，共可分為6個等級。

其中，如果基礎設施系統所有的運營操作都必須由維護人員現場進行，系統運行數據的采集、故障處理、日常維護等工作量均非常大，這種基礎設施系統的運營能力為“L0 人工運營”。如果基礎設施系統已經配置了動環監控系統，可以輔助采集系統運行數據反映運行狀態，則可以節省較多人力，這個系統可以達到“L1 輔助運營”的能力。對于“L2 初級智能”系統，可以實現比較全面的數據采集并能夠進行實時的故障告警，這種基礎設施系統的監控系統可以實現能耗監測和管控，全面輔助人工進行系統監控和故障處理。“L3 數字化運營”系統可以實現各子系統間的數據關聯分析，提出效率、能耗等優化調解方案。L3 級系統應能實現“系統為主，人工為輔”的運行方式。“L4 自動化運營”系統則可以基本脫離人工干預，實現自動運行，而且可以實現故障預判、AI 能效優化調節等更多優化功能。基礎設施運營的最高等級是“L5 智能化運營”。L5 級的系統不僅包括全自動運行，而且要求系統能夠通過不斷學習積累數據，完成持續優化。具體的分級情況如圖2所示。

圖2 基礎設施智能化分級

目前各運營商的通信基礎設施運行能力基本都還處于L1 和L2 的階段，系統監控采集點覆蓋不足，多個監控系統之間數據孤立，無法通過有效關聯和整合數據進行深度挖掘。而且由于自動化運營能力不高，運維人員的工作量繁重。要實現系統運營效率的提高，還需要在自動控制、全面監控、AI 優化等方面進行大量提升工作，逐步推進基礎設施的數字化轉型和智能化發展。

3 基礎設施智能化發展措施

3.1 統一接口標準，為系統智能化奠定互聯基礎

根據通信行業的相關標準，在動環監控系統中，智能設備或監控模塊（SM）到監控單元（SU）的接口叫A 接口；監控單元（SU）到上級監控中心（SS）的接口叫B 接口；監控系統間的傳輸接口叫C 接口。詳細接口協議分布情況如圖3所示。

圖3 基礎設施通信接口分布示意

要想實現數字化發展和智能化提升，首先要做到信息互聯。目前，通信行業內已有A接口的行業標準，但現有智能設備或監控模塊（用于非智能設備的信息采集）所采用的接口仍大量存在不符合A 接口標準的情況。對于B 接口，目前整個行業還沒有形成統一的標準，中國移動、中國聯通、中國鐵塔幾個運營商都有企業級的B接口標準。但是，在各運營商內部，各種系統監控單元的B接口協議也并未統一。對于上述這些情況，廠家雖可公開自有協議，但協議轉換會降低傳輸效率，而且增加大量的接入工作量和成本。

對于C 接口，雖然已有行業標準，但因為C 接口的內容格式會與B 接口在一定程度上保持協調一致，因此，隨著B 接口標準的確定，各運營商的C 接口標準也會有所調整。

因此，對各運營企業，應首先在行業標準的基礎上，盡快編制全套適用的企業標準，通過推動A 接口、B 接口及C 接口的標準化，可以實現系統各層級與監控集成廠家的解耦，能夠大幅降低數據接入的成本，打破壟斷，為基礎設施的數字化轉型打下堅實的信息互聯基礎。

3.2 發展智能設備，為系統智能化奠定物理基礎

非智能設備要實現監控必須加裝相應的設備。例如不帶通信模塊的斷路器，后期需要加裝采集器，甚至外部操作設備，才能實現監視和控制。但這些后期的改動，既增加了投入，對設備運行也有一定影響。因此，基礎設施要做好數字化轉型，就應先普及智能設備。

在發展具備四遙功能的智能設備時，還應注重設備數字化資產編碼的推廣應用。當每一臺設備或關鍵部件都配置有了唯一的數字ID 時，才能方便對每臺設備或部件進行全生命周期的追溯，實現資產的全過程數字化管理。

在具體操作時，首先應盡快完善設備數字化編碼標準；其次，在后期采購中明確智能化設備的技術要求和接口協議。在建設階段就實現設備的數字化、智能化和通信標準化，可以為后續接入數字化運營系統打下良好的物理基礎。

3.3 建立大數據中臺，為智能化奠定數據基礎

數據管理是數字化運營的核心。只有打破傳統的煙囪式分散系統，整合各種相關數據，建立大數據中臺，才能支撐對數據進行更深入的挖掘，讓數據發揮更大的價值。

目前，從全國范圍縱覽運營商基礎設施相關的數字化系統，在數據管理方面普遍存在數據格式不統一，數據業務有斷層，數據建設有重復，數據歷史不宜追溯等缺陷。而且，由于運營商往往以省市為單位建設動環監控等數字化系統，造成了數據的分散度比其他行業更高。

因此，運營商應盡快開展數據的標準化建設，在數據格式、字段、命名、指標、模型等方面建立統一的標準，為數據的統一管理打好基礎。同時，對分散在各分散系統中的孤立數據進行整合，推進大數據中臺的建設和應用，為基礎設施的智能化發展奠定好數據基礎。

3.4 多措并舉、同步發展、加速系統智能化升級

在打好基礎設施數字化轉型的互聯基礎、物理基礎和數據基礎的同時，還應大力推進基礎設施的智能化升級。基礎設施的智能化升級應該從現有系統的功能完善和智能化系統的開發升級2 個方面雙管齊下，多措并舉地同步開展，才能滿足日益迫切的安全、節能、高效等需要，獲得運營效能的大幅提升。

如圖4 所示，現階段運營商可以從以下幾個方面同時著手進行。

圖4 基礎設施智能化升級措施

a）實現關鍵資源的可視化和關鍵指標的實時監控。對影響網絡安全或者運行效率的關鍵點（比如蓄電池的單體電壓）能夠做到重點監視、心中有數。結合運營人員的經驗和技術，能夠做到一定的提前預判和處理，從而提升網絡安全和系統運行效率。

b）全面推進市電、油機間的自動切換。具備自動切換的網絡，一旦出現市電故障，供電系統可自動切換至正常市電，或自動啟動油機并切換至油機供電。相比人工操作，需要蓄電池放電的時間大幅縮短，能大量減少因市電故障而引起的供電事故和溫升問題，對系統的安全運行意義重大。另一方面，實現自動切換可以減少人工操作的工作量和誤操作風險，大大減輕維護人員的勞動強度和工作壓力。

c）豐富主要設備測點，完善運營管理系統功能，實現能耗監測和管控。本階段完成后，系統的管控功能將更加豐富，所有主要機電設備的運行狀況和主要功能調節均能夠通過系統隨時掌控和調整。比如，系統能夠通過市電故障時蓄電池的放電曲線自動判斷蓄電池的剩余容量和落后電池，能夠自動分析儲油量及計算更換時間，能夠自動對各種設備的能耗及系統的運行能效進行分析；還可以輔助人工通過遙控主動完成蓄電池的性能核定、后備油機的試機運行以及設備節能運行參數的調節等大量工作。這些自動化的功能，都可以協助運營管理，進一步釋放人力，并進一步提升系統安全及運行效能。

d）完善系統測點及功能，全面提升智能化水平，向系統為主、人工為輔的運營模式發展。本階段的實施，一方面需要繼續完善測點，將幾乎所有基礎設施設備和系統均納入監控統一管理；一方面需要對現有的運營管理系統功能進一步開發升級，在設備巡檢、故障分析定位、成本分析、設備維護、自動改造、能效分析、節能運行調節等方面進行智能化提升。本階段實施后，系統將具備幾乎所有日常運營管理的功能，可實現在人工干預下的自動化運行，對人力節省、系統安全和運行效能均會有大幅度的提升。

e）向系統全自動運行、基本不再需要人工干預邁進。本階段主要是對智能系統的穩定性和可靠性進行優化和提升。一旦系統能夠排除各種干擾，在錯綜復雜的各種現場環境中，總是能夠做出正確合理的判斷，系統的運行將不再需要人工的干預和確認，真正實現全自動的運行模式，也真正實現無人值守和安全及效能的最優運行。此時，現場已不再需要日常維護管理人員，現有運營人員的職能也會有所轉型。一部分組成具備豐富現場經驗的搶修或維修人員；一部分向專家人才發展，并以專家資源池的形式進行更高層次的技術分析。基于系統的大數據支撐，同時結合專家的技術經驗，形成對網絡持續優化的雙核驅動（見圖5）。

圖5 平臺+專家的雙核運營模式

3.5 安全防范

要推進數字化運營，就必須高度關注數據安全。數據安全主要包括數據的保密性、完整性、可用性、可控性和不可抵賴性5種屬性。數據安全一直是信息化時代的一個重要課題，各種網絡攻擊手段和防范措施也是層出不窮。以下3 個方面是防止內、外部的侵入和影響的基礎。

a）源代碼掌控。全國性的或集團一級的平臺和軟件涉及到一個企業全部的運行數據和重要資料，隨著智能化的提升，還將能夠對全國的重要設備進行一些關鍵的操作，屬于系統運行的核心大腦。對于這些核心程序，應由企業內部自行負責開發，確保完全掌握每一句源代碼的含義，并嚴格控制源代碼的泄露，避免在開發源頭上就遺留安全隱患。

b）物理安全。數字化系統在自身的供電、制冷等基礎支撐上，其保障等級應不低于所監控管理的設備或系統的安全等級。數字化系統安裝和使用的區域，應進行嚴格的物理防護，做好防火、防盜、防止侵入等各種安全防護措施。

c）通信安全。在設計網絡拓撲結構時，關鍵信息的傳輸要做到雙路由保護，避免因為某個單點的故障而引起重要信息無法傳遞。外部網絡和內部網絡進行通信時，要注意外部網絡的惡意程序對內部設備的侵入，因此，最好是以內部網絡通信為主，在必須與外部網絡通信時，也應做好相應的隔離和防護措施，確保在通信過程中，信息不會被惡意篡改。

4 結束語

未來的基礎設施，將是由設備、接口、網絡、維護策略、AI 計算、主動預判、遠程診斷、以及專家網絡組成的自動運行、智能調節的數字化體系。基礎設施系統能夠實時地上報運行狀態、提示告警信息，自動地進行故障分析、調整運行方式、執行維護計劃。未來的通信局站運營模式也將轉變成無人值守、遠程維護、按需操作，不僅對人員的需求大幅度減少，還可以實時自動調節，達到運行參數的最優匹配和運行效能的最大提升。

借助數字化技術、高速傳輸網絡和人工智能，基礎設施的建設和運營一定能夠實現數字化轉型和智能化升級，能夠更好地為信息通信網絡的安全綠色運行保駕護航，從而助力我國數字經濟的蓬勃發展。