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

王迪 陳彪 楊碩

關(guān)鍵詞：語音識別;人工智能;指令識別

1緒論

隨著信息化和數(shù)字化在企業(yè)中的大量應(yīng)用，計算機網(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)的交換機端口在邏輯上規(guī)劃成多個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)，使交換機突破了物理交換機的界限，便于組合成網(wǎng)絡(luò)互通邏輯交換機，VLAN使交換機具有方便性和可擴展性，以及安全性等特點。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)按不同部門進行IP資源劃分提供了重要支撐，同時也為企業(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。

TRUNK是在多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間使通過多于一個VLAN的端到端的連接，可將VLAN擴展至整個網(wǎng)絡(luò)。如果沒有TRUNK支持，VLAN的實用性也會很有限。TRUNK允許任一VLAN的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備問傳輸，可以使不同交換機上的同一VLAN網(wǎng)絡(luò)通信互訪。TRUNK是承載交換機與其他設(shè)備之間多個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，交換機中的VLAN劃分有很多個，很多都是通過TRUNK技術(shù)使交換機與交換機之間的VLAN通信的。當(dāng)某個部門的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)運維人員需要接入該部門的VLAN進行故障排查和網(wǎng)絡(luò)調(diào)試，但在實際應(yīng)用中有很多因素制約：

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

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

（3）交換機的配置需要相關(guān)專業(yè)能力強的人員操作，一般有專人負責(zé)，出現(xiàn)問題時，負責(zé)配置交換機的人員不在，就延長了問題處理的時間。

若能在核心交換機上找到其相應(yīng)的VLAN找到二層交換機，配置端口進行觀察和診斷網(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)運維人員能夠快速進入某一個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TRUNK口進入其VLAN的輔助工具。交換機VLAN輔助工具接在交換機的TRUNK口，通過修改工具自身網(wǎng)絡(luò)接口的VLAN ID，實現(xiàn)接入交換機任一VLAN的功能。

為了讓普通運維人員也能快速接入某個VLAN處理故障，解決交換機配置需要相關(guān)專業(yè)能力強的人員操作的限制，本工具采用語音指令輸入的方式對工具本身進行VLAN ID切換。例如，發(fā)出語音指令“接入互聯(lián)網(wǎng)部”，工具就會自動修改自身VLAN ID為互聯(lián)網(wǎng)部的VLAN ID，不需要對交換機進行額外的配置，普通運維人員也能操作，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音指令轉(zhuǎn)換為工具可以理解并執(zhí)行的一串串代碼。語音識別處理的過程，可以將復(fù)雜而無規(guī)律的語音指令轉(zhuǎn)化為可讓計算機理解的一段數(shù)字信息，對提高聲音識別的準(zhǔn)確性和成功率起著重要作用。

4研究過程

4.1研究內(nèi)容

本工具采用智能語音識別技術(shù)、計算機串口通信技術(shù)，基于LINUX平臺的VLAN切換技術(shù)，需研究以下內(nèi)容：

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

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

簡單地說語音識別技術(shù)首先是將接收到的語言指令進行初步的整理，將接收到語言指令進行分割，將其分割成多個小段的語音分片，再通過機器轉(zhuǎn)換，將每一個語音分片轉(zhuǎn)換成一個多維向量，再將此向量與本地存儲的向量進行對比，選出相似度大的向量，轉(zhuǎn)變成本地數(shù)據(jù)庫中所對應(yīng)的指令信息的一部分，最后將多個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)則排列的多通道語音拾取技術(shù)，對不同方位的聲音進行拾取處理，實現(xiàn)噪聲、人聲干擾抑制、聲源的定位測向及跟蹤等功能，分別將聲音的不同波段分別拾取，同時將聲音按拾取時間區(qū)分開，在現(xiàn)有真實環(huán)境的噪聲環(huán)境情況下，可以實現(xiàn)有效降噪，極大提高聲音的識別度，進而提高真實環(huán)境下的語音識別率。假如把語音識別技術(shù)看成一個語音接收、語音解析、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。

目前語音識別技術(shù)的發(fā)展問題還包括兩種：一是重復(fù)詞語的識別。日常生活中每個人說話的習(xí)慣都不一樣，有些人說話時某個詞語會反復(fù)出現(xiàn)，有些人說話有些結(jié)巴。解決這個問題，可以加強語音拾取端檢測選取，智能識別說話語音的開始和結(jié)尾，移除說話語音中的不當(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。同時也可對一些高頻重復(fù)出現(xiàn)的詞組進行屏蔽，提高語音識別速率和真實性。二是內(nèi)置語音特征庫的擴充。在語音識別的過程中，難免會出現(xiàn)地方上的語言或者其他種類的語言，所以在本地語音數(shù)據(jù)庫中要增加針對這些語言特征的擴展。

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

串口通信（Serial Communication）計算機通信方式之一，是指外設(shè)和計算機之間或者主機與主機之間，通過數(shù)據(jù)收、發(fā)信號、電壓信號線、接地信號等，將數(shù)據(jù)按比特位逐位進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健４谑且环N通信接口標(biāo)準(zhǔn)。

串口通信傳輸數(shù)據(jù)時，開始于“起始位”，結(jié)束于“停止位”。每個數(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位，最后是停止位，停止位后面是高電平的空閑位和停卡位。在數(shù)據(jù)傳輸時信號寬度與波特率有關(guān)，信號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，不會主動協(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是亂碼。

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

VLAN使交換機具有方便性和可擴展性，以及安全性等特點。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服務(wù)器移動到任一個新的虛擬子網(wǎng)，提高整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可擴充性能，達到均衡使用網(wǎng)絡(luò)帶寬，更加合理利用資源。

要在兩臺包含多個VLAN的設(shè)備之間實現(xiàn)VLAN之間的互訪需要使用到TRUNK技術(shù)，每臺設(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VLAN的數(shù)據(jù)流量，可以將某個VLAN ID從這一臺設(shè)備擴充到另一臺設(shè)備。TRUNK可以將2個或多個設(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鏈路一條點到點的數(shù)據(jù)封裝技術(shù)，鏈路的對端可以是交換機與交換機，也可以是交換機與防火墻或者路由器，還可以是終端和交換機或者終端與防火墻或路由器。

4.2實施方案

4.2.1系統(tǒng)架構(gòu)

本工具包括語音識別模塊、VLAN ID切換模塊。語音識別模塊包括麥克風(fēng)、喇叭、語音芯片、運放芯片、串口通信模塊等。

4.2.2研發(fā)方案

語音智能模塊通過指定的口令才能叫醒，包括以下幾個功能模塊：語音偵聽模塊，用于偵聽用戶的叫醒口令和語音命令，并將偵聽到的語音命令傳輸至處理器;存儲器，用于存儲命令配置文件;處理器，用于將偵聽到的語音命令轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的語音命令詞條，并調(diào)用存儲器中的語音命令配置文件，將偵聽到語音命令與語音命令配置文件中的詞條進行匹配，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，識別語音模塊通過串口發(fā)來的命令，并執(zhí)行相應(yīng)的VLAN切換操作。

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

VLAN轉(zhuǎn)換以LINUX系統(tǒng)作為承載系統(tǒng)，包含多個網(wǎng)口。根據(jù)語音識別模塊發(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端口綁定為一個橋，PC接在裝置B端口，這樣Pc修改為相應(yīng)VLAN對應(yīng)的IP后，即可與遠端VLAN通信。

4.2.3功能測試方案

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

研發(fā)裝置A口與B口劃為橋模式，通過語音命令A(yù)口加入VLAN2，測試機接裝置B口，IP配置為VLAN2的IP地址，實現(xiàn)遠程接人VLAN2網(wǎng)絡(luò)。

5創(chuàng)新點和解決的主要問題

本項目采用智能語音識別技術(shù)、計算機串口通信技術(shù)，基于LINUX平臺的VLAN切換技術(shù)，具有如下先進性和創(chuàng)新點：

（1）文中提到命令和VLAN的修改，只針對本工具本身，不對交換機配置進行任何修改，從而保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行。

（2）采用語音智能識別技術(shù)，通過發(fā)出的語言指令，生成相應(yīng)的配置命令，減少復(fù)雜的命令輸入，操作簡單，減輕運維人員的負擔(dān)。

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

通過使用本裝置，可以解決以下幾個問題：

（1）交換機端口不足而無法劃分遠程VLAN。

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

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

（4）本裝置通過語音命令，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中VLAN的自動調(diào)配，提高了工作的效率加強網(wǎng)絡(luò)的安全保障。