一种基于OTN网络的无人巡视系统

陈静波

（宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司，宁波 315000）

0 引言

随着信息技术的飞速发展，通信网络的变革日益加快，硬件设备的更新换代也越发频繁。目前通信设备硬件及配套设施正朝着集成化、模块化发展，对维护人员的要求也越来越高。目前远程机器人代替人工监控已经成为了主流，但受成本所限，并不能完全做到真正的远程机器人监控与巡视。就此，本文提出了一种基于现有OTN网络的监控与无人巡视系统。

1 现有传统巡视模式的弊端

通信类专业设备从最初的单一简单到现在的集自动化、集成化、智能化为一体[1]，这对设备的稳定性要求越来越高，而通信设备的故障有一定的隐蔽性，所以通信设备和通信机房的日常巡视工作很重要（如图1）。目前传统的人工巡检方式有如下缺点。

图1 通信机房内部一般巡视路线

1.1 人力成本上升迅速

进入21世纪以来，我国经济发展发现尤为迅速，据国家统计局发布的信息，2019年我国国内生产总值为99.0865万亿元，人均GDP突破1万美元。在经济总量快速上升的同时，人力成本也随之上升。在浙东地区与我司有合作关系的委外维保单位其人员平均工资水平由2010年的每天120元上涨至2019年的每天200元，并且招工难的问题越来越突出。

1.2 机房辐射危害愈发强烈

由于通信设备的模块化集成化发展，通信设备功率也持续变大，随之机房内辐射危害也越来越受重视。例如在通信网络机房中普遍就有交换机、服务器、存储设备、UPS等组成，辐射源多种多样。由于我国现行标准电磁环境控制限制（GB8702-2014）重点对公共区域的辐射水平进行检测[2]，而忽略了机房内部电磁辐射水平的控制[3]，在不断提高和优化公共通信服务水平的同时，机房内部电磁辐射也逐渐加剧，影响着工作人员的身体健康。

1.3 人工主观因素影响较多

传统人工巡视是对机房内环境（包括温湿度、内部环境卫生等）的检查，设备运行状态的确认，设备供电系统（包括双电源自动切换装置、UPS等）参数及状态确认，环境控制装置的状态确认。由于巡视模式的单调枯燥，且一个工作人员每次巡视一般会巡视多个不同设备类型的机房，受工作人员本身精神状态的影响，不能保证在设备运行完整生命期内巡视均能100%完全覆盖，由于巡视人员的疏忽而使设备隐患未能及时发现，导致设备隐患应发的设备故障的案例不断显现。

1.4 通信设备专业性强、培养合格维护人员周期长

受通信设备集成化的影响，传统的人员培养模式受到了很大的挑战，例如现有的环境制冷系统已实现机柜内覆盖，既在机柜内存在通信专业设备的基础上添加了空调制冷专业设备，机柜内部设备、线路的复杂程度不断提高。对人员要求也随之提高。特别是进入5G大规模商业应用以来，5G及新型基站开始大量出现[4]，对维护维保单位的新员工培养造成了很大的困难。

2 远程无人巡视的几种方式及优缺点

在传统巡视模式逐渐不能满足新一代通信设备的维护要求以来，各地均开展了远程无人巡视的研究和实践[5]，目前市面上主要有两种远程无人巡视方式。

2.1 远程设备监控、控制中心集中巡视

结合物联网万物互联的思路，将机房内通信设备、UPS设备、空调设备、供电设备、环境监测设备等均实现联网，使维护人员足不出户在控制中心内能远程监控所有设备，大大减少巡视人员的数量，起到降低人工成本的作用（如图2）。但是由于其对探测器传感器的精确性，稳定性要求较高，设备投资安装成本较大。在通信及配套设备的基础上又有大量的自动化设备，对维护人员的要求进一步提高。对维护单位购置和储存备件要求也有很高的要求，短期内不能收到降低成本很好的效果。

图2 远程控制监控中心

2.2 远程机器人无人巡视

不改变现有机房设备模式的基础上单独购置巡检机器人（如图3），对机房的改造量小或不改造，巡检机器人的维护可由专业机器人公司承包，对通信维护单位人力、物资压力较小，也能做到少量的维保人员足不出户远程巡视各通信机房的目的。但是巡检机器人单价高，目前技术还不是很成熟，故障率较高，维护和维修受制于机器人厂家。但是这会使巡视人员免收机房内电磁辐射的影响，还是有很大的推广意义的。

图3 巡检机器人

3 基于现有OTN网络的监控与巡视模式

上述两种现有的远程无人巡视方案均有所缺点，对一些相对缺乏大量改造和购置资金的通信设施维护企业来说这两个方案都不能完全承受。如此，在分析与了解目前通信网络结构及远程无人巡视系统的基础上，本文提出了一种基于OTN网络的新型监控与无人巡视系统。

3.1 OTN网络的发展与现状

OTN（光传送网，Optical Transport Network）（如图4）是以波分复用技术（Wavelength-Division Multiplexing，WDM）为基础，在光层组织网络的传送网。是在原有的传送网络的基础上发展起来的，在超大传输容量的基础上引入了同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）强大的操作、管理、维护（Operation Administration and Maintenance，OAM）能力，同时弥补了SDH在面向传送层时的功能缺乏和维护管理开销的不足[6]。OTN继承了SDH和WDM的双重优势，能规避传统系统一系列问题的出现，目前已经成为通信系统主流的数据传送业务技术[7]。在OTN网络中，各机房内的各个主要网络设备都是以IP地址不同分布其中，通过本网络内惟一的IP地址予以区分，配置灵活、简单、高效，易于添删网络单元。其中，主要传输设备及物理网络均可以套用现有光传输网络硬件结构，设备通用程度高，易于降低建设和改造成本。

图4 典型的OTN环网拓扑图

3.2 新型网络摄像机介绍

新型网络摄像机是近年来开始正式商业化生产的一款新型摄像机（如图5），有别于传统监控摄像机，它基于标准H.264 Main Prof ile算法，一般采用百万级像素的逐行扫描图像传感器，支持高清数字输出，清晰度可以达到1080TVL。由于采用标准H.264压缩，录像文件可使用标准解码器解码，支持常用播放软件直接播放。在相同码率下具有比MPEG-4倍增的画质，在同样的画面质量下，码率仅为MPEG-4的二分之一[8]。由于网络摄像机不但清晰度高而且操作简便、易于安装，在很大程度上减少工程布线和施工成本，理论上可以使CCTV网络无限延伸。在传输物理网络上，可以使用EIA/T568A标准的RJ45网络水晶头甚至部分还有光纤插口，相比之前传统的RG系列同轴电缆具有施工简单，布线方便，传输距离长等优点。在监控终端的选择上不同于传统的RS485线、专用监控云台等，完全通过软件就能控制摄像头的焦距、广角参数。在存储硬件设备上可以抛弃传统的专用多路硬盘录像机，仅仅在通用工业计算机上安装监控软件便可以实现，必要时可以外接磁盘阵列来实现监控数据的存储。

图5 新型网络摄像机

3.3 基于现有OTN网络的监控与巡视系统的设计思路和成本分析

在OTN网络架构的基础上，可以利用网络摄像机成网的思路来建立一个覆盖OTN网络里现有机房设备的监控网络。为每一台网络摄像机配置符合本OTN网络要求的IP地址和网关，可以利用OTN网络中富余的IP网段，由于有独立的IP地址且设置有对应网关，在监控中心可以利用现有安装有对应监控软件的监控计算机通过OTN网络进行远程监控。在监控计算机上对就地网络摄像机的遥控指挥可以查看机房内部环境卫生，温湿度，供电及空调设备状态等信息（如图6）。由于服务器、交换机本来就已经连入OTN网络中，其硬件运行状态均能事实监控，单纯利用摄像机透过机柜查看上述设备运行状态指示灯意义不大。

图6 基于OTN网络的监控与巡视系统的网络拓扑图

一般一个机房装1个便已满足使用要求，其他费用包括部分供电设备（如双电源自动切换装置） 挡板的透明化改造，专业摄像机电源模块，线缆材料费等。由于线路只有通信网线和供电电源线，其安装方便简单，基本上维护单位普通员工能自行解决，免费的监控软件安装在现有监控计算机上即可。随着监控技术的发展，网络摄像机的性能将会越来越好，价格会越来越低。

4 结束语

基于现有OTN网络的监控与巡视系统能最大程度的利用现有机房设备及网络架构，在可以接受的投资范围内实现高价格监控机器人基本相同的远程监控和巡视效果，有利于企业降低维护成本，促进通信行业平稳健康的发展。