提高IMS 行政电话交换网运行率研究

姜洪斌，卢媛，杨禹太，刘奇志，张睿，杨冉昕，赵慧群

（国网山东省电力公司威海供电公司互联网部，山东 威海 264200）

IMS（IP Multimedia Subsystem）是下一代电信网的核心控制系统，也是目前业界公认的固定和移动融合网络技术。按照国网山东省电力公司对IMS 电话交换网建设要求，威海供电公司IMS 行政电话交换网于2015 年1 月1 日正式开通，是“机关部室、基层单位、供电所、变电站”等办公场所唯一的电话通信平台，在企业生产管理中发挥了不可或缺的作用。如果IMS 行政电话交换网运行率降低，则会增大办公电话中断的概率。

1 课题选择

1.1 上级要求

（1）国网山东省电力公司《信息通信系统运行维护规范》中要求：地市供电公司负责所辖行政电话交换网24h 安全稳定运行。

（2）威海供电公司《信息通信系统运行维护管理制度》中规定：IMS 行政电话交换网运行率（k）不得低于98%，如公式（1）：

1.2 问题现状

截至2018 年年底，威海供电公司IMS 行政电话交换网共接入设备2043 个、覆盖73 个生产办公场所，QC 小组对2015 ～2018 年IMS 行政电话交换网运行率进行统计，如表1、图1。

由图1 可知，随着IMS 行政电话交换网接入设备数量的增加，其规模也在逐渐扩大，运行率呈逐年下降趋势，2018年IMS 行政电话交换网运行率已降低至97.08%。

1.3 课题选定

IMS 行政电话交换网运行率降低，意味着运行中的设备故障时间多达80.592h，增大了各办公场所电话中断的概率，因此，QC 小组将《提高IMS 行政电话交换网运行率》作为2019 年QC 小组活动的课题。

表1 IMS 行政电话交换网运行率统计表

图1 IMS 行政电话交换网运行率趋势图

2 现状调查与目标设定

2.1 调查一：2018 年IMS 行政电话交换网运行率状况

对2018 年IMS 行政电话交换网运行率进行统计分析，具体如表2、图2。结论：2018 年IMS 行政电话交换网各月的运行率普遍偏低。

图2 2018 年IMS 行政电话交换网运行率曲线分析图

表2 2018 年IMS 行政电话交换网运行率统计表

表3 2018 年IMS 行政电话交换网故障类型及次数统计表

2.2 调查二：寻找“2018 年IMS 行政电话交换网运行率偏低”的症结

（1）分析2018 年全年故障类型。QC 小组认真分析了IMS 行政电话交换网集成状况，并根据《2018 年行政电话交换网故障记录》，对其全年故障类型及次数进行统计，如表3。

调查表明：2018 年全年总计119 次故障中，其中“接入层设备”故障达到86 次、所占比例为72.27%，远高于其它部分所占比例（对应的故障时间为203h 亦最多，所占比例为79.29%）。结论：“接入层设备”故障多。

（2）针对“接入层设备”故障多进行分析。“接入层设备”主要由“接入交换机、IAD 综合接入设备、模拟电话及线路、IP 电话及线路”等构成，小组对“接入层设备”故障进行分类汇总分析，具体如表4。

表4 2018 年“接入层设备”故障时间排列表

2018 年，73 个办公场所内的“接入层设备”总计故障时间为203h，其中“模拟电话线路、接入交换机”的故障持续时间为147h（累计占比72.41%）。当“模拟电话线路、接入交换机”的故障持续时间过长时，就会增大各办公场所电话中断的概率。结论：“模拟电话线路故障持续时间长、接入交换机故障持续时间长”是导致“IMS 行政电话交换网运行率低”的症结所在。

2.3 调查三：目标值依据分析

（1）与省内同行业单位对比。2019 年1 月19 日，小组成员张睿对省内同行业5 家单位的“2018 年IMS 行政电话交换网运行率”进行了调研，其中：青岛供电公司IMS 行政电话交换网运行率最高为98.46%，而威海供电公司目前现状值为97.08%，由此QC 小组确定了赶超目标。

（2）与我们最好情况对比。由调查一（图2）的分析可知，2018 年威海供电公司“IMS 行政电话交换网运行率＞98%要求值”的月份有3 个月（2、5、10 月），其运行率平均值（k1）的计算如下：

实际工作表明，把IMS 行政电话交换网运行率提高至98%以上是可能的。

（3）理论解决值计算。由调查二（表3）中的数据可知，2018 年IMS 行政电话交换网全年故障时间为256h；又由调查二（表4）中的数据可知，其中的“两项症结”故障时间为147h（占比72.41%）。如果QC 小组能够解决掉70%的症结问题，则IMS 行政电话交换网运行率的理论值（k2）的计算如下：

因此，小组只需将症结问题解决到70%，就可以超额完成任务，将IMS 行政电话交换网运行率提高至98%以上是可行的。

2.4 目标设定

依据调查三分析，设定活动目标为：把IMS 行政电话交换网运行率由目前现状的97.08%提高至98.25%。

3 原因分析

针对“模拟电话线路故障持续时间长、接入交换机故障持续时间长”是导致“IMS 行政电话交换网运行率低”的症结问题，QC 小组成员展开“头脑风暴法”，并使用关联图工具进行了原因分析，具体如图3。

图3 原因分析关联图

根据关联图，共找出了9 条末端因素，它们是培训时间不够、培训针对性不强、更换墙内断线线缆难度大、维修供电所电话线路杂音故障时间长、缺少电话线路作业指导书、机房中操作空间狭窄、库存交换机备件不足、巡检周期长、网络拓扑不是星形结构。

4 确定主要原因

QC 小组成员对找出来的9 条末端因素，分别明确了确认“内容、方法、标准、日期和责任人”并制订了要因确认计划表。随后根据要因确认计划表，对9 条末端因素逐一进行要因确认。

4.1 要因确认一：培训时间不够

根据互联网部《2018 年培训记录表》，统计人均培训学时，得出全年培训时间=66h ≥60h 标准，符合要求。结论：非要因。

4.2 要因确认二：培训针对性不强

统计培训课程针对性及参加人员考试成绩：（1）专业培训课程=7 门＞5 门标准；（2）参加人员考试绩=94.69 分＞90 分标准，符合要求。结论：非要因。

4.3 要因确认三：更换墙内断线线缆难度大

通过调查统计可知：目前共有3 类办公场所，总计有墙内布线区域73 处，其中“更换墙内电话断线线缆难度大”的区域有29 处＞10 处标准，且墙内套管结构复杂、重新穿线难度大。结论：要因。

4.4 要因确认四：维修供电所电话线路杂音故障时间长

根据《2018 年电话故障报修记录》，统计2018 年度维修供电所电话线路杂音故障用时情况。由统计数据可知，每个供电所的“平均维修用时”均低于确认标准48h/次，符合要求。结论：非要因。

4.5 要因确认五：缺少电话线路作业指导书

小组成员将现有的《威海供电公司电话线路作业指导书》进行汇总，并于《国家电网公司电力通信作业规范》进行对比，确认现有的《电话线路作业指导书》内容均符合国家电网公司颁布的规范要求。结论：非要因。

4.6 要因确认六：机房操作空间狭窄

对73 处办公场所的“接入区域机房操作空间”分别进行现场调查，确认结果：（1）机柜四周人员的操作空间平均值=63.5cm＞60cm 标准；（2）机柜内部设备的安装间隔平均值=3.6U＞3U（1U=2.5cm）标准，符合标准要求。结论：非要因。

4.7 要因确认七：库存交换机备件不足

对互联网部库房中的各类交换机备件进行清查统计，通过清查可知，库存的各类交换机设备数量满足供应要求，结论：非要因。

4.8 要因确认八：网络巡检周期长

互联网部目前采用的是：（1）由2 名网络管理员进行网络巡检工作，每隔2h 对电力大厦核心机房的一、二级网络设备进行巡检，巡检范围有限；（2）当三级网络（即各部门的接入层场所）设备出现故障时，人工登录及查找时间较长。小组对2018 年1 ～12 月网络故障响应时间进行统计，发现网络管理员对网络故障的平均响应时间为28.6min，远大于标准规定的5min 标准。结论：要因。

4.9 要因确认九：网络拓扑不是星形结构

对现有“IMS 行政电话交换网”拓扑结构进行调查，在总共73 处的“办公楼、变电站、供电所”的网络拓扑节点连接中，发现有41 处的网络连接方式不是星形结构，主要存在于“供电所与供电所、变电站与变电站”之间的光缆网络，连接层次多、节点多。因此，当某一个网络节点出现问题时，查找网络节点故障费时、费力。结论：要因。通过以上的要因确认，小组确定了导致症结问题的要因有3 个：更换墙内断线线缆难度大、网络巡检周期长、网络拓扑不是星型结构。

5 制定对策

小组成员针对3 个要因，各提出3 个初步方案，并从“有效性、可实施性、经济性、可靠性”等四个方面进行评估和分析后，各自选定一个最佳方案，并针对优选出的最佳方案，将最佳方案进一步细化，并按照5W1H 原则，制定对策表，具体如表5。

表5 对策表

6 对策实施

6.1 对策一：采用网线实施墙外综合布线

（1）措施1：制定改造计划和改造步骤：①小组成员制定了改造计划。计划对28 处地点的布线进行改造（其中：高区楼1 处、经区楼1 处、变电站21 处、供电所5 处），计划上报公司互联网部后并获得批准。②小组随后制定了综合布线改造步骤：1）进行项目招标；2）确定施工单位；3）编制《IP 电话网络综合布线指导书》；4）全程参加施工监理；5）对总计28 处的综合布线进行验收。

（2）措施2：委托施工单位进行改造并做好监理工作：①3 月1 日“IP 电话网络综合布线”项目通过招标，由威海海源网络公司进行“办公楼、变电站、供电所”的综合布线改造。②规定了各处项目的完工期限并制定了《综合布线验收标准》；③委派2 名小组成员全程参加项目的施工与监理。

（3）对建成的综合布线系统进行测试及验收。小组按照《综合布线验收标准》，对28 处改造项目进行现场检查、验收及测试，各处的综合布线运行率达到95%以上，均达到验收标准。

（4）施效果检查。2019 年3 月25 日，综合布线系统正式投运，小组对综合布线运行情况进行统计见表6。综合布线系统的投运，不但排除了各处办公场所的“墙内电话线路断线”故障，而且还增加了电话线路扩展的条数，使电话线路变得规范、有序，提高了电话线路故障运维的工效。综合布线运行率=97.66%＞95%的目标值，对策一目标实现。

表6 综合布线系统运行情况统计表

6.2 对策二：使用巡检系统进行巡检

（1）措施1：统计“IMS 行政电话交换网”巡检现状。对现有的巡检方式进行统计，如表7。统计表明：现有的网络巡检方式发现故障时间的间隔为2h、巡检效率低，难以适应工作需求。

表7 “IMS 行政电话交换网”巡检方式现状统计表

（2）措施2：确定巡检系统流程方案并对系统进行开发、测试：①首先，小组成员对巡检系统的功能进行讨论，确定系统流程方案，如图4。②随后，小组成员按照开发流程图（如图5），利用VB 开发工具进行软件开发。③巡检软件开发完成后，对巡检系统进行测试。我们搭建了一个试验环境，对将2 台交换机进行配置后并加入到开发的巡检系统中，巡检系统准确地获得了交换机中的各种信息。④对巡检系统采用“拔掉交换机设备级联端口线方式”进行测试，测试结果如表8。结论：5 次测试结果表明，系统可靠有效。

图4 巡检系统流程方案图

图5 巡检系统开发流程图

表8 电力大厦中心机房网络巡检系统测试统计表

（3）措施3：将巡检系统上线运行。小组成员将设备添加到界面上，输入设备的相关配置（如名称、IP 地址），形成网络设备列表。最终，巡检系统显示整个“IMS 行政电话交换网”拓扑运行图。

（4）实施效果检查。巡检系统上线运行7 天后，小组对巡检系统的故障响应时间进行了统计，具体如表9。使用巡检系统后，值班人员不仅可以对交换机设备的运行状态了如指掌，而且发现故障响应时间小于30 秒，远低于目标值5分钟，并及时发送短信至指定的手机，给网络故障处理节约了宝贵的时间，对策二目标实现。

表9 2019 年3 月21 ～27 日巡检系统故障响应时间统计表

6.3 对策三：利用光缆通道，重新规划网络线路

（1）措施1：查阅光缆明细表，统计光缆资源：①查阅光缆明细表。查阅的资料显示，全公司73 个办公场所中，其中东南西北四个方位共有41 处的光缆连接结构是“串联”而非“星形”，因此，我们需要对这41 处的光缆资源进行统计，以确定是否有足够的光纤通道实现线路整改。②统计“变电站、供电所”光缆纤芯，具体如表10、表11。通过统计得知，目前的光缆资源丰富，有足够的剩余光纤进行线路改造，能够满足所有变电站、供电所的更换需求。

表10 “变电站”光缆纤芯统计表

表11 “供电所”光缆纤芯统计表

（2）措施2：对线路重新进行规划。根据电力大厦的中心位置，小组成员将IMS 行政电话交换网分为多个区域，把电力大厦作为每个区域“星形”结构的中心，再将“接入层交换机”作为二级“星形”结构的中心，把每个“变电站、供电所”连接起来，形成“大星套小星”的结构，具体规划如图6。通过对41 个需要重新规划的“变电站、供电所”的光缆连接走向进行讨论分析，小组最终确定了规划蓝图，为下一步具体实施做好了准备。

图6 光纤网络线路规划图

（3）措施3：根据规划，对IMS 行政电话交换网中“供电所、变电站”线路进行调整。组成员分成多组，对自己负责的设备跳纤进行倒换和调整，如表12。

表12 任务分派表

（4）实施效果检查。41 处“变电站、供电所”全部实现直接与“电力大厦核心设备”相连，网络形成“星形”结构，具体如图7。网络形成“星形”结构后，交换机管理变得方便有序，极大地缩短了“各处网络节点故障”的研判时间，对策三目标实现。

图7 改造后的IMS 行政电话交换网拓扑图

7 效果检查

7.1 对目标值进行检查

经过QC 小组成员的努力，IMS 行政电话交换网于2019年4 月1 日正式改造完毕，小组对改造后4 ～6 月的运行情况进行了统计（如表13）。依据表13 数据，绘制了IMS 行政电话交换网运行率效果及目标值检查对比图（如图8）。结论：由图8 可以看出，活动后的IMS 行政电话交换网运行率均在98.25%的目标值之上。

7.2 对症结消除情况进行检查

小组对活动后（2019 年4 ～6 月）的IMS 行政电话交换网中“接入层设备”故障时间进行分类统计，并依据统计数据绘制了活动前、活动后的“接入层设备”故障时间排列图（如图9）。

表13 活动前、活动中、活动后的IMS 行政电话交换网运行情况统计表

图8 IMS 行政电话交换网改造后运行率效果及目标值检查对比图

图9 活动前、活动后的“接入层设备”故障时间排列对比图

由图9 可知：活动后的“模拟电话线路、接入交换机”故障持续时间明显降低，症结问题由活动前的72.41%下降至活动后的57.24%，影响“IMS 行政电话交换网运行率低”的症结问题得到了解决。

7.3 经济效益

本次QC 活动，虽然未产生直接经济效益，但随着自动巡检系统的投入使用，降低了网络信息系统人力巡检成本（按照25 元/人/h 的人力成本计算，全年可降低25 元×2 人×2h×365 天=36500 元的人力成本）。

图11 2018 年1 月～2019 年9 月IMS 行政电话交换网运行率趋势图

7.4 社会效益

IMS 行政电话交换网的安全稳定运行，为企业的管理及生产工作提供了坚强的支撑，改造后的IMS 行政电话交换网完全能够承担“IP 电话、模拟电话、移动电话、5G 无线网”之间的互连互通，为开展泛在电力物联网的应用打下了坚实的基础。

8 制定巩固措施

8.1 巩固措施

QC 小组将对策表中的有效措施资料进行了标准化整理，并上报公司主管部门批准，将批准后的《IP 电话网络综合布线作业指导书》、《IMS 行政电话交换网巡检系统操作规范》纳入班组管理资料中，将《IMS 行政电话交换网星形拓扑图》纳入公司互联网部的运维规范中。

8.2 跟踪检查

2019 年7 ～9 月为本次QC 小组课题的巩固期，小组对“活动前、活动中、活动后、巩固期”的IMS 行政电话交换网运行率进行了统计并绘制了运行率趋势图（如图11）。结论：巩固期内的IMS 行政电话交换网运行率均在目标值98.25%之上，符合标准。

9 总结和下一步打算

通过此次QC 小组活动，小组不仅拓宽了网络、综合布线、软件开发等方面的知识，对变电站现场中的安全运行也有了更深刻的认识；遵循PDCA 循环开展活动并实现了目标并取得了3 项成果。下一步，将对公司信息通信机房运行环境温度偏高的问题进行解决，将以《降低信息通信机房运行环境温度》作为下一年度的活动课题。