网络故障排查交换机语音辅助装置研发应用

王迪 陈彪 杨硕

关键词：语音识别;人工智能;指令识别

1绪论

随着信息化和数字化在企业中的大量应用，计算机网络成为信息化和数字化的重要承载。VLAN、TRUNK等网络技术的灵活应用成为信息高速路的重要保障。

虚拟局域网，即VLAN（Virtual LAN），是一种将网内的交换机端口在逻辑上规划成多个类似于物理隔离的虚拟网络网段的技术，这些虚拟网段与物理位置无关，使交换机突破了物理交换机的界限，便于组合成网络互通逻辑交换机，VLAN使交换机具有方便性和可扩展性，以及安全性等特点。VLAN根源上仍旧是LAN（局域网），它不允许不同VLAN用户之间的互相访问，只允许相同VLAN用户之间的访问。当前，局域网中VLAN技术得到广泛应用，为企业按不同部门进行IP资源划分提供了重要支撑，同时也为企业的网络安全抑制ARP广播风暴、网络蠕虫病毒做出了积极的贡献。

TRUNK是在多个网络设备之间使通过多于一个VLAN的端到端的连接，可将VLAN扩展至整个网络。如果没有TRUNK支持，VLAN的实用性也会很有限。TRUNK允许任一VLAN的数据在网络设备问传输，可以使不同交换机上的同一VLAN网络通信互访。TRUNK是承载交换机与其他设备之间多个VLAN通信的通道，它不从属于任一VLAN。

2现状

在我们的网络中，交换机中的VLAN划分有很多个，很多都是通过TRUNK技术使交换机与交换机之间的VLAN通信的。当某个部门的网络出现故障时，网络运维人员需要接入该部门的VLAN进行故障排查和网络调试，但在实际应用中有很多因素制约：

（1）核心交换机端口有限，没有多余的网口划分到该部门VLAN，这就需要到现场排查和调试，需要花费更长的人力和物力。

（2）有些部门VLAN分布在几千米，甚至是几十千米外的地方，处理其故障成为费时间费精力的“苦差事”。

（3）交换机的配置需要相关专业能力强的人员操作，一般有专人负责，出现问题时，负责配置交换机的人员不在，就延长了问题处理的时间。

若能在核心交换机上找到其相应的VLAN找到二层交换机，配置端口进行观察和诊断网络故障成为提高效率的方法之一。

3解决方法

网络运维人员能够快速进入某一个VLAN是处理部门网络故障和调试网络很好的方法。我们研制了通过交换机TRUNK口进入其VLAN的辅助工具。交换机VLAN辅助工具接在交换机的TRUNK口，通过修改工具自身网络接口的VLAN ID，实现接入交换机任一VLAN的功能。

为了让普通运维人员也能快速接入某个VLAN处理故障，解决交换机配置需要相关专业能力强的人员操作的限制，本工具采用语音指令输入的方式对工具本身进行VLAN ID切换。例如，发出语音指令“接入互联网部”，工具就会自动修改自身VLAN ID为互联网部的VLAN ID，不需要对交换机进行额外的配置，普通运维人员也能操作，加快了处理问题的响应速度，提高服务效率。

在实际操作中，很重要的就是要让工具知道我们要它要做什么，所以需要将我们的语音指令转换为工具可以理解并执行的一串串代码。语音识别处理的过程，可以将复杂而无规律的语音指令转化为可让计算机理解的一段数字信息，对提高声音识别的准确性和成功率起着重要作用。

4研究过程

4.1研究内容

本工具采用智能语音识别技术、计算机串口通信技术，基于LINUX平台的VLAN切换技术，需研究以下内容：

（1）语音智能识别技术研究，包括语音指令接收和语音指令翻译成相应的装置配置命令。

语音识别技术可以理解为将人类发出的声音指令信息通过机器设备转化为计算机能理解的指令或者文本信息的技术。语音识别技术原理复杂，主要包括声波传输、信号获取，高级的语音模式识别和人工智能技术。语音识别的整体流程可以总结成以下的几个步骤：语音输入一语音接收一语音预处理一语音特征提取一语音特征库对比一机器翻译一指令代码输出。

简单地说语音识别技术首先是将接收到的语言指令进行初步的整理，将接收到语言指令进行分割，将其分割成多个小段的语音分片，再通过机器转换，将每一个语音分片转换成一个多维向量，再將此向量与本地存储的向量进行对比，选出相似度大的向量，转变成本地数据库中所对应的指令信息的一部分，最后将多个部分指令信息拼接成一条完整的指令信息。

声音在传播过程中都会有所减弱，为了保证拾取到的声音的完整性，可用通过使用声音放大器的方法来解决。为了解决回声消除和空间降噪方面的问题，可以采用多麦克风阵列拾取采样的技术来解决。与普通的单麦克风采集技术不同，多麦克风阵列技术是按照特定的规则排列的多通道语音拾取技术，对不同方位的声音进行拾取处理，实现噪声、人声干扰抑制、声源的定位测向及跟踪等功能，分别将声音的不同波段分别拾取，同时将声音按拾取时间区分开，在现有真实环境的噪声环境情况下，可以实现有效降噪，极大提高声音的识别度，进而提高真实环境下的语音识别率。假如把语音识别技术看成一个语音接收、语音解析、指令反馈过程的话，麦克风阵列解决了声音能不能听得到、声源距离的合理范围、免受噪音影响的问题。

目前语音识别技术的发展问题还包括两种：一是重复词语的识别。日常生活中每个人说话的习惯都不一样，有些人说话时某个词语会反复出现，有些人说话有些结巴。解决这个问题，可以加强语音拾取端检测选取，智能识别说话语音的开始和结尾，移除说话语音中的不当的停顿或间隙，使拾取到的不连贯的话变成一段连贯的话。同时也可对一些高频重复出现的词组进行屏蔽，提高语音识别速率和真实性。二是内置语音特征库的扩充。在语音识别的过程中，难免会出现地方上的语言或者其他种类的语言，所以在本地语音数据库中要增加针对这些语言特征的扩展。

（2）LINUX系统串口通信的研究，接收语音模块通过串口发来的命令，并执行相应操作。

串口通信（Serial Communication）计算机通信方式之一，是指外设和计算机之间或者主机与主机之间，通过数据收、发信号、电压信号线、接地信号等，将数据按比特位逐位进行数据传输的通信方式。串口是一种通信接口标准。

串口通信传输数据时，开始于“起始位”，结束于“停止位”。每个数据的开始都有一位起始位，7位数据位组成字符，紧随字符后面是一位校验位，最后是停止位，停止位后面是高电平的空闲位和停卡位。在数据传输时信号宽度与波特率有关，信号宽度随着波特率的变高而变小，所以在数据传输之前，两端一定要协商好波特率是多少，两端要设置相同的波特率。

数据接收和发送两端在数据发送前，要设置好通信参数。串口通信属于基本的通信规定，不会主动协商双方的通信参数，需要通信前双方协商好通信参数。串口通信双方的串口参数一定要设置一致，任一参数设置不符，都会造成通信失败，例如波特率两端设置不符，发送方可以正常发送，接收方也能正常接收，但是接收方显示的会是乱码。

（3）LINUX系统网络接口与交换机TRUNK、VLAN通信研究。通过配置LINUX端口可以和交换机任意VLAN通信。

VLAN使交换机具有方便性和可扩展性，以及安全性等特点。VLAN根源上仍旧是LAN（局域网），它不允许不同VLAN用户之间的互相访问，只允许相同VLAN用户之间的访问。VLAN突破了物理环境对网络的约束，在不改变现有网络设备连接的情况下，可以很容易的把某个服务器移动到任一个新的虚拟子网，提高整个网络系统的可扩充性能，达到均衡使用网络带宽，更加合理利用资源。

要在两台包含多个VLAN的设备之间实现VLAN之间的互访需要使用到TRUNK技术，每台设备的配置为TRUNK口的端口也称为中继端口，一条中继链路可以允许通过多个VLAN的数据流量，可以将某个VLAN ID从这一台设备扩充到另一台设备。TRUNK可以将2个或多个设备的端口结合在一起，从而增加可以增加网络的带宽。Trunk链路一条点到点的数据封装技术，链路的对端可以是交换机与交换机，也可以是交换机与防火墙或者路由器，还可以是终端和交换机或者终端与防火墙或路由器。

4.2实施方案

4.2.1系统架构

本工具包括语音识别模块、VLAN ID切换模块。语音识别模块包括麦克风、喇叭、语音芯片、运放芯片、串口通信模块等。

4.2.2研发方案

语音智能模块通过指定的口令才能叫醒，包括以下几个功能模块：语音侦听模块，用于侦听用户的叫醒口令和语音命令，并将侦听到的语音命令传输至处理器;存储器，用于存储命令配置文件;处理器，用于将侦听到的语音命令转化为对应的语音命令词条，并调用存储器中的语音命令配置文件，将侦听到语音命令与语音命令配置文件中的词条进行匹配，若匹配，则通过串口把命令发送给VLAN转换模块。

VLAN转换基于LINUX系统平台，识别语音模块通过串口发来的命令，并执行相应的VLAN切换操作。

交换机的TRUNK口是交换机与交换机之间交换多个VLAN信息的通道。普通的PC接在交换机的TRUNK口，如果不做特殊的设置，无法与交换机中的任一VLAN通信。

VLAN转换以LINUX系统作为承载系统，包含多个网口。根据语音识别模块发来的指令，在A端口下添加或者删除不同的VLAN子接口，例如VLAN2、VLAN3、VLAN4等，这样就A端口就可以通过交换机的TRUNK口与网络中的任一VLAN通信。

把VLAN转换装置的A端口和B端口绑定为一个桥，PC接在装置B端口，这样Pc修改为相应VLAN对应的IP后，即可与远端VLAN通信。

4.2.3功能测试方案

基于圖示搭建测试环境，交换机划分多个VLAN，TRUNK2允许所有VLAN通过。

研发装置A口与B口划为桥模式，通过语音命令A口加入VLAN2，测试机接装置B口，IP配置为VLAN2的IP地址，实现远程接人VLAN2网络。

5创新点和解决的主要问题

本项目采用智能语音识别技术、计算机串口通信技术，基于LINUX平台的VLAN切换技术，具有如下先进性和创新点：

（1）文中提到命令和VLAN的修改，只针对本工具本身，不对交换机配置进行任何修改，从而保证网络稳定运行。

（2）采用语音智能识别技术，通过发出的语言指令，生成相应的配置命令，减少复杂的命令输入，操作简单，减轻运维人员的负担。

（3）通过语音配置不同VLAN，可在本地与任意远端VLAN通信，不用运维人员到远端解决问题，减少了工作量，提高了工作效率。

通过使用本装置，可以解决以下几个问题：

（1）交换机端口不足而无法划分远程VLAN。

（2）偏远部门的网络故障不到现场无法模拟和处理。

（3）交换机配置有专人管理配置，普通运维人员没有权限或者对交换机VLAN和TRUNK配置不熟悉。

（4）本装置通过语音命令，实现网络中VLAN的自动调配，提高了工作的效率加强网络的安全保障。