張會振
(神華和利時信息技術(shù)有限公司,北京 100089)
礦產(chǎn)資源行業(yè)生產(chǎn)高危性質(zhì)已眾所周知,隨著國家加大對礦山安全建設(shè)的管控力度,礦業(yè)公司的生產(chǎn)監(jiān)管模式,轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)化生產(chǎn)過程安全監(jiān)管。在當(dāng)前這個信息化時代,礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管平臺已經(jīng)向信息化平臺發(fā)展,但由于科學(xué)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的不夠發(fā)達(dá),導(dǎo)致現(xiàn)有礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺的建設(shè)始終不能實現(xiàn)最優(yōu)化[1]。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提出和投入試用,為礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺建設(shè)提供了完善與優(yōu)化的新思路。本文以5G先進(jìn)高頻段通信技術(shù)為切入點,建立一套集實時監(jiān)控監(jiān)管,采集和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù),并快速處理和消化信息,分析解決日常監(jiān)管問題的高性能優(yōu)質(zhì)信息化平臺。提高礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺的性能,為礦山安全生產(chǎn)增添技術(shù)保障,為我國礦山安全建設(shè)工作的順利開展提供助力。
在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站基礎(chǔ)上,礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺引入5G高頻段通信技術(shù),實現(xiàn)安全監(jiān)管信息化平臺的高速率數(shù)據(jù)傳輸[2]。設(shè)定監(jiān)管信息化平臺以6GHZ以上的超高頻和30GHZ~60GHZ的極高頻實施信息傳輸,規(guī)避用戶峰值速率減速過程,最小上傳數(shù)率可達(dá)到數(shù)10Gbps/s。對端到端時延數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)彌補(bǔ),設(shè)置最小延時標(biāo)準(zhǔn)在ms級范圍,選用最新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),密集部署在礦山監(jiān)管區(qū)平臺,建立穿透力極強(qiáng)的高頻波,穿越礦區(qū)障礙,以此組合成信息傳輸媒介,降低通信網(wǎng)絡(luò)損耗率。是平臺各個客戶端基于5G網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)端到端時延達(dá)到ms級,通過技術(shù)彌補(bǔ),采用新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,在礦山密集部署,提升網(wǎng)絡(luò)高頻波在建筑物和障礙物中,信息傳輸穿透力。當(dāng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行端對端的傳輸時,將平臺連接5G網(wǎng)絡(luò),可提供上傳速率在10Gbps/s~20Gbps/s之間的信息傳輸,礦山通信網(wǎng)絡(luò)損耗度在2%左右,實現(xiàn)低損耗率信息傳輸,進(jìn)行監(jiān)管信息平臺網(wǎng)絡(luò)配備。
以上述文章中5G高頻段通信技術(shù)為支撐,通過需求分析得到規(guī)劃設(shè)計原則,按照上述功能模塊邏輯架構(gòu)對平臺各層結(jié)構(gòu)實施劃分。功能模塊中蘊含5G高頻段通信智能DNS功能,高頻段通信特征存在的獨立開發(fā)性、高集成性,決定了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)為獨立劃分結(jié)構(gòu),外網(wǎng)環(huán)境的介入為了能夠區(qū)分現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)與5G高頻段通信的通信編碼,避免不同訪問出現(xiàn)混亂情況。監(jiān)管信息化平臺的智能DNS功能根據(jù)訪問的源端IP,配合5G訪問的域名,將請求解析發(fā)送給需要訪問的環(huán)境中,以此形成獨立的結(jié)構(gòu)分層。
基于上述設(shè)計的WEB數(shù)據(jù)獲取流程,對監(jiān)管點基礎(chǔ)信息配置數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。設(shè)置安全監(jiān)控基礎(chǔ)信息配置數(shù)據(jù)庫,定義系統(tǒng)提取的各類解除信息,建立監(jiān)測平臺主數(shù)據(jù)存儲的標(biāo)準(zhǔn)管理;設(shè)置基礎(chǔ)表,記錄所屬礦山的基礎(chǔ)信息的版本信息表,協(xié)議規(guī)范,和聯(lián)網(wǎng)傳輸配置的計算機(jī)配置表,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)字典和聯(lián)網(wǎng)規(guī)范,相關(guān)詳細(xì)節(jié)點配置進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。其次,設(shè)計數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器,選用字段冗余處理方式,以NETERROR設(shè)置傳輸網(wǎng)絡(luò)故障記錄表,以SQLServer為存儲管理介質(zhì),利用對數(shù)據(jù)庫的分區(qū)管理方式,管理對數(shù)據(jù)進(jìn)行功能模塊分區(qū),實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器的設(shè)計。
利用WEB數(shù)據(jù)獲取流程,獲取并解析采集數(shù)據(jù),實現(xiàn)用戶直觀了解,安全監(jiān)測點監(jiān)管信息管理模式。采用分布式,及異地布局方式采集相關(guān)數(shù)據(jù),在各節(jié)點分別部署,相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件,利用各子單位的數(shù)據(jù)采集功能,同時在總部部署數(shù)據(jù)收集單元,將各子節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,聯(lián)網(wǎng)平臺采用SOA構(gòu)架,和插件化程序,兩相結(jié)合的方式,運用綜合數(shù)據(jù)解析,分解各業(yè)務(wù)管理層級的管理流程,實現(xiàn)各種開關(guān)量,模擬量的圖形與數(shù)據(jù),最后基于數(shù)字表格的屏幕顯示,最終,實現(xiàn)平臺監(jiān)管信息,從獲取到處理的綜合管理。
測試的目標(biāo)是驗證所建設(shè)的信息化平臺是否能夠達(dá)到使用性能方面的要求,主要參考上述提及的性能指標(biāo)對應(yīng)進(jìn)行模擬測試。將信息平臺的性能測試,選擇在最接近生產(chǎn)環(huán)境的仿真環(huán)境進(jìn)行,挑選了上線運行的一個礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息系統(tǒng)進(jìn)行測試。對于一個監(jiān)管信息平臺,礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管人員,會在一天中不同時間段,對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的使用頻率呈現(xiàn)變化,對應(yīng)的系統(tǒng)繁忙程度隨之轉(zhuǎn)換。綜合考慮業(yè)務(wù)功能的訪問及使用情況,選取最高峰情況下的測試點。應(yīng)該選取使用頻率高、對服務(wù)器資源占用大、可能對服務(wù)器造成壓力的功能模塊或功能點作為測試點。使用相關(guān)的測試工具,通過創(chuàng)建若干虛擬用戶,對系統(tǒng)進(jìn)行大用戶量的并發(fā)操作,模擬出業(yè)務(wù)系統(tǒng)最頻繁、承載壓力最大的場景,在該場景下對監(jiān)管信息平臺的各項功能模塊進(jìn)行測試,通過收集功能及頁面的響應(yīng)時間,分析并判斷各功能和頁面是否能夠滿足性能的要求。
由于礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺,涉獵的相關(guān)應(yīng)用及通信數(shù)據(jù)較為復(fù)雜和龐大,所以在平臺測試階段,需要進(jìn)行一些功能模塊數(shù)據(jù)設(shè)置,并生成量化邏輯運算數(shù)據(jù)供測試使用。
本次性能測試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備表如表1所示,數(shù)據(jù)量為5萬個平臺監(jiān)管信息文件,其中采集文本,傳輸緩存,功能運行管理的數(shù)據(jù)量占55%,其他功能模塊的文件占比為45%,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)文件帶有監(jiān)管處置附件的占比75%。測試數(shù)據(jù)是通過監(jiān)管平臺智能系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)庫。測試范圍分布為在10個安全生產(chǎn)部門,500個新增虛擬用戶。驗證場景分為單監(jiān)管場景壓力測試,混合監(jiān)管場景壓力測試,疲勞監(jiān)管場景壓力測試,對本文建設(shè)的基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺和普通礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行測試。下面對最具代表性,可說明平臺使用性能的疲勞測試結(jié)果進(jìn)行分析。
表1 實驗準(zhǔn)備數(shù)據(jù)表
將監(jiān)管信息平臺WEB服務(wù)器監(jiān)測數(shù)據(jù)得到的,普通礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù),與基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù),綜合建立對比柱狀圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,如圖1圖2所示。
圖1 上傳響應(yīng)耗時對比圖
圖2 下載響應(yīng)耗時對比圖
從圖1和圖2中可以看到,普通和5G礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù)。
在同樣疲勞運行情況下,二者的上傳響應(yīng)耗時數(shù)據(jù)如下。普通礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù),在上傳響應(yīng)最小耗時為118ms,最大響應(yīng)耗時為180ms,響應(yīng)平均耗時數(shù)為150ms。而基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示,其上傳響應(yīng)最小耗時為60ms,最大響應(yīng)耗時為93ms,響應(yīng)平均耗時數(shù)為75ms。
二者的下載響應(yīng)耗時數(shù)據(jù)為,普通礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器,在下載響應(yīng)最小耗時為31ms,最大響應(yīng)耗時為119ms,響應(yīng)平均耗時數(shù)為70ms。而基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示,其下載響應(yīng)最小耗時為16ms,最大響應(yīng)耗時為60ms,響應(yīng)平均耗時數(shù)為35ms。
基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的各項響應(yīng)時間,要比普通礦山監(jiān)管信息平臺服務(wù)器的響應(yīng)時間短,而且呈現(xiàn)出近乎50%的時間差,其性能完全可以滿足后續(xù)平臺運行需要,且優(yōu)于沒有5G高頻技術(shù)的普通礦山監(jiān)管信息平臺。
本文基于5G高頻段通信技術(shù)對礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺進(jìn)行設(shè)計,并對設(shè)計出來的信息平臺進(jìn)行比對驗證,結(jié)果證明本文所設(shè)計的信息平臺在性能上要更加優(yōu)化,相關(guān)礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管部門可以借鑒和采納,并進(jìn)行實地建設(shè),投入使用[3]。