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。

1 基于5G的礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺設(shè)計

1.1 引入5G高頻段通信技術(shù)

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。

1.2 監(jiān)管信息化平臺結(jié)構(gòu)分層

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。

1.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器設(shè)計

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。

1.4 實現(xiàn)監(jiān)管信息數(shù)據(jù)管理

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。

2 礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺性能驗證

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。

2.1 實驗準(zhǔn)備

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

2.2 實驗結(jié)果分析

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。

3 結(jié)束語

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]。