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

        2021-01-24 07:57:16張會(huì)振
        世界有色金屬 2020年21期
        關(guān)鍵詞:礦山服務(wù)器監(jiān)管

        張會(huì)振

        (神華和利時(shí)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(guó)家加大對(duì)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(gè)信息化時(shí)代,礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管平臺(tái)已經(jīng)向信息化平臺(tái)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(tái)的建設(shè)始終不能實(shí)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(tái)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(diǎn),建立一套集實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)管,采集和存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)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(tái)。提高礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺(tái)的性能,為礦山安全生產(chǎn)增添技術(shù)保障,為我國(guó)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(tái)設(shè)計(jì)

        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(tái)引入5G高頻段通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)管信息化平臺(tái)的高速率數(shù)據(jù)傳輸[2]。設(shè)定監(jiān)管信息化平臺(tái)以6GHZ以上的超高頻和30GHZ~60GHZ的極高頻實(shí)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(duì)端到端時(shí)延數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)彌補(bǔ),設(shè)置最小延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)在ms級(jí)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(tái),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(tái)各個(gè)客戶端基于5G網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)端到端時(shí)延達(dá)到ms級(jí),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(duì)端的傳輸時(shí),將平臺(tái)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(shí)現(xiàn)低損耗率信息傳輸,進(jìn)行監(jiān)管信息平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)配備。

        1.2 監(jiān)管信息化平臺(tái)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(jì)原則,按照上述功能模塊邏輯架構(gòu)對(duì)平臺(tái)各層結(jié)構(gòu)實(shí)施劃分。功能模塊中蘊(yùn)含5G高頻段通信智能DNS功能,高頻段通信特征存在的獨(dú)立開發(fā)性、高集成性,決定了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)為獨(dú)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(tái)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(qǐng)求解析發(fā)送給需要訪問的環(huán)境中,以此形成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)分層。

        1.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器設(shè)計(jì)

        基于上述設(shè)計(jì)的WEB數(shù)據(jù)獲取流程,對(duì)監(jiān)管點(diǎn)基礎(chǔ)信息配置數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(cè)平臺(tái)主數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)配置表,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)字典和聯(lián)網(wǎng)規(guī)范,相關(guān)詳細(xì)節(jié)點(diǎn)配置進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。其次,設(shè)計(jì)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(chǔ)管理介質(zhì),利用對(duì)數(shù)據(jù)庫的分區(qū)管理方式,管理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行功能模塊分區(qū),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器的設(shè)計(jì)。

        1.4 實(shí)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(shí)現(xiàn)用戶直觀了解,安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)在總部部署數(shù)據(jù)收集單元,將各子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采用SOA構(gòu)架,和插件化程序,兩相結(jié)合的方式,運(yùn)用綜合數(shù)據(jù)解析,分解各業(yè)務(wù)管理層級(jí)的管理流程,實(shí)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(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(tái)性能驗(yàn)證

        測(cè)試的目標(biāo)是驗(yàn)證所建設(shè)的信息化平臺(tái)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(duì)應(yīng)進(jìn)行模擬測(cè)試。將信息平臺(tái)的性能測(cè)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(yùn)行的一個(gè)礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于一個(gè)監(jiān)管信息平臺(tái),礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管人員,會(huì)在一天中不同時(shí)間段,對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的使用頻率呈現(xiàn)變化,對(duì)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(cè)試點(diǎn)。應(yīng)該選取使用頻率高、對(duì)服務(wù)器資源占用大、可能對(duì)服務(wù)器造成壓力的功能模塊或功能點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)。使用相關(guān)的測(cè)試工具,通過創(chuàng)建若干虛擬用戶,對(duì)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(chǎng)景,在該場(chǎng)景下對(duì)監(jiān)管信息平臺(tái)的各項(xiàng)功能模塊進(jìn)行測(cè)試,通過收集功能及頁面的響應(yīng)時(shí)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(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        由于礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺(tái),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(tái)測(cè)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(yùn)算數(shù)據(jù)供測(cè)試使用。

        本次性能測(cè)試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備表如表1所示,數(shù)據(jù)量為5萬個(gè)平臺(tái)監(jiān)管信息文件,其中采集文本,傳輸緩存,功能運(yùn)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(cè)試數(shù)據(jù)是通過監(jiān)管平臺(tái)智能系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)庫。測(cè)試范圍分布為在10個(gè)安全生產(chǎn)部門,500個(gè)新增虛擬用戶。驗(yàn)證場(chǎng)景分為單監(jiān)管場(chǎng)景壓力測(cè)試,混合監(jiān)管場(chǎng)景壓力測(cè)試,疲勞監(jiān)管場(chǎng)景壓力測(cè)試,對(duì)本文建設(shè)的基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺(tái)和普通礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。下面對(duì)最具代表性,可說明平臺(tái)使用性能的疲勞測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。

        表1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)表

        2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

        將監(jiān)管信息平臺(tái)WEB服務(wù)器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到的,普通礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),與基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),綜合建立對(duì)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(shí)對(duì)比圖

        圖2 下載響應(yīng)耗時(shí)對(duì)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(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

        在同樣疲勞運(yùn)行情況下,二者的上傳響應(yīng)耗時(shí)數(shù)據(jù)如下。普通礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),在上傳響應(yīng)最小耗時(shí)為118ms,最大響應(yīng)耗時(shí)為180ms,響應(yīng)平均耗時(shí)數(shù)為150ms。而基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示,其上傳響應(yīng)最小耗時(shí)為60ms,最大響應(yīng)耗時(shí)為93ms,響應(yīng)平均耗時(shí)數(shù)為75ms。

        二者的下載響應(yīng)耗時(shí)數(shù)據(jù)為,普通礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器,在下載響應(yīng)最小耗時(shí)為31ms,最大響應(yīng)耗時(shí)為119ms,響應(yīng)平均耗時(shí)數(shù)為70ms。而基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示,其下載響應(yīng)最小耗時(shí)為16ms,最大響應(yīng)耗時(shí)為60ms,響應(yīng)平均耗時(shí)數(shù)為35ms。

        基于5G的礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的各項(xiàng)響應(yīng)時(shí)間,要比普通礦山監(jiān)管信息平臺(tái)服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間短,而且呈現(xiàn)出近乎50%的時(shí)間差,其性能完全可以滿足后續(xù)平臺(tái)運(yùn)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(tái)。

        3 結(jié)束語

        本文基于5G高頻段通信技術(shù)對(duì)礦山安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)設(shè)計(jì)出來的信息平臺(tái)進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證,結(jié)果證明本文所設(shè)計(jì)的信息平臺(tái)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(shí)地建設(shè),投入使用[3]。

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