網絡故障排查交換機語音輔助裝置研發應用

王迪 陳彪 楊碩

關鍵詞：語音識別;人工智能;指令識別

1緒論

隨著信息化和數字化在企業中的大量應用，計算機網絡成為信息化和數字化的重要承載。VLAN、TRUNK等網絡技術的靈活應用成為信息高速路的重要保障。

虛擬局域網，即VLAN（Virtual LAN），是一種將網內的交換機端口在邏輯上規劃成多個類似于物理隔離的虛擬網絡網段的技術，這些虛擬網段與物理位置無關，使交換機突破了物理交換機的界限，便于組合成網絡互通邏輯交換機，VLAN使交換機具有方便性和可擴展性，以及安全性等特點。VLAN根源上仍舊是LAN（局域網），它不允許不同VLAN用戶之間的互相訪問，只允許相同VLAN用戶之間的訪問。當前，局域網中VLAN技術得到廣泛應用，為企業按不同部門進行IP資源劃分提供了重要支撐，同時也為企業的網絡安全抑制ARP廣播風暴、網絡蠕蟲病毒做出了積極的貢獻。

TRUNK是在多個網絡設備之間使通過多于一個VLAN的端到端的連接，可將VLAN擴展至整個網絡。如果沒有TRUNK支持，VLAN的實用性也會很有限。TRUNK允許任一VLAN的數據在網絡設備問傳輸，可以使不同交換機上的同一VLAN網絡通信互訪。TRUNK是承載交換機與其他設備之間多個VLAN通信的通道，它不從屬于任一VLAN。

2現狀

在我們的網絡中，交換機中的VLAN劃分有很多個，很多都是通過TRUNK技術使交換機與交換機之間的VLAN通信的。當某個部門的網絡出現故障時，網絡運維人員需要接入該部門的VLAN進行故障排查和網絡調試，但在實際應用中有很多因素制約：

（1）核心交換機端口有限，沒有多余的網口劃分到該部門VLAN，這就需要到現場排查和調試，需要花費更長的人力和物力。

（2）有些部門VLAN分布在幾千米，甚至是幾十千米外的地方，處理其故障成為費時間費精力的“苦差事”。

（3）交換機的配置需要相關專業能力強的人員操作，一般有專人負責，出現問題時，負責配置交換機的人員不在，就延長了問題處理的時間。

若能在核心交換機上找到其相應的VLAN找到二層交換機，配置端口進行觀察和診斷網絡故障成為提高效率的方法之一。

3解決方法

網絡運維人員能夠快速進入某一個VLAN是處理部門網絡故障和調試網絡很好的方法。我們研制了通過交換機TRUNK口進入其VLAN的輔助工具。交換機VLAN輔助工具接在交換機的TRUNK口，通過修改工具自身網絡接口的VLAN ID，實現接入交換機任一VLAN的功能。

為了讓普通運維人員也能快速接入某個VLAN處理故障，解決交換機配置需要相關專業能力強的人員操作的限制，本工具采用語音指令輸入的方式對工具本身進行VLAN ID切換。例如，發出語音指令“接入互聯網部”，工具就會自動修改自身VLAN ID為互聯網部的VLAN ID，不需要對交換機進行額外的配置，普通運維人員也能操作，加快了處理問題的響應速度，提高服務效率。

在實際操作中，很重要的就是要讓工具知道我們要它要做什么，所以需要將我們的語音指令轉換為工具可以理解并執行的一串串代碼。語音識別處理的過程，可以將復雜而無規律的語音指令轉化為可讓計算機理解的一段數字信息，對提高聲音識別的準確性和成功率起著重要作用。

4研究過程

4.1研究內容

本工具采用智能語音識別技術、計算機串口通信技術，基于LINUX平臺的VLAN切換技術，需研究以下內容：

（1）語音智能識別技術研究，包括語音指令接收和語音指令翻譯成相應的裝置配置命令。

語音識別技術可以理解為將人類發出的聲音指令信息通過機器設備轉化為計算機能理解的指令或者文本信息的技術。語音識別技術原理復雜，主要包括聲波傳輸、信號獲取，高級的語音模式識別和人工智能技術。語音識別的整體流程可以總結成以下的幾個步驟：語音輸入一語音接收一語音預處理一語音特征提取一語音特征庫對比一機器翻譯一指令代碼輸出。

簡單地說語音識別技術首先是將接收到的語言指令進行初步的整理，將接收到語言指令進行分割，將其分割成多個小段的語音分片，再通過機器轉換，將每一個語音分片轉換成一個多維向量，再將此向量與本地存儲的向量進行對比，選出相似度大的向量，轉變成本地數據庫中所對應的指令信息的一部分，最后將多個部分指令信息拼接成一條完整的指令信息。

聲音在傳播過程中都會有所減弱，為了保證拾取到的聲音的完整性，可用通過使用聲音放大器的方法來解決。為了解決回聲消除和空間降噪方面的問題，可以采用多麥克風陣列拾取采樣的技術來解決。與普通的單麥克風采集技術不同，多麥克風陣列技術是按照特定的規則排列的多通道語音拾取技術，對不同方位的聲音進行拾取處理，實現噪聲、人聲干擾抑制、聲源的定位測向及跟蹤等功能，分別將聲音的不同波段分別拾取，同時將聲音按拾取時間區分開，在現有真實環境的噪聲環境情況下，可以實現有效降噪，極大提高聲音的識別度，進而提高真實環境下的語音識別率。假如把語音識別技術看成一個語音接收、語音解析、指令反饋過程的話，麥克風陣列解決了聲音能不能聽得到、聲源距離的合理范圍、免受噪音影響的問題。

目前語音識別技術的發展問題還包括兩種：一是重復詞語的識別。日常生活中每個人說話的習慣都不一樣，有些人說話時某個詞語會反復出現，有些人說話有些結巴。解決這個問題，可以加強語音拾取端檢測選取，智能識別說話語音的開始和結尾，移除說話語音中的不當的停頓或間隙，使拾取到的不連貫的話變成一段連貫的話。同時也可對一些高頻重復出現的詞組進行屏蔽，提高語音識別速率和真實性。二是內置語音特征庫的擴充。在語音識別的過程中，難免會出現地方上的語言或者其他種類的語言，所以在本地語音數據庫中要增加針對這些語言特征的擴展。

（2）LINUX系統串口通信的研究，接收語音模塊通過串口發來的命令，并執行相應操作。

串口通信（Serial Communication）計算機通信方式之一，是指外設和計算機之間或者主機與主機之間，通過數據收、發信號、電壓信號線、接地信號等，將數據按比特位逐位進行數據傳輸的通信方式。串口是一種通信接口標準。

串口通信傳輸數據時，開始于“起始位”，結束于“停止位”。每個數據的開始都有一位起始位，7位數據位組成字符，緊隨字符后面是一位校驗位，最后是停止位，停止位后面是高電平的空閑位和?？ㄎ弧Ｔ跀祿鬏敃r信號寬度與波特率有關，信號寬度隨著波特率的變高而變小，所以在數據傳輸之前，兩端一定要協商好波特率是多少，兩端要設置相同的波特率。

數據接收和發送兩端在數據發送前，要設置好通信參數。串口通信屬于基本的通信規定，不會主動協商雙方的通信參數，需要通信前雙方協商好通信參數。串口通信雙方的串口參數一定要設置一致，任一參數設置不符，都會造成通信失敗，例如波特率兩端設置不符，發送方可以正常發送，接收方也能正常接收，但是接收方顯示的會是亂碼。

（3）LINUX系統網絡接口與交換機TRUNK、VLAN通信研究。通過配置LINUX端口可以和交換機任意VLAN通信。

VLAN使交換機具有方便性和可擴展性，以及安全性等特點。VLAN根源上仍舊是LAN（局域網），它不允許不同VLAN用戶之間的互相訪問，只允許相同VLAN用戶之間的訪問。VLAN突破了物理環境對網絡的約束，在不改變現有網絡設備連接的情況下，可以很容易的把某個服務器移動到任一個新的虛擬子網，提高整個網絡系統的可擴充性能，達到均衡使用網絡帶寬，更加合理利用資源。

要在兩臺包含多個VLAN的設備之間實現VLAN之間的互訪需要使用到TRUNK技術，每臺設備的配置為TRUNK口的端口也稱為中繼端口，一條中繼鏈路可以允許通過多個VLAN的數據流量，可以將某個VLAN ID從這一臺設備擴充到另一臺設備。TRUNK可以將2個或多個設備的端口結合在一起，從而增加可以增加網絡的帶寬。Trunk鏈路一條點到點的數據封裝技術，鏈路的對端可以是交換機與交換機，也可以是交換機與防火墻或者路由器，還可以是終端和交換機或者終端與防火墻或路由器。

4.2實施方案

4.2.1系統架構

本工具包括語音識別模塊、VLAN ID切換模塊。語音識別模塊包括麥克風、喇叭、語音芯片、運放芯片、串口通信模塊等。

4.2.2研發方案

語音智能模塊通過指定的口令才能叫醒，包括以下幾個功能模塊：語音偵聽模塊，用于偵聽用戶的叫醒口令和語音命令，并將偵聽到的語音命令傳輸至處理器;存儲器，用于存儲命令配置文件;處理器，用于將偵聽到的語音命令轉化為對應的語音命令詞條，并調用存儲器中的語音命令配置文件，將偵聽到語音命令與語音命令配置文件中的詞條進行匹配，若匹配，則通過串口把命令發送給VLAN轉換模塊。

VLAN轉換基于LINUX系統平臺，識別語音模塊通過串口發來的命令，并執行相應的VLAN切換操作。

交換機的TRUNK口是交換機與交換機之間交換多個VLAN信息的通道。普通的PC接在交換機的TRUNK口，如果不做特殊的設置，無法與交換機中的任一VLAN通信。

VLAN轉換以LINUX系統作為承載系統，包含多個網口。根據語音識別模塊發來的指令，在A端口下添加或者刪除不同的VLAN子接口，例如VLAN2、VLAN3、VLAN4等，這樣就A端口就可以通過交換機的TRUNK口與網絡中的任一VLAN通信。

把VLAN轉換裝置的A端口和B端口綁定為一個橋，PC接在裝置B端口，這樣Pc修改為相應VLAN對應的IP后，即可與遠端VLAN通信。

4.2.3功能測試方案

基于圖示搭建測試環境，交換機劃分多個VLAN，TRUNK2允許所有VLAN通過。

研發裝置A口與B口劃為橋模式，通過語音命令A口加入VLAN2，測試機接裝置B口，IP配置為VLAN2的IP地址，實現遠程接人VLAN2網絡。

5創新點和解決的主要問題

本項目采用智能語音識別技術、計算機串口通信技術，基于LINUX平臺的VLAN切換技術，具有如下先進性和創新點：

（1）文中提到命令和VLAN的修改，只針對本工具本身，不對交換機配置進行任何修改，從而保證網絡穩定運行。

（2）采用語音智能識別技術，通過發出的語言指令，生成相應的配置命令，減少復雜的命令輸入，操作簡單，減輕運維人員的負擔。

（3）通過語音配置不同VLAN，可在本地與任意遠端VLAN通信，不用運維人員到遠端解決問題，減少了工作量，提高了工作效率。

通過使用本裝置，可以解決以下幾個問題：

（1）交換機端口不足而無法劃分遠程VLAN。

（2）偏遠部門的網絡故障不到現場無法模擬和處理。

（3）交換機配置有專人管理配置，普通運維人員沒有權限或者對交換機VLAN和TRUNK配置不熟悉。

（4）本裝置通過語音命令，實現網絡中VLAN的自動調配，提高了工作的效率加強網絡的安全保障。