機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)智慧運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

穆浩澤 陶欣 王曉輝 王健 劉鳳陵 劉青 劉曉疆

摘要：隨著國(guó)內(nèi)民航業(yè)的迅猛發(fā)展，為應(yīng)對(duì)日益提高的業(yè)務(wù)量和運(yùn)營(yíng)管理要求，機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)量和復(fù)雜度呈爆炸式增長(zhǎng)，系統(tǒng)的運(yùn)維管理壓力劇增，傳統(tǒng)的運(yùn)維方式已無法滿足當(dāng)前的運(yùn)維需求。本文論述了針對(duì)民航業(yè)務(wù)的智能運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)機(jī)場(chǎng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的各類指標(biāo)、日志、鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、融合、統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合運(yùn)用自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云計(jì)算、人工智能算法等熱門技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)全方位、多層次、全流程的智能化監(jiān)控與運(yùn)維支撐，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、事前預(yù)警、事中輔助、事后追溯的輔助運(yùn)維手段，提升運(yùn)維工作效率，降低整體IT運(yùn)維服務(wù)成本。

關(guān)鍵詞：運(yùn)維監(jiān)控；人工智能算法；事前預(yù)警；事中輔助

中圖分類號(hào)：TP311.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）36-0087-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

民航業(yè)作為現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，直接關(guān)乎人民出行和國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。機(jī)場(chǎng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)是保障民航業(yè)有序、高效、安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此保障機(jī)場(chǎng)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是重中之重[1-2]。

隨著國(guó)內(nèi)民航業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)機(jī)場(chǎng)尤其是大型機(jī)場(chǎng)的運(yùn)量逐年遞增，在帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益和顯著社會(huì)效益的同時(shí)，超大型機(jī)場(chǎng)由于航班時(shí)刻編排緊密，機(jī)場(chǎng)資源長(zhǎng)期飽和，系統(tǒng)、設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，加之接近使用年限，故障率開始增多，機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的各類系統(tǒng)和設(shè)備的故障問題開始凸顯，傳統(tǒng)的運(yùn)維方式難以滿足機(jī)場(chǎng)安全生產(chǎn)要求，主要表現(xiàn)在：

1） 資產(chǎn)管理混亂，缺少對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、設(shè)備、軟件、基礎(chǔ)設(shè)施等資產(chǎn)進(jìn)行集中、規(guī)范管理的手段。

2） 監(jiān)控覆蓋度低，部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)未采取監(jiān)控措施，或僅針對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行零散監(jiān)控，缺少集中、全面的監(jiān)控手段。

3） 故障難預(yù)警，缺少故障預(yù)警機(jī)制，故障發(fā)生率高。

4） 故障處置難，缺少故障處置輔助手段，出現(xiàn)故障依賴特定技術(shù)人員人工排查，過程復(fù)雜且耗時(shí)長(zhǎng)。

5） 巡檢任務(wù)重，缺少自動(dòng)化巡檢手段，依靠人力巡檢，工作量巨大且易遺漏、出錯(cuò)。

6） 運(yùn)維管理信息化程度低，運(yùn)維任務(wù)依靠人工線下溝通和紙質(zhì)記錄方式，人員協(xié)同度低、任務(wù)閉環(huán)難、流程追溯難。

針對(duì)以上問題，機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)智慧運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)提供完備的解決方案，可以提高運(yùn)維工作效率，降低服務(wù)成本，對(duì)機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

1整體架構(gòu)研究與設(shè)計(jì)

系統(tǒng)自下而上劃分為監(jiān)控資源層、數(shù)據(jù)采集層、業(yè)務(wù)能力層、深化應(yīng)用層四個(gè)層級(jí)。

監(jiān)控資源層為納入系統(tǒng)監(jiān)控的目標(biāo)資源，包含基礎(chǔ)設(shè)施[3]、硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、組件服務(wù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等多類監(jiān)控目標(biāo)，針對(duì)監(jiān)控目標(biāo)類型定義監(jiān)控對(duì)象模型，由資產(chǎn)中心統(tǒng)一管理。

數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)控目標(biāo)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如指標(biāo)、日志、鏈路、行為、異常、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等，通過多種接入方式將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)匯聚至平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)及進(jìn)一步加工、分析，作為業(yè)務(wù)能力層的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

業(yè)務(wù)能力層按運(yùn)維業(yè)務(wù)領(lǐng)域劃分為資產(chǎn)中心、監(jiān)控中心、告警中心、運(yùn)維中心、數(shù)據(jù)中心等五個(gè)中心，提供運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)能力。

該系統(tǒng)以資源為核心、監(jiān)控為基礎(chǔ)、流程為導(dǎo)向、客戶為中心，打造一套機(jī)場(chǎng)特色的智慧IT運(yùn)維管理平臺(tái)，為機(jī)場(chǎng)注入全面的IT資產(chǎn)管理能力、資產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控能力、主動(dòng)故障預(yù)警能力、智能化的故障與風(fēng)險(xiǎn)分析能力、全生命周期的運(yùn)維流程信息化能力，以下將從資產(chǎn)中心、監(jiān)控中心、告警中心、運(yùn)維中心等核心能力維度分別論述。

1）資產(chǎn)中心

資產(chǎn)中心負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)場(chǎng)資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一建模與實(shí)例管理，包括資產(chǎn)的全生命周期管理及資產(chǎn)間的邏輯、物理關(guān)系，構(gòu)建一套統(tǒng)一、權(quán)威的資產(chǎn)數(shù)據(jù)源。

2）監(jiān)控中心

監(jiān)控中心負(fù)責(zé)管理監(jiān)控目標(biāo)的監(jiān)控模型，并通過統(tǒng)一采集、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一視圖、統(tǒng)一分析，將機(jī)場(chǎng)所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)及相關(guān)資源納入監(jiān)控，并提供統(tǒng)一、多維的監(jiān)控視圖，幫助運(yùn)維人員隨時(shí)隨地掌握應(yīng)用和資源的健康狀態(tài)，保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

3）告警中心

告警中心負(fù)責(zé)管理監(jiān)控目標(biāo)的告警模型，基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行告警模型分析，推送告警通知并進(jìn)行閉環(huán)管理。支持多種數(shù)據(jù)源的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析與靜態(tài)規(guī)則、動(dòng)態(tài)規(guī)則預(yù)警模型的靈活設(shè)定，并提供多種通知渠道實(shí)現(xiàn)預(yù)警及時(shí)通知，幫助運(yùn)維人員提前預(yù)知問題，從而規(guī)避故障的發(fā)生。

4）運(yùn)維中心

運(yùn)維中心負(fù)責(zé)日常運(yùn)維工作，如運(yùn)維任務(wù)工單管理、值班管理、交接班管理、系統(tǒng)自動(dòng)巡檢等。系統(tǒng)對(duì)運(yùn)維日常工作進(jìn)行信息化管理，提高了工作效率，規(guī)范了管理流程。

5）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的管理中心，匯聚監(jiān)控、告警、運(yùn)維業(yè)務(wù)等全量數(shù)據(jù)，提供集中治理、關(guān)聯(lián)分析、共享交換等能力。針對(duì)監(jiān)控、告警、運(yùn)維業(yè)務(wù)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供多樣化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行把控，保證數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化及權(quán)威性。基于海量數(shù)據(jù)，從多維度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，提取深層價(jià)值，應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)管理決策支撐。支持?jǐn)?shù)據(jù)共享，提供接口、文件、報(bào)表等多種途徑的共享交換方式，為上層應(yīng)用和各級(jí)用戶提供靈活、高效、安全的數(shù)據(jù)支撐。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

2.1多源監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集

系統(tǒng)集成prometheus、zabbix[4]、elk、skywalking等現(xiàn)有監(jiān)控平臺(tái)，利用其數(shù)據(jù)采集能力，并結(jié)合自研探針、自定義協(xié)議、Webhook上報(bào)等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)、中間件、操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備[5]、基礎(chǔ)設(shè)施等資源的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的采集匯聚[6]。其整體流程如圖2：

監(jiān)控中心針對(duì)資產(chǎn)實(shí)例定義監(jiān)控模型。采集平臺(tái)從監(jiān)控中心拉取監(jiān)控模型，針對(duì)監(jiān)控模型生成各類監(jiān)控工具的監(jiān)控配置，同步給監(jiān)控工具。各類監(jiān)控工具按照監(jiān)控配置執(zhí)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集任務(wù)，去監(jiān)控目標(biāo)終端采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，返回采集平臺(tái)。采集平臺(tái)接收監(jiān)控工具采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯聚，存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)中心，用于監(jiān)控呈現(xiàn)或后續(xù)應(yīng)用。

1）自研探針

自研探針分前端探針和后端探針兩類，前端探針包括Web端SDK、Android端SDK、IOS端SDK、JavaFx端SDK、.Net端SDK5類，分別適配不同語言、平臺(tái)下的前端應(yīng)用，接入方式為侵入式，須在代碼開發(fā)階段引入探針SDK，SDK將自動(dòng)采集客戶端頁面性能、前端頁面異常、用戶行為等數(shù)據(jù)，上傳至監(jiān)控服務(wù)端；后端探針主要針對(duì)Java語言程序，接入方式為無侵入性，在Java程序啟動(dòng)時(shí)以java-agent形式掛載探針，agent將自動(dòng)采集Java程序內(nèi)的線程、線程池、內(nèi)存用量、CPU用量等數(shù)據(jù)，上傳至監(jiān)控服務(wù)端，服務(wù)端支持通過agent對(duì)Java進(jìn)程執(zhí)行特定的操作，如線程棧轉(zhuǎn)儲(chǔ)、堆內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)等，流程如圖3：

2）自定義協(xié)議

針對(duì)攝像頭、門禁、傳感器等現(xiàn)有監(jiān)控平臺(tái)無法接入的設(shè)備，采用自定義協(xié)議的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)支持常見協(xié)議的定義與擴(kuò)展，如SNMP、ICMP、TCP/UDP等，由采集平臺(tái)向監(jiān)控目標(biāo)發(fā)起相應(yīng)的協(xié)議請(qǐng)求，解析返回?cái)?shù)據(jù)，清洗后存入數(shù)據(jù)中心。

3）Webhook

針對(duì)已有監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)支持外部監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的接入。支持自定義Webhook接口，外部監(jiān)控系統(tǒng)按其數(shù)據(jù)格式定義上傳數(shù)據(jù)參數(shù)，本系統(tǒng)自動(dòng)生成Webhook接口，提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)。

2.2智能故障自愈控制

系統(tǒng)具備靈活的告警自愈能力，針對(duì)服務(wù)級(jí)別的告警系統(tǒng)將定時(shí)自巡檢，實(shí)時(shí)探測(cè)服務(wù)的最新狀態(tài)，并自動(dòng)恢復(fù)；針對(duì)故障級(jí)別或來電上報(bào)的告警，此類需要人工確認(rèn)事件的影響范圍后再處理的告警，系統(tǒng)支持通過配置的形式設(shè)置告警恢復(fù)周期和恢復(fù)方式，以便運(yùn)維人員確認(rèn)告警的影響。

在運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)的告警集成中，也可以通過配置告警恢復(fù)規(guī)則，當(dāng)告警內(nèi)容中某個(gè)字段的值滿足條件時(shí)，視為恢復(fù)告警。根據(jù)該告警的其他字段的內(nèi)容尋找對(duì)應(yīng)的告警進(jìn)行恢復(fù)。

2.3 智能呼叫中心和一體化事件管理

有別于傳統(tǒng)運(yùn)維模式下工單管理存在的派單效率低，工作過程不透明問題，智慧運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)可以采用來電彈屏[7]、工作流、智能派工算法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IT事件工單的全流程管理和可視化分析，覆蓋從異常事件的發(fā)生到歸檔的全生命周期。

1）來電彈屏技術(shù)

通過在運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)中集成呼叫中心，基于websocket和sip協(xié)議與呼叫中心服務(wù)器進(jìn)行交互，結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)中預(yù)存的用戶數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)用戶來電快速獲取客戶個(gè)人信息和所在位置，幫助運(yùn)維人員快速創(chuàng)建工單。

2）工作流引擎

工作流是實(shí)現(xiàn)運(yùn)維事件管理的先決條件，有效的事件管理計(jì)劃是一個(gè)端到端的處理流程，workflow引擎的集成，可以幫助運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)具備個(gè)性化定制工單處理流程的能力，通過模板化定制多個(gè)不同的工單類型，覆蓋部門、工種和派單流轉(zhuǎn)方式，能夠保證系統(tǒng)功能和工單模板與負(fù)責(zé)部門精確匹配，從本質(zhì)上帶來服務(wù)效率的提升。

3）自動(dòng)派工算法

運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)具備自動(dòng)派工的能力，客戶派單人員可按照問題的緊急程度，快速對(duì)工單進(jìn)行分級(jí)處理，以便更好地調(diào)配人力資源和有針對(duì)性地執(zhí)行任務(wù)，系統(tǒng)可以根據(jù)故障問題的需求和優(yōu)先級(jí)，自動(dòng)地將工單請(qǐng)求分配給最適合的運(yùn)維人員，同時(shí)檢索故障案例庫，推薦最合適的解決方案，減少人工判斷和操作，提升整體工單流轉(zhuǎn)的效率。

2.4 一鍵生成巡檢報(bào)告

運(yùn)維日常的設(shè)備和系統(tǒng)巡檢皆人工或者半自動(dòng)化的方式進(jìn)行，每次例行巡檢往往需要專人去登錄相關(guān)設(shè)備，手動(dòng)輸入巡檢指令，根據(jù)命令的執(zhí)行結(jié)果手動(dòng)捕獲關(guān)鍵信息，將結(jié)果記錄到巡視本中，設(shè)備多的情況下往往重復(fù)上述工作，耗時(shí)長(zhǎng)且不利于巡檢報(bào)告的流轉(zhuǎn)。

運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)提供了自動(dòng)化的巡檢技術(shù)[8]，對(duì)10+種型號(hào)300多個(gè)設(shè)備進(jìn)行巡檢，覆蓋常見的10項(xiàng)指標(biāo)，每日巡檢3次，單次巡檢耗時(shí)由1h+，減少到20min；針對(duì)6大平臺(tái)200+主機(jī)的20+指標(biāo)進(jìn)行應(yīng)用巡檢，單應(yīng)用單次巡檢耗時(shí)由45min縮短到5min。

1）設(shè)定巡檢規(guī)則和計(jì)劃

系統(tǒng)結(jié)合promtheus、zabbix等開源監(jiān)控工具，基于metric級(jí)別的監(jiān)控指標(biāo)，通過可視化的方式，提供巡檢規(guī)則的配置和啟用，支持PQL語法格式。巡檢規(guī)則的配置是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化巡檢的前提條件，巡檢規(guī)則的內(nèi)容包含巡檢項(xiàng)、閾值、通過條件、PSQL語句等，完整的配置結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行語法格式的轉(zhuǎn)換，以兼容監(jiān)控工具配置文件的格式，對(duì)異常配置會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的提醒。

2）一鍵實(shí)施巡檢

巡檢人員根據(jù)設(shè)定的巡檢計(jì)劃，執(zhí)行巡檢任務(wù)，業(yè)務(wù)后臺(tái)將通過HTTP API的形式進(jìn)行監(jiān)控接口的訪問和巡檢結(jié)果集的抓取，并對(duì)json返回值進(jìn)行格式化重新封裝，對(duì)巡檢結(jié)果結(jié)合巡檢規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)分析和失敗判定，如上述流程圖所示，最終將巡檢結(jié)果反饋給前端運(yùn)維人員。

3）分析巡檢報(bào)告并采取措施

運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)上傳采集到的數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)的PDF報(bào)告。對(duì)于采集到的數(shù)據(jù)和報(bào)告，管理人員進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)的措施。這可以包括設(shè)備維護(hù)、故障修復(fù)或更換等，確認(rèn)之后進(jìn)行電子簽名上傳，最終完成整個(gè)巡檢過程的閉環(huán)。

3 系統(tǒng)開發(fā)與成效

系統(tǒng)部分核心業(yè)務(wù)包含告警大屏，一鍵巡檢等。

1）告警大屏

告警大屏以中型機(jī)場(chǎng)IT規(guī)模為例，報(bào)警及時(shí)，可以快速接收故障通知或提前預(yù)警，可實(shí)現(xiàn)300+服務(wù)器的運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)單服務(wù)器200+指標(biāo)項(xiàng)的數(shù)據(jù)抓取，500+類型的告警實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2）一鍵巡檢

自動(dòng)巡檢按照運(yùn)維人員日巡檢10個(gè)系統(tǒng)30臺(tái)服務(wù)器，巡檢2次為例，通過系統(tǒng)的自動(dòng)化巡檢導(dǎo)出報(bào)告，替代人工巡檢。原來每個(gè)系統(tǒng)巡檢5分鐘，采用工具巡檢，巡檢時(shí)間約為10s，效率提升50倍。

通過本系統(tǒng)的應(yīng)用案例統(tǒng)計(jì)，上線本系統(tǒng)，能夠減少90%以上的人工運(yùn)維工作量；80%以上的故障可以通過預(yù)警提前規(guī)避；報(bào)警準(zhǔn)確率、告警響應(yīng)率均為100%，故障處理時(shí)間降低80%。初步計(jì)算可以節(jié)約客服處工作人員2人、區(qū)域內(nèi)巡視4人、故障處理員2人，每天8人，三班倒共計(jì)節(jié)約24人，再加上正常休假等情況可節(jié)約27～30人，節(jié)約大量人力成本，極大提升IT運(yùn)維效率。

4 結(jié)束語

本項(xiàng)目研究的機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)是集成一體的平臺(tái)化產(chǎn)品，是集預(yù)警告警、故障處置和運(yùn)維體系管理于一體的一站式管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)共享，全流程高度協(xié)同，業(yè)務(wù)流閉環(huán)管控，打造面向智慧機(jī)場(chǎng)的專業(yè)化運(yùn)維平臺(tái)，經(jīng)過在青島膠東機(jī)場(chǎng)和烏魯木齊機(jī)場(chǎng)投產(chǎn)驗(yàn)證，并取得了較好的效果，主要表現(xiàn)在：①資產(chǎn)可視化，可以快速查看資產(chǎn)當(dāng)前使用情況。②能輔助定位故障，便于快速排查故障。③實(shí)現(xiàn)工單閉環(huán)，提升運(yùn)維管理能力。④能集中監(jiān)控、巡檢系統(tǒng)，減少運(yùn)維工作量。綜上，機(jī)場(chǎng)業(yè)務(wù)智慧運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)能極大提高機(jī)場(chǎng)運(yùn)維效率及質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書】