基于大數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)故障定位方法

王 偉

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院 信息工程系，河南 鄭州 451191）

0 引 言

通信系統(tǒng)用于完成信息傳輸，通常借助電磁波在自由的立體空間中通過傳播或?qū)б襟w傳輸信息。在通信系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，傳統(tǒng)方法是通過人工巡檢各個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以目測的方法找出故障發(fā)生的具體位置[1]。人工目測的方式不僅會(huì)消耗大量的人力和時(shí)間，帶來物力和財(cái)力的額外支出，而且已經(jīng)完全無法適應(yīng)現(xiàn)代化的通信系統(tǒng)需要[2]。基于此，本文結(jié)合現(xiàn)代化的大數(shù)據(jù)技術(shù)開展對通信系統(tǒng)故障定位方法的設(shè)計(jì)研究。

1 通信系統(tǒng)故障定位方法設(shè)計(jì)

1.1 通信系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)源的選取與處理

在定位通信系統(tǒng)故障位置前，本文將通信系統(tǒng)中的通信網(wǎng)管子系統(tǒng)、OMS ERP管理子系統(tǒng)以及通信資源管理子系統(tǒng)作為通信系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)源。在通信網(wǎng)管子系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送的告警信息中，找出與繼電保護(hù)通信告警信號相關(guān)的信息進(jìn)行匹配，從而對故障點(diǎn)所在保護(hù)裝置內(nèi)的通信系統(tǒng)進(jìn)行初級階段的判斷[3]。通信系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，多向通信通道會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警信號，此時(shí)羅列OMS ERP管理子系統(tǒng)中的告警信息，并與通信告警信號信息一一對應(yīng)。在分析通信系統(tǒng)中的故障路徑后，可更加準(zhǔn)確地識別出故障問題發(fā)生的具體區(qū)域。

在選取通信系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)源后，通信系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源還需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。不同的數(shù)據(jù)信息類型在設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲和管理，再將多項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一建模[4]。對于數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)化處理，需要按照存放數(shù)據(jù)信息的規(guī)則將其進(jìn)行統(tǒng)一放置，然后針對當(dāng)前數(shù)據(jù)源中的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)解析其原始文件，并提取原始信息展開后續(xù)的存儲工作[5]。

根據(jù)通信系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)類型，按照不同的故障主體進(jìn)行統(tǒng)一的定位和組織，實(shí)現(xiàn)維度表和事實(shí)表的設(shè)置，從而完成對通信系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)化處理。

1.2 通信系統(tǒng)故障區(qū)域判斷

完成對通信系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)源的選取和對數(shù)據(jù)源中數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理后，如果多條保護(hù)通信系統(tǒng)的傳輸通道同時(shí)發(fā)出告警信號，則利用系統(tǒng)中告警信號通道對應(yīng)的名稱調(diào)出OMS ERP管理子系統(tǒng)中對應(yīng)通信通道的具體路由走向形成路由連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行分析。當(dāng)通信系統(tǒng)發(fā)生故障問題時(shí)，處于故障中的設(shè)備會(huì)與該傳輸鏈路上與之相關(guān)的信息一同發(fā)出通信告警信號，因此對應(yīng)通信設(shè)備中路由連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最多的交匯點(diǎn)即為故障設(shè)備的具體發(fā)生位置，由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的多條鏈路圍繞形成的區(qū)域即為通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題的區(qū)域。在實(shí)際應(yīng)用中，通信系統(tǒng)故障可能在路由連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)站點(diǎn)或一條線路上，所有連接線段表示為能夠?qū)崟r(shí)發(fā)出告警信號的通信保護(hù)通道，箭頭指向方向?yàn)椴煌ㄐ疟Ｗo(hù)通道的路由走向。通信系統(tǒng)中若干個(gè)通信保護(hù)通道的部分路由走向如圖1所示。

圖1 通信系統(tǒng)中通信保護(hù)通道的部分路由走向圖

圖1中，線路LAF、線路LBG以及線路LCH均為通信路由走向，其中線路LBG和線路LCH的通信保護(hù)通道均配備直達(dá)的路由和迂回的路由兩種走向。線路LBG的直達(dá)路由路徑為B→G，迂回路由路徑為B→E→G和B→D→G；線路LCH的直達(dá)路由路徑為C→H，迂回路由路徑為C→E→H。

將各條線路保護(hù)通道直達(dá)路由設(shè)置為保護(hù)通道A，將迂回路由設(shè)置為保護(hù)通道B。當(dāng)線路LBG的保護(hù)通道A和線路LCH的保護(hù)通道B同時(shí)發(fā)出告警信號時(shí)，告警信號在傳輸通道的最多交匯位置出現(xiàn)通信系統(tǒng)故障問題的概率最大。

1.3 基于大數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)故障點(diǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控

結(jié)合大數(shù)據(jù)中的改進(jìn)貝葉斯算法定位通信系統(tǒng)保護(hù)通信故障時(shí)，先從通信系統(tǒng)的網(wǎng)管子系統(tǒng)中提取歷史信息進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗處理。數(shù)據(jù)清洗處理完成后，糾正出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)并將其直接用于數(shù)據(jù)分析處理的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)樣本資源。通過對數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘處理，分析每種可能存在的故障問題的發(fā)生概率以及發(fā)生故障問題時(shí)對應(yīng)的告警信號。

計(jì)算每個(gè)故障貝葉斯的疑似度，并輸出最大概率的疑似故障。發(fā)生概率是疑似故障的發(fā)生次數(shù)與總共統(tǒng)計(jì)的故障次數(shù)之間的比值。根據(jù)上述論述，得出疑似故障的發(fā)生概率為：

式中，C(pi)為通信系統(tǒng)疑似故障的發(fā)生概率，pi為通信系統(tǒng)疑似故障，k(pi)為通信系統(tǒng)疑似故障的發(fā)生次數(shù)，k(p)為總共統(tǒng)計(jì)得出的通信系統(tǒng)傳輸通道故障次數(shù)。

完成對通信系統(tǒng)疑似故障的發(fā)生概率計(jì)算后，還要將通信系統(tǒng)網(wǎng)管子系統(tǒng)中的告警信號按照時(shí)間順序進(jìn)行排列，并生成由所有故障問題組成的原始告警信號集合。在原始告警信號集合中，按照告警信號中的數(shù)據(jù)信息依次搜索，最終將搜索出的頻繁程度的告警信息組成告警信息集合。根據(jù)上述兩個(gè)步驟計(jì)算各類數(shù)據(jù)信息，從而得出故障的定位結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將某調(diào)控中心接收到的400 kV通信線路告警信息作為實(shí)驗(yàn)對象，根據(jù)企業(yè)實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置告警事件的時(shí)間間隔為5 min，根據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)維度獲取數(shù)據(jù)庫中有關(guān)告警信息維度的所有數(shù)據(jù)信息定位通信系統(tǒng)故障。本次實(shí)驗(yàn)在MATLAB軟件平臺上進(jìn)行，提出的定位方法與傳統(tǒng)定位方法均采用相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)：實(shí)驗(yàn)平臺的系統(tǒng)內(nèi)存為IntelCore6-280 64 GB，操作系統(tǒng)為Windows2020.VS2018CPU，內(nèi)置X2500中央處理器。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，先向通信系統(tǒng)添加2 000個(gè)正常節(jié)點(diǎn)，再添加500個(gè)故障節(jié)點(diǎn)，后將通信系統(tǒng)故障告警信號的提取頻率設(shè)置為156.57 kHz。兩種定位方法采集到的故障告警信號采樣頻率幅度如圖2所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

按照上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過本文故障定位方法與傳統(tǒng)故障定位方法完成對500個(gè)故障節(jié)點(diǎn)的定位，從而對比兩種故障定位方法在實(shí)際應(yīng)用中的性能。具體的，將本文提出的基于大數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)故障定位方法設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將傳統(tǒng)故障定位方法設(shè)置為對照組，兩組實(shí)驗(yàn)方法對500個(gè)故障節(jié)點(diǎn)的定位結(jié)果對比如表1所示。

圖2 兩種定位方法故障告警信號采樣頻率幅度圖

表1 兩組實(shí)驗(yàn)方法對500個(gè)故障節(jié)點(diǎn)定位結(jié)果對比表

從表1可以看出，本文設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)故障定位方法能夠高精度定位實(shí)驗(yàn)對象中500個(gè)存在故障問題的節(jié)點(diǎn)，而傳統(tǒng)定位方法無法找出存在故障問題的全部故障節(jié)點(diǎn)，且故障定位正確個(gè)數(shù)與實(shí)驗(yàn)組相比較低。實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于大數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)故障定位方法具有更高的定位精度，能夠有效保障通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié) 論

長期以來，通信系統(tǒng)的故障定位都難以解決，且通信系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障將會(huì)威脅整個(gè)工廠或企業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。通過設(shè)計(jì)研究基于大數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)故障定位方法，利用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控故障點(diǎn)，一定程度上解決了通信系統(tǒng)故障定位中存在的技術(shù)難題，有效提高了故障定位的可靠性和時(shí)效性。