基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障檢測(cè)方法

摘要：文章提出基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障檢測(cè)方法。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，采集通信網(wǎng)路阻塞故障數(shù)據(jù)。在通信鎖相環(huán)的定義條件下，擬合阻塞故障信號(hào)。選擇物理系數(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)阻塞故障檢測(cè)與性質(zhì)判定。測(cè)試結(jié)果表明，此檢測(cè)方法可以提高多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障的查全率，為通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)管理提供更有力的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)；多線程通信網(wǎng)絡(luò)；阻塞故障檢測(cè)；查全率

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.015

中圖分類號(hào)：TN 91，TP 393" " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-00-03

Abstract： This article proposes a multi threaded communication network blocking fault detection method based on big data technology. Utilize big data technology to collect communication network blocking fault data. Under the definition conditions of communication phase-locked loop， fit the blocking fault signal. Select physical coefficient indicators to achieve blocking fault detection and property judgment. The test results indicate that this detection method can improve the recall rate of blocking faults in multi threaded communication networks， providing a stronger theoretical basis for the operation， maintenance， and management of communication networks.

Key words： big data technology; multi threaded communication network; blocking fault detection; recall rate

0" 引言

隨著計(jì)算機(jī)和智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。從集成電路內(nèi)部總線到整個(gè)通信系統(tǒng)，都需要由大大小小的通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)?，F(xiàn)今，通信網(wǎng)絡(luò)主要涵蓋了控制總線、局域網(wǎng)、電話交換網(wǎng)和IP網(wǎng)等[1]。

近幾年，各領(lǐng)域的自動(dòng)化和智能化水平不斷提升，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)性能日益提高，為了滿足多計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，多線程通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生[2]。與傳統(tǒng)的單線通信網(wǎng)絡(luò)相比，采用多線程通信方式可以對(duì)多個(gè)主機(jī)、處理器與分散數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)處理，使通信網(wǎng)絡(luò)的整體效率得到進(jìn)一步提高，為通信用戶提供更加便捷的通信條件。根據(jù)多線程通信網(wǎng)絡(luò)的不同運(yùn)行原理，可將其分為傳輸介質(zhì)共享通信網(wǎng)絡(luò)、直接通信網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)通信網(wǎng)絡(luò)三種。傳輸介質(zhì)共享通信網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)是在同一時(shí)刻只能在同一個(gè)通信設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。直接通信網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)通信設(shè)備和其他節(jié)點(diǎn)都是通過(guò)數(shù)據(jù)信道進(jìn)行連接的，而在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變，屬于一種相對(duì)靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)由處理器、存儲(chǔ)器和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成，因此在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間可以建立起一條動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)通信鏈路。一般的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)有交叉切換網(wǎng)絡(luò)、多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等，在交叉切換網(wǎng)絡(luò)中處理器可以直接與網(wǎng)絡(luò)中的其他處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此被廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)并行處理。無(wú)論是哪一種通信網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行通信時(shí)都存在著阻塞的問(wèn)題。為了提高通信網(wǎng)絡(luò)的工作效率，筆者采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，開(kāi)展多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障檢測(cè)方法研究。

1" 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障

數(shù)據(jù)采集

多線程通信網(wǎng)絡(luò)中含有多維數(shù)據(jù)，為了在收集阻塞故障數(shù)據(jù)前降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理[4，5]，從而節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)效率。采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)多線程通信網(wǎng)絡(luò)中的阻塞故障進(jìn)行降維處理。在進(jìn)行多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障數(shù)據(jù)降維時(shí)，可能會(huì)遇到外部的干擾，因此要對(duì)阻塞故障數(shù)據(jù)進(jìn)行抗干擾處理，抗干擾處理的表達(dá)式為

式中，為阻塞數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理結(jié)果；為的均值；為高維隨機(jī)變量。

對(duì)多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值提取，判斷出阻塞故障的主要成分，獲得有效的阻塞故障數(shù)據(jù)，然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)阻塞故障的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集[6]。假設(shè)多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞時(shí)，數(shù)據(jù)分配的邊矢量為，在通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的接收方，對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行窄頻濾波，然后通過(guò)濾波器進(jìn)行自適應(yīng)濾波，再利用自適應(yīng)學(xué)習(xí)算法對(duì)多線程通信網(wǎng)絡(luò)中的阻塞故障特征進(jìn)行提取[7]。在對(duì)阻塞故障數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理后，利用擴(kuò)展頻譜技術(shù)進(jìn)行阻塞故障特征提取，并將其與大數(shù)據(jù)分析結(jié)果相結(jié)合，從而獲得通信網(wǎng)阻塞故障數(shù)據(jù)特征識(shí)別函數(shù)：

式中，表示參考信號(hào)；表示模板信號(hào)；表示數(shù)據(jù)分布的邊矢量集合。

通過(guò)上述計(jì)算，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)采集多線程通信網(wǎng)絡(luò)中的故障數(shù)據(jù)。

2" 阻塞故障信號(hào)擬合

阻塞故障信號(hào)擬合[8-9]是一個(gè)完全閉合的參量處理環(huán)節(jié)，通過(guò)擬合處理能將已知的信息參數(shù)按照通信鎖相環(huán)的規(guī)定狀態(tài)分解成多個(gè)結(jié)構(gòu)文件，然后利用檢測(cè)通道來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和反饋。在不考慮其他干擾條件的情況下，利用單一的物理指標(biāo)來(lái)擬合阻塞故障信號(hào)。在已有的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)信息的識(shí)別權(quán)限具有階段性的特征，并且隨著大數(shù)據(jù)的使用，需要處理的擁塞信號(hào)級(jí)別也會(huì)越來(lái)越高，但是，當(dāng)識(shí)別權(quán)限指數(shù)趨向于最小參數(shù)值時(shí)，就可以得到精準(zhǔn)的多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障信號(hào)擬合結(jié)果。根據(jù)通信鎖相環(huán)理論，可將信號(hào)擬合結(jié)果表示為

式中，為阻塞故障信號(hào)擬合結(jié)果；為信號(hào)的擬合權(quán)限項(xiàng)系數(shù)。

3" 阻塞故障檢測(cè)與性質(zhì)判定

在多線程通信網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)現(xiàn)和判斷阻塞故障的本質(zhì)，可以提高通信主機(jī)和通信設(shè)備的維護(hù)能力。通過(guò)探測(cè)主機(jī)所確定的阻塞失效信息質(zhì)量越穩(wěn)定，則該通信網(wǎng)絡(luò)具有處理能力越強(qiáng)。指定代表多線程通信網(wǎng)絡(luò)在不同時(shí)段中所能接收到的阻塞失效信息的平均值，通常此項(xiàng)物理量的數(shù)值越高，則大數(shù)據(jù)主機(jī)的故障診斷性能判斷結(jié)果也就越精確[10]。在上述物理量的支持下，得到阻塞故障檢測(cè)性質(zhì)的判定依據(jù)：

式中，為阻塞故障檢測(cè)性質(zhì)的判定系數(shù)；為穩(wěn)定傳輸系數(shù)；為基礎(chǔ)定義項(xiàng)參數(shù)；為補(bǔ)充說(shuō)明參量。

根據(jù)式（5）計(jì)算得出，根據(jù)的計(jì)算結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)阻塞故障性質(zhì)的判定。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)閾值，若故障診斷模型輸出的數(shù)值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)閾值，則說(shuō)明多線程通信網(wǎng)絡(luò)存在阻塞故障，并且輸出結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)閾值相差越大，則說(shuō)明阻塞故障越嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行處理與維護(hù)的緊迫性越強(qiáng)；反之，輸出結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)閾值越接近，則說(shuō)明阻塞故障并不嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行處理與維護(hù)的緊迫性越弱。根據(jù)這一判定依據(jù)，使檢測(cè)結(jié)果更加直觀展現(xiàn)，也能夠更加直觀地為阻塞故障問(wèn)題解決方案的制定提供依據(jù)。

4" 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為了驗(yàn)證基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障檢測(cè)方法的性能，對(duì)其開(kāi)展實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以某行業(yè)領(lǐng)域中正在使用的多線程通信網(wǎng)絡(luò)為例，其基本連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可以看出，該多線程通信網(wǎng)絡(luò)中包含六條基站與通信主機(jī)之間的通信鏈路以及三條通信主機(jī)之間的鏈路，對(duì)九條通信鏈路分別編號(hào)為JT1、JT2、JT3、JT4、JT5、JT6和TT1、TT2、TT3。

從該多線程通信網(wǎng)絡(luò)的歷史記錄當(dāng)中選擇出現(xiàn)的500次阻塞故障記錄，分別采用本文方法、文獻(xiàn)[3]方法（對(duì)照條件1方法）以及文獻(xiàn)[4]方法（對(duì)照條件2方法）對(duì)500次阻塞故障記錄中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，并記錄每種檢測(cè)方法檢測(cè)出的故障次數(shù)。通過(guò)下述公式計(jì)算得出阻塞故障查全率：

式中，為阻塞故障查全率；為檢測(cè)到的阻塞故障次數(shù)；為實(shí)際阻塞故障發(fā)生次數(shù)。計(jì)算完畢后，將結(jié)果記錄，如表1所示。

從表1結(jié)果可以看出，三種檢測(cè)方法在針對(duì)通信主機(jī)與基站形成的通信鏈路進(jìn)行阻塞故障檢測(cè)時(shí)，查全率均能夠達(dá)到90%以上的水平，但針對(duì)通信主機(jī)與通信主機(jī)之間形成的通信鏈路，對(duì)阻塞故障檢測(cè)的查全率只有本文方法超過(guò)了90%，而其余兩種檢測(cè)方法查全率均在85.3%～88.3%的范圍內(nèi)。

5" 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的全新多線程通信網(wǎng)絡(luò)阻塞故障檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該檢測(cè)方法在檢測(cè)查全率上具優(yōu)勢(shì)，適用于對(duì)多線程通信網(wǎng)絡(luò)的阻塞故障檢測(cè)，且具備極高的應(yīng)用適應(yīng)性。在多線程通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，除了阻塞故障問(wèn)題，還存在邏輯故障、協(xié)議故障等多種問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在也同樣會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。因此，今后，針對(duì)多線程通信網(wǎng)絡(luò)的其他故障問(wèn)題，還將進(jìn)行更加深入的研究，從而為多線程通信網(wǎng)絡(luò)中的通信用戶提供更大利益保障。

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