時(shí)間：2023-05-30 09:49:08
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇網(wǎng)絡(luò)故障診斷，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)路由器故障診斷
一．引言
世紀(jì)之交，全球因特網(wǎng)高速發(fā)展。抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方興未艾。政府上網(wǎng)工程拉開(kāi)序幕，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新已經(jīng)到來(lái)。網(wǎng)絡(luò)診斷是管好、用好網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮最大作用的重要技術(shù)工作之一。本文首先簡(jiǎn)單介紹網(wǎng)絡(luò)及路由器的基本概念，簡(jiǎn)述分層診斷技術(shù)，結(jié)合討論路由器各種接口的診斷，綜述互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連通性故障的排除。
二．網(wǎng)絡(luò)與路由器概述
網(wǎng)絡(luò)診斷是一門(mén)綜合性技術(shù)，涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方方面面。為方便下面的討論，首先簡(jiǎn)單回顧一下網(wǎng)絡(luò)和路由器的基本概念。
1．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由計(jì)算機(jī)集合加通信設(shè)施組成的系統(tǒng)，即利用各種通信手段，把地理上分散的計(jì)算機(jī)連在一起，達(dá)到相互通信而且共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)等資源的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按其計(jì)算機(jī)分布范圍通常被分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。局域網(wǎng)覆蓋地理范圍較小，一般在數(shù)米到數(shù)十公里之間。廣域網(wǎng)覆蓋地理范圍較大，如校園、城市之間、乃至全球。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)之間各種形式的連接。采用統(tǒng)一協(xié)議實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的互連，使互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)很容易得到擴(kuò)展。因特網(wǎng)就是用這種方式完成網(wǎng)絡(luò)之間聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)。因特網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議作為通信協(xié)議，將世界范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，成為當(dāng)今世界最大的和最流行的國(guó)際性網(wǎng)絡(luò)。
2.為了完成計(jì)算機(jī)間的通信，把每部計(jì)算機(jī)互連的功能劃分成定義明確的層次，規(guī)定了同層進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口和服務(wù)，將這些層、同層進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型（OSI）是當(dāng)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系的核心。該模型將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為7個(gè)層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。
3.TCP/IP即傳輸控制協(xié)議和網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議是一組網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。TCP/IP起源于美國(guó)ARPANET網(wǎng)，發(fā)展至今已成為因特網(wǎng)使用的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。使用TCP/IP能夠使采用不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)以有序的方式交換數(shù)據(jù)。
4.路由器是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，是用于網(wǎng)絡(luò)連接、執(zhí)行路由選擇任務(wù)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。路由器工作于網(wǎng)絡(luò)層，對(duì)信包轉(zhuǎn)發(fā)，并具有過(guò)濾功能。路由器能夠?qū)⑹褂貌煌夹g(shù)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，能夠在多種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)之間（局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)）建立網(wǎng)絡(luò)連接。它將處在七層模型中的網(wǎng)絡(luò)層的信息，根據(jù)最快、最直接的路由原理從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層，以達(dá)到最佳路由選擇。同時(shí)在內(nèi)部使用高檔微處理器，用高速的內(nèi)部總線連接適合各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的接口卡。并具有多種網(wǎng)管功能，能監(jiān)視與路由器相連接的一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和它們的配置運(yùn)行情況。
5.CISCO路由器是目前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中使用最多的一種路由器，有多種檔次、多種系列，目前常用的當(dāng)屬2500系列，本文以2500系列為例討論。2500系列路由器是固定接口的多協(xié)議路由器，支持CISCOIOS全部功能。根據(jù)特定的協(xié)議環(huán)境分為以下四種類(lèi)型：固定配置的路由器（2501）、帶HUB口的路由器（2507）、摸塊化的路由器（2514）和訪問(wèn)服務(wù)器（2511）。它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、易于配置和管理，是一種用于小規(guī)模局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層中繼的路由設(shè)備。
6．CISCOIOS是CISCO所特有的互連網(wǎng)操作系統(tǒng)，所有的CISCO產(chǎn)品都運(yùn)行IOS，IOS將它們無(wú)縫連接在一起協(xié)同工作。給用戶提供一個(gè)可支持任意硬件界面、任意鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的可擴(kuò)展的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)。IOS支持眾多的協(xié)議，包括各種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和路由協(xié)議等。CISCOIOS已成為工業(yè)界網(wǎng)際網(wǎng)互聯(lián)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。CISCOIOS提供幾種不同的操作模式，每一種模式提供一組相關(guān)的命令集、不同的操作權(quán)限和操作功能。基于安全目的，CISCO用戶界面中有兩級(jí)訪問(wèn)權(quán)限：用戶級(jí)和特權(quán)級(jí)。第一級(jí)訪問(wèn)允許查看路由狀態(tài)，叫做用戶EXEC模式，又稱(chēng)為查看模式；第二級(jí)訪問(wèn)允許查看路由器配置、修改配置和運(yùn)行調(diào)試命令，叫做特權(quán)EXEC模式，又稱(chēng)為配置模式。在特權(quán)級(jí)中，按不同的配置內(nèi)容，可進(jìn)入不同的配置模式，如全球配置模式、接口配置模式、線配置模式等。
三．網(wǎng)絡(luò)故障診斷概述
網(wǎng)絡(luò)故障診斷應(yīng)該實(shí)現(xiàn)三方面的目的：確定網(wǎng)絡(luò)的故障點(diǎn)，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行；發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和配置中欠佳之處，改善和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能；觀察網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，及時(shí)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。
網(wǎng)絡(luò)故障診斷以網(wǎng)絡(luò)原理、網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的知識(shí)為基礎(chǔ)。從故障現(xiàn)象出發(fā)，以網(wǎng)絡(luò)診斷工具為手段獲取診斷信息，確定網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)，查找問(wèn)題的根源，排除故障，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。
網(wǎng)絡(luò)故障通常有以下幾種可能：物理層中物理設(shè)備相互連接失敗或者硬件及線路本身的問(wèn)題；數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口配置問(wèn)題；網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置或操作錯(cuò)誤；傳輸層的設(shè)備性能或通信擁塞問(wèn)題；上三層CISCOIOS或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序錯(cuò)誤。診斷網(wǎng)絡(luò)故障的過(guò)程應(yīng)該沿著OSI七層模型從物理層開(kāi)始向上進(jìn)行。首先檢查物理層，然后檢查數(shù)據(jù)鏈路層，以此類(lèi)推，設(shè)法確定通信失敗的故障點(diǎn)，直到系統(tǒng)通信正常為止。
網(wǎng)絡(luò)診斷可以使用包括局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)分析儀在內(nèi)的多種工具：路由器診斷命令；網(wǎng)絡(luò)管理工具和其它故障診斷工具。CISCO提供的工具足以勝任排除絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)故障。查看路由表，是解決網(wǎng)絡(luò)故障開(kāi)始的好地方。ICMP的ping、trace命令和Cisco的show命令、debug命令是獲取故障診斷有用信息的網(wǎng)絡(luò)工具。我們通常使用一個(gè)或多個(gè)命令收集相應(yīng)的信息，在給定情況下，確定使用什么命令獲取所需要的信息。譬如，通過(guò)IP協(xié)議來(lái)測(cè)定設(shè)備是否可達(dá)到的常用方法是使用ping命令。ping從源點(diǎn)向目標(biāo)發(fā)出ICMP信息包，如果成功的話，返回的ping信息包就證實(shí)從源點(diǎn)到目標(biāo)之間所有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)羅層的功能都運(yùn)行正常。如何在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行后了解它的信息，了解網(wǎng)絡(luò)是否正常運(yùn)行，監(jiān)視和了解網(wǎng)絡(luò)在正常條件下運(yùn)行細(xì)節(jié)，了解出現(xiàn)故障的情況。監(jiān)視那些內(nèi)容呢？利用showinterface命令可以非常容易地獲得待檢查的每個(gè)接口的信息。另外showbuffer命令提供定期顯示緩沖區(qū)大小、用途及使用狀況等。Showproc命令和showprocmem命令可用于跟蹤處理器和內(nèi)存的使用情況，可以定期收集這些數(shù)據(jù)，在故障出現(xiàn)時(shí)，用于診斷參考。
網(wǎng)絡(luò)故障以某種癥狀表現(xiàn)出來(lái)，故障癥狀包括一般性的（象用戶不能接入某個(gè)服務(wù)器）和較特殊的（如路由器不在路由表中）。對(duì)每一個(gè)癥狀使用特定的故障診斷工具和方法都能查找出一個(gè)或多個(gè)故障原因。一般故障排除模式如下：第一步，當(dāng)分析網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，首先要清楚故障現(xiàn)象。應(yīng)該詳細(xì)說(shuō)明故障的癥侯和潛在的原因。為此，要確定故障的具體現(xiàn)象，然后確定造成這種故障現(xiàn)象的原因的類(lèi)型。例如，主機(jī)不響應(yīng)客戶請(qǐng)求服務(wù)。可能的故障原因是主機(jī)配置問(wèn)題、接口卡故障或路由器配置命令丟失等。第二步，收集需要的用于幫助隔離可能故障原因的信息。向用戶、網(wǎng)絡(luò)管理員、管理者和其他關(guān)鍵人物提一些和故障有關(guān)的問(wèn)題。廣泛的從網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、協(xié)議分析跟蹤、路由器診斷命令的輸出報(bào)告或軟件說(shuō)明書(shū)中收集有用的信息。第三步，根據(jù)收集到的情況考慮可能的故障原因。可以根據(jù)有關(guān)情況排除某些故障原因。例如，根據(jù)某些資料可以排除硬件故障，把注意力放軟件原因上。對(duì)于任何機(jī)會(huì)都應(yīng)該設(shè)法減少可能的故障原因，以至于盡快的策劃出有效的故障診斷計(jì)劃。第四步，根據(jù)最后的可能的故障原因，建立一個(gè)診斷計(jì)劃。開(kāi)始僅用一個(gè)最可能的故障原因進(jìn)行診斷活動(dòng)，這樣可以容易恢復(fù)到故障的原始狀態(tài)。如果一次同時(shí)考慮一個(gè)以上的故障原因，試圖返回故障原始狀態(tài)就困難的多了。第五步，執(zhí)行診斷計(jì)劃，認(rèn)真做好每一步測(cè)試和觀察，直到故障癥狀消失。第六步，每改變一個(gè)參數(shù)都要確認(rèn)其結(jié)果。分析結(jié)果確定問(wèn)題是否解決，如果沒(méi)有解決，繼續(xù)下去，直到解決。
四．網(wǎng)絡(luò)故障分層診斷技術(shù)
1．物理層及其診斷
物理層是OSI分層結(jié)構(gòu)體系中最基礎(chǔ)的一層，它建立在通信媒體的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和通信媒體的物理接口，為數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間進(jìn)行透明傳輸，為建立、保持和拆除計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接提供服務(wù)。
物理層的故障主要表現(xiàn)在設(shè)備的物理連接方式是否恰當(dāng)；連接電纜是否正確；MODEM、CSU/DSU等設(shè)備的配置及操作是否正確。
確定路由器端口物理連接是否完好的最佳方法是使用showinterface命令，檢查每個(gè)端口的狀態(tài)，解釋屏幕輸出信息，查看端口狀態(tài)、協(xié)議建立狀態(tài)和EIA狀態(tài)。
2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層及其診斷
數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是使網(wǎng)絡(luò)層無(wú)須了解物理層的特征而獲得可靠的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層為通過(guò)鏈路層的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和解包、差錯(cuò)檢測(cè)和一定的校正能力，并協(xié)調(diào)共享介質(zhì)。在數(shù)據(jù)鏈路層交換數(shù)據(jù)之前，協(xié)議關(guān)注的是形成幀和同步設(shè)備。
查找和排除數(shù)據(jù)鏈路層的故障，需要查看路由器的配置，檢查連接端口的共享同一數(shù)據(jù)鏈路層的封裝情況。每對(duì)接口要和與其通信的其他設(shè)備有相同的封裝。通過(guò)查看路由器的配置檢查其封裝，或者使用show命令查看相應(yīng)接口的封裝情況。
3．網(wǎng)絡(luò)層及其診斷
網(wǎng)絡(luò)層提供建立、保持和釋放網(wǎng)絡(luò)層連接的手段，包括路由選擇、流量控制、傳輸確認(rèn)、中斷、差錯(cuò)及故障恢復(fù)等。
排除網(wǎng)絡(luò)層故障的基本方法是：沿著從源到目標(biāo)的路徑，查看路由器路由表，同時(shí)檢查路由器接口的IP地址。如果路由沒(méi)有在路由表中出現(xiàn)，應(yīng)該通過(guò)檢查來(lái)確定是否已經(jīng)輸入適當(dāng)?shù)撵o態(tài)路由、默認(rèn)路由或者動(dòng)態(tài)路由。然后手工配置一些丟失的路由，或者排除一些動(dòng)態(tài)路由選擇過(guò)程的故障，包括RIP或者IGRP路由協(xié)議出現(xiàn)的故障。例如，對(duì)于IGRP路由選擇信息只在同一自治系統(tǒng)號(hào)（AS）的系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)，查看路由器配置的自治系統(tǒng)號(hào)的匹配情況。
五．路由器接口故障排除
1．串口故障排除
串口出現(xiàn)連通性問(wèn)題時(shí)，為了排除串口故障，一般是從showinterfaceserial命令開(kāi)始，分析它的屏幕輸出報(bào)告內(nèi)容，找出問(wèn)題之所在。串口報(bào)告的開(kāi)始提供了該接口狀態(tài)和線路協(xié)議狀態(tài)。接口和線路協(xié)議的可能組合有以下幾種：1）串口運(yùn)行、線路協(xié)議運(yùn)行，這是完全的工作條件。該串口和線路協(xié)議已經(jīng)初始化，并正在交換協(xié)議的存活信息。2）串口運(yùn)行、線路協(xié)議關(guān)閉，這個(gè)顯示說(shuō)明路由器與提供載波檢測(cè)信號(hào)的設(shè)備連接，表明載波信號(hào)出現(xiàn)在本地和遠(yuǎn)程的調(diào)制解調(diào)器之間，但沒(méi)有正確交換連接兩端的協(xié)議存活信息。可能的故障發(fā)生在路由器配置問(wèn)題、調(diào)制解調(diào)器操作問(wèn)題、租用線路干擾或遠(yuǎn)程路由器故障，數(shù)字式調(diào)制解調(diào)器的時(shí)鐘問(wèn)題，通過(guò)鏈路連接的兩個(gè)串口不在同一子網(wǎng)上，都會(huì)出現(xiàn)這個(gè)報(bào)告。3)串口和線路協(xié)議都關(guān)閉，可能是電信部門(mén)的線路故障、電纜故障或者是調(diào)制解調(diào)器故障。4）串口管理性關(guān)閉和線路協(xié)議關(guān)閉，這種情況是在接口配置中輸入了shutdown命令。通過(guò)輸入noshutdown命令，打開(kāi)管理性關(guān)閉。
接口和線路協(xié)議都運(yùn)行的狀況下，雖然串口鏈路的基本通信建立起來(lái)了，但仍然可能由于信息包丟失和信息包錯(cuò)誤時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多潛在的故障問(wèn)題。正常通信時(shí)接口輸入或輸出信息包不應(yīng)該丟失，或者丟失的量非常小，而且不會(huì)增加。如果信息包丟失有規(guī)律性增加，表明通過(guò)該接口傳輸?shù)耐ㄐ帕砍^(guò)接口所能處理的通信量。解決的辦法是增加線路容量。查找其他原因發(fā)生的信息包丟失，查看showinterfaceserial命令的輸出報(bào)告中的輸入輸出保持隊(duì)列的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)保持隊(duì)列中信息包數(shù)量達(dá)到了信息的最大允許值，可以增加保持隊(duì)列設(shè)置的大小。
2．以太接口故障排除
以太接口的典型故障問(wèn)題是：帶寬的過(guò)分利用；碰撞沖突次數(shù)頻繁；使用不兼容的幀類(lèi)型。使用showinterfaceethernet命令可以查看該接口的吞吐量、碰橦沖突、信息包丟失、和幀類(lèi)型的有關(guān)內(nèi)容等。
1）通過(guò)查看接口的吞吐量可以檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的利用。如果網(wǎng)絡(luò)廣播信息包的百分比很高，網(wǎng)絡(luò)性能開(kāi)始下降。光纖網(wǎng)轉(zhuǎn)換到以太網(wǎng)段的信息包可能會(huì)淹沒(méi)以太口。互聯(lián)網(wǎng)發(fā)生這種情況可以采用優(yōu)化接口的措施，即在以太接口使用noiproute-cache命令，禁用快速轉(zhuǎn)換，并且調(diào)整緩沖區(qū)和保持隊(duì)列。
2）兩個(gè)接口試圖同時(shí)傳輸信息包到以太電纜上時(shí)，將發(fā)生碰橦。以太網(wǎng)要求沖突次數(shù)很少，不同的網(wǎng)絡(luò)要求是不同的，一般情況發(fā)現(xiàn)沖突每秒有3、5次就應(yīng)該查找沖突的原因了。碰橦沖突產(chǎn)生擁塞，碰橦沖突的原因通常是由于敷設(shè)的電纜過(guò)長(zhǎng)、過(guò)分利用、或者“聾”節(jié)點(diǎn)。以太網(wǎng)絡(luò)在物理設(shè)計(jì)和敷設(shè)電纜系統(tǒng)管理方面應(yīng)有所考慮，超規(guī)范敷設(shè)電纜可能引起更多的沖突發(fā)生。
3）如果接口和線路協(xié)議報(bào)告運(yùn)行狀態(tài)，并且節(jié)點(diǎn)的物理連接都完好，可是不能通信。引起問(wèn)題的原因也可能是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使用了不兼容的幀類(lèi)型。解決問(wèn)題的辦法是重新配置使用相同幀類(lèi)型。如果要求使用不同幀類(lèi)型的同一網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)設(shè)備互相通信，可以在路由器接口使用子接口，并為每個(gè)子接口指定不同的封裝類(lèi)型。
3．異步通信口故障排除
互連網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行中，異步通信口的任務(wù)是為用戶提供可靠服務(wù)，但又是故障多發(fā)部位。主要的問(wèn)題是，在通過(guò)異步鏈路傳輸基于LAN通信量時(shí)，將丟失的信息包的量降止最少。
異步通信口故障一般的外部因素是：撥號(hào)鏈路性能低劣；電話網(wǎng)交換機(jī)的連接質(zhì)量問(wèn)題；調(diào)制解調(diào)器的設(shè)置。檢查鏈路兩端使用的調(diào)制解調(diào)器：連接到遠(yuǎn)程PC機(jī)端口調(diào)制解調(diào)器的問(wèn)題不太多，因?yàn)槊看紊尚碌膿芴?hào)時(shí)通常都初始化調(diào)制解調(diào)器，利用大多數(shù)通信程序都能在發(fā)出撥號(hào)命令之前發(fā)送適當(dāng)?shù)脑O(shè)置字符串；連接路由器端口的問(wèn)題較多，這個(gè)調(diào)制解調(diào)器通常等待來(lái)自遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器的連接，連接之前，并不接收設(shè)置字符串。如果調(diào)制解調(diào)器丟失了它的設(shè)置，應(yīng)采用一種方法來(lái)初始化遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器。簡(jiǎn)單的辦法是使用可通過(guò)前面板配置的調(diào)制解調(diào)器，另一種方法是將調(diào)制解調(diào)器接到路由器的異步接口，建立反向telnet,發(fā)送設(shè)置命令配置調(diào)制解調(diào)器。
showinterfaceasync命令、showline命令是診斷異步通信口故障使用最多的工具。showinterfaceasync命令輸出報(bào)告中，接口狀態(tài)報(bào)告關(guān)閉的唯一的情況是接口沒(méi)有設(shè)置封裝類(lèi)型。線路協(xié)議狀態(tài)顯示與串口線路協(xié)議顯示相同。showline命令顯示接口接收和傳輸速度設(shè)置以及EIA狀態(tài)顯示。showline命令可以認(rèn)為是接口命令（showinterfaceasync）的擴(kuò)展。showline命令輸出的EIA信號(hào)及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：
noCTSnoDSRDTRRTS：調(diào)制解調(diào)器未與異步接口連接。
CTSnoDSRDTRRTS：調(diào)制解調(diào)器與異步接口連接正常，但未連接遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器。
CTSDSRDTRRTS：遠(yuǎn)程調(diào)制解調(diào)器撥號(hào)進(jìn)入并建立連接。
確定異步通信口故障一般可用下列步驟：檢查電纜線路質(zhì)量；檢查調(diào)制解調(diào)器的參數(shù)設(shè)置；檢查調(diào)制解調(diào)器的連接速度；檢查rxspeed和txspeed是否與調(diào)制解調(diào)器的配置匹配；通過(guò)showinterfaceasync命令和showline命令查看端口的通信狀況；從showline命令的報(bào)告檢查EIA狀態(tài)顯示；檢查接口封裝；檢查信息包丟失及緩沖區(qū)丟失情況。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)故障 診斷技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）09-0042-02
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)廉價(jià)和微型的特點(diǎn)，促使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)點(diǎn)的利用率非常高，尤其是在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)區(qū)域，在自組織方式的參與下，以互相協(xié)作的形式完成無(wú)線傳感器的監(jiān)測(cè)任務(wù)，所以其應(yīng)用的前景也是非常廣闊的，但是傳感器節(jié)點(diǎn)的工作能力是有限的，難免會(huì)發(fā)生系統(tǒng)故障。
1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障評(píng)價(jià)指標(biāo)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)是以無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為基礎(chǔ)制定的，其標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在診斷精度、特殊環(huán)境診斷精度、能效性以及診斷時(shí)間四個(gè)方面。
診斷精度。無(wú)線傳感器故障診斷精度是診斷機(jī)制對(duì)故障最直接的評(píng)價(jià)方式，特別是在網(wǎng)絡(luò)安全性較高的環(huán)境中，如果不能保障故障診斷的精確度則會(huì)導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)安全漏洞，同時(shí)意味著此故障診斷精度的失效，診斷精度主要是以一次過(guò)程為故障診斷的依據(jù)，分析被診斷的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)與實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的相符程度，診斷精度中故障誤報(bào)率和故障識(shí)別率為評(píng)價(jià)故障的兩個(gè)指標(biāo)。
特殊環(huán)境診斷精度。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用是有特定的診斷精度的，例如自然災(zāi)害、人為破壞等特殊環(huán)境因素，由于故障的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的分布不均勻，可能會(huì)出現(xiàn)故障區(qū)域節(jié)點(diǎn)的過(guò)分疏散或者是節(jié)點(diǎn)的過(guò)分密集等現(xiàn)象，普通的診斷精度是不適應(yīng)的，所以只能采取特殊環(huán)境的診斷精度對(duì)故障進(jìn)行評(píng)價(jià)。
能效性。受無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量供應(yīng)方面的影響，能效性成為故障診斷評(píng)價(jià)機(jī)制中需要最先考慮的問(wèn)題，能效性比較強(qiáng)的故障診斷機(jī)制可以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)使用壽命的延長(zhǎng)，以便保障傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、計(jì)算方面能量的持續(xù)供應(yīng)，與能效性有直接關(guān)系的因素有數(shù)據(jù)通信、處理和采集三方面。
診斷時(shí)間。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)投入使用后，如需進(jìn)行故障診斷需要對(duì)傳感器中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)作性判斷，主要是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)呈現(xiàn)激活狀態(tài)的數(shù)量比較多，如果節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)聯(lián)系性的故障一定會(huì)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)造成巨大的能耗壓力，所以節(jié)點(diǎn)故障診斷的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。
2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷分類(lèi)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障主要來(lái)源于傳感器的節(jié)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在四個(gè)模塊上，分別為能量電池供應(yīng)模塊、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊、傳感處理模塊和傳感器模塊，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和使用，其組成元件、部件會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，如干擾通信、線路老化、電能耗損以及接線松動(dòng)等等，引發(fā)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障。
2.1 節(jié)點(diǎn)級(jí)別的故障
節(jié)點(diǎn)級(jí)別的故障主要是發(fā)生在傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)處，大部分故障主要是傳感器的節(jié)點(diǎn)本身出現(xiàn)了問(wèn)題，其又可分為節(jié)點(diǎn)軟故障和節(jié)點(diǎn)硬故障，軟故障是指節(jié)點(diǎn)在不影響無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的前提下發(fā)生故障，只有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送和測(cè)量時(shí)，可瞬間影響通信的故障；硬故障是指對(duì)節(jié)點(diǎn)本身以及對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)造成的直接損害，例如節(jié)點(diǎn)本身?yè)p壞、電源布置不合理或電源能量不足都會(huì)造成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障。
2.2 網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的故障
網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的故障是指無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)本身是正常的，但是在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的傳輸、協(xié)作方面上出現(xiàn)制約性問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接異常、通信受阻、信息丟失、IP偏差、非法入侵等等，此故障的出現(xiàn)是直接作用于網(wǎng)絡(luò)的，其故障的表現(xiàn)極其明顯，而且故障出現(xiàn)的速度非常快，影響范圍比較廣，屬于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)較為敏感的故障。
2.3 功能級(jí)別的故障
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功能級(jí)別的故障對(duì)于整體網(wǎng)絡(luò)都是存在影響的，如出現(xiàn)功能級(jí)別的故障會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中匯集點(diǎn)不能正常接收和收集網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的全部信息，引起功能級(jí)別故障的原因主要有傳感器節(jié)點(diǎn)的重啟、死亡和失效，鏈接線路故障以及路由裝置故障等。
2.4 數(shù)據(jù)級(jí)別的故障
數(shù)據(jù)級(jí)別的故障是指?jìng)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)表現(xiàn)正常，但是傳達(dá)了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息，致使網(wǎng)絡(luò)形成錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)感知，數(shù)據(jù)級(jí)別故障的隱蔽性比較強(qiáng)，只有經(jīng)過(guò)精細(xì)的檢測(cè)才可發(fā)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)傳遞了錯(cuò)誤的感知數(shù)據(jù)，因?yàn)榧词构?jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)傳遞錯(cuò)誤，但是其本身的表現(xiàn)形式是沒(méi)有任何問(wèn)題的，因此無(wú)形中降低了無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能，而且會(huì)錯(cuò)誤的引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理員檢查維修。
3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷主要是針對(duì)其投入使用的期間，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳遞的信息進(jìn)行分析，判斷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生故障，根據(jù)故障發(fā)生的狀態(tài)檢測(cè)導(dǎo)致故障發(fā)生的基本根源，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷是一項(xiàng)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程項(xiàng)目，基于其所處的環(huán)境以及自身運(yùn)行的特點(diǎn)決定了故障診斷的難度，為降低診斷的難度，一般情況在進(jìn)行故障診斷時(shí)需要以傳感器各個(gè)節(jié)點(diǎn)日常的測(cè)量數(shù)據(jù)為主，以節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母郊有畔檩o，促進(jìn)故障診斷的效率。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷的指標(biāo)為傳感器高質(zhì)量的服務(wù)和能量的有效保護(hù)，而故障診斷策略的衡量指標(biāo)主要有錯(cuò)誤警報(bào)率和檢測(cè)率，其中錯(cuò)誤報(bào)警率反饋的是無(wú)效警報(bào)在診斷報(bào)告總警報(bào)中的占據(jù)比例，錯(cuò)誤報(bào)警率較低即可說(shuō)明此次診斷結(jié)果具有較高的可信度；檢測(cè)率反饋的是被檢測(cè)出的故障在網(wǎng)絡(luò)總故障中占據(jù)的比例，與錯(cuò)誤報(bào)告率相反，檢測(cè)率越高則說(shuō)明診斷策略的有效性比較高。目前對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)的研究主要以傳感器的故障、場(chǎng)景類(lèi)型為中心，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的功能、讀數(shù)故障進(jìn)行探討，分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)。
3.1 傳感器節(jié)點(diǎn)讀數(shù)故障的診斷技術(shù)
節(jié)點(diǎn)讀數(shù)故障的診斷技術(shù)主要是針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中錯(cuò)誤的測(cè)量數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)產(chǎn)生的情況主要有外界環(huán)境干擾導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)受到安全攻擊、節(jié)點(diǎn)部件的損壞等等，針對(duì)節(jié)點(diǎn)讀數(shù)故障提出以下診斷技術(shù)。
（1）WMFDS診斷技術(shù)。此技術(shù)主要是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間相關(guān)性的測(cè)量，越臨近的節(jié)點(diǎn)其測(cè)量結(jié)果的相似性越大，所以只能通過(guò)正常讀數(shù)的空間關(guān)系，根據(jù)此理論提出WMFDS診斷方法，主要是對(duì)兩節(jié)點(diǎn)之間的故障率、分布密度進(jìn)行分析，判斷節(jié)點(diǎn)是否出現(xiàn)問(wèn)題，此方法還可對(duì)相鄰的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)處理，但是此方法只可以用于具有空間相關(guān)性的節(jié)點(diǎn)讀數(shù)上。
（2）FIND診斷技術(shù)。此技術(shù)利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在監(jiān)控區(qū)域具有可持續(xù)性監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，感知網(wǎng)絡(luò)的突然事件，此節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀取可反饋事件發(fā)生點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的距離，傳感器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度與距離是呈現(xiàn)相反關(guān)系的，即相對(duì)距離越大，節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度越弱，節(jié)點(diǎn)信號(hào)的強(qiáng)弱變化被稱(chēng)為單調(diào)變化特性，所以節(jié)點(diǎn)的單調(diào)特性是反饋節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)讀數(shù)故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)，比如故障節(jié)點(diǎn)會(huì)表現(xiàn)出與相對(duì)距離單調(diào)特性相反的現(xiàn)象。
（3）CSN診斷技術(shù)。此診斷技術(shù)是有一定局限性的，主要是以移動(dòng)設(shè)備為檢測(cè)對(duì)象，利用加速器得出節(jié)點(diǎn)的地震運(yùn)動(dòng)，故障節(jié)點(diǎn)的讀數(shù)會(huì)存在閾值，此閾值與實(shí)際歷史差距比較大，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析節(jié)點(diǎn)比例，如出現(xiàn)較高閾值則說(shuō)明此節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了一定的問(wèn)題。
3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)
傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障主要表現(xiàn)在鏈路受環(huán)境因素的影響導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)可靠性降低等現(xiàn)象，針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障提出的診斷技術(shù)主要有以下三種：
（1）網(wǎng)絡(luò)軟件調(diào)試法。在傳感器的節(jié)點(diǎn)中采取調(diào)試，利用軟件的調(diào)試命令，對(duì)節(jié)點(diǎn)處的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行分析，收集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，確定節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障的來(lái)源。
（2）特定模型推斷法。特定模型推斷法主要包括兩種，分布式和集中式的方法。分布式的診斷技術(shù)是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，利用從局部到整體的決策方法，分布式診斷技術(shù)的代表方法有LD2和TinyD2，最終通過(guò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的整合，得出診斷報(bào)告；集中式的診斷技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處植入小型探測(cè)器，以便對(duì)經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、分組，但是探測(cè)器對(duì)得到信息的分析能力是非常有限的，所以需要感知系統(tǒng)的參與，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障的細(xì)化診斷。
（3）無(wú)聲故障診斷技術(shù)。此診斷技術(shù)在三種技術(shù)中是具有一定特殊性的，其可對(duì)無(wú)經(jīng)驗(yàn)故障進(jìn)行有效診斷，例如AD診斷技術(shù)，即是比較典型的代表，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)各類(lèi)型診斷信息之間相關(guān)性圖表的變化，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的隱藏故障，即無(wú)聲故障，此技術(shù)可提高故障診斷的準(zhǔn)確率，同時(shí)降低了故障出現(xiàn)的頻率。
綜上所述，利用無(wú)線傳感器故障診斷技術(shù)診斷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的處理，一方面可以提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用效率，另一方面提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用率，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行在一定程度上促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的發(fā)展和提高。
4 結(jié)語(yǔ)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)的關(guān)注度是比較高的，其滲透多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)，例如無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)等等，無(wú)線傳感器的研究不論是在經(jīng)濟(jì)效益上還是在社會(huì)效益上，都是具有極其重要的意義的，無(wú)線傳感器有效的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)一方面可以提高無(wú)線傳感器的利用效率，另一方面對(duì)能源節(jié)約具有一定的實(shí)際價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]孫利民，陳渝.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].北京：清華大學(xué)出版社，2010（03）.
文／湖南張葵葵 北京 程玉光 湖南 夏富民一、德系轎車(chē)診斷技術(shù)的最新發(fā)展
隨著信息、舒適、駕車(chē)輔助功能的增加，新一代寶馬、大眾、奔馳轎車(chē)的電控單元越來(lái)越多，車(chē)裁網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，使得故障診斷難度提升，但德系轎車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)診斷技術(shù)具有以下共同點(diǎn)。
1．診斷數(shù)據(jù)在線傳回德國(guó)
德系車(chē)已實(shí)現(xiàn)將在線診斷數(shù)據(jù)歸檔到德國(guó)中央數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，如大眾歸口到德國(guó)總部沃爾夫斯堡中央數(shù)據(jù)庫(kù)。
2．車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模塊化
德系車(chē)的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)按功能和網(wǎng)絡(luò)傳播速度劃分為三大功能區(qū)域：首要功能區(qū)域、次要功能區(qū)域、舒適功能區(qū)域。酋要功能區(qū)域指讓車(chē)輛在路上較容易地到達(dá)指定點(diǎn)的所有電控單元組成的區(qū)域；次要功能指在車(chē)輛行駛過(guò)程中，能讓駕駛員和乘客通過(guò)功能鍵實(shí)現(xiàn)一些便捷調(diào)整功能（如音箱系統(tǒng)、室內(nèi)溫度）的所有電控單元組成的區(qū)域：舒適功能區(qū)域內(nèi)的電控單元數(shù)量則在逐漸遞增，如遠(yuǎn)程信恩處理、交流聊天功能、導(dǎo)航功能等；其他有在線診斷監(jiān)控、優(yōu)化儀表顯示區(qū)域。
以大眾車(chē)為例，其車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為驅(qū)動(dòng)CAN、舒適／便捷CAN、信息娛樂(lè)CAN、組合儀表CAN、診斷CAN，這些車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中的分支區(qū)域系統(tǒng)是由網(wǎng)關(guān)星形連接在一起，診斷測(cè)試儀對(duì)電控單元的診斷要通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行間接連接，如圖1所示。
3.專(zhuān)用診斷儀診斷圖示化
專(zhuān)用診斷儀內(nèi)診斷界面框架體系與車(chē)載網(wǎng)絡(luò)體系一致，診斷圖示化，脈絡(luò)清晰，如大眾診斷系統(tǒng)軟件體系ODIS（圖2），方框變黑色表示該控制單元已安裝，方框變黑且填充紅色則表示該電控單元有控制，方框呈灰色則表示車(chē)輛未安裝該電控單元。
4．更新三個(gè)理念
德系車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障診斷更新了三個(gè)理念：①維護(hù)保養(yǎng)不再依賴(lài)?yán)锍虜?shù)，而是基于事件服務(wù)(CBS)，如更換制動(dòng)蹄片、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，并將車(chē)輛維護(hù)信息集成在鑰匙中，最終傳輸?shù)浇?jīng)銷(xiāo)店總系統(tǒng)中，為客戶提供最優(yōu)化的服務(wù)保養(yǎng)；②實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線匹配，如增減功能或更換電控單元后的系統(tǒng)匹配，保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全；③可將故障診斷數(shù)據(jù)直接傳遞到德國(guó)總部進(jìn)一步診斷。
基于事件服務(wù)(CBS)就是按需維護(hù)，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔可參照，是通過(guò)傳感器或電控單元來(lái)持續(xù)監(jiān)測(cè)主要車(chē)輛部件并判斷是否需要維護(hù)，維護(hù)提醒信息則出現(xiàn)在儀表顯示屏上，基于事件服務(wù)大大延長(zhǎng)7維護(hù)保養(yǎng)間隔。
二、德系轎車(chē)CAN總線故障類(lèi)型
依據(jù)lS011898-3協(xié)議車(chē)裁網(wǎng)絡(luò)故障分成電源故障和總線故障兩個(gè)主要類(lèi)型。電源故障指車(chē)載網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身的電源線或搭鐵線新路故障，而CAN總線故障叉分為如下類(lèi)型(國(guó)3): CAN總線(CAN_H或CAN_L)對(duì)某一控制單元斷路故障（故障1和2）、CAN總線(CAN_H或CAN_L)對(duì)正極短路故障（故障3和6）、CAN總線(CAN_H或CAN_L)對(duì)地短路故障（故障5和4）、CAN總線CAN_H與CAN_L彼此之間短路故障（故障7，CAN總線CAN_H和CAN_L在某一段信號(hào)反向傳輸故障）、CAN H和CAN_L同時(shí)斷路故障（故障8）、CAN總線終端電阻斷路（故障9）。故障8是不可恢復(fù)的，影響總線功能；而故障1-7、9是單線故障且可恢復(fù)，不影響總線功能（表1）。在正常工作模式里沒(méi)有線路故障，差動(dòng)接收CAN_H和CAN_L輸入信號(hào)，也可以用于單線傳輸，所有的單線傳輸期間EMC性能抗干擾性和輻射性比差動(dòng)模式差。
1．單線斷路時(shí)的局部故障
單線斷路故障是局部故障，信息只通過(guò)另一根未斷線正常傳輸。該類(lèi)故障是間歇性癥狀表現(xiàn)，有時(shí)又會(huì)顯現(xiàn)正常。如圖4所示，CAN_H線斷路(故障1),第一輪信息傳輸中，故障在斷路點(diǎn)前未呈現(xiàn)故障征兆，在斷路點(diǎn)后呈現(xiàn)故障征兆，第二輪信息傳輸后，癥狀正好相反。因通信協(xié)議IS0 11992-1規(guī)定，當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間通信中斷超時(shí)，確認(rèn)有故障后，節(jié)點(diǎn)之間的通信重新通過(guò)單線模式進(jìn)行。出現(xiàn)單線斷路故障時(shí)，不允許改變數(shù)據(jù)，還是保留故障信息及故障狀態(tài)，在未確定出是哪根線受到影響時(shí)，各節(jié)點(diǎn)將信號(hào)茌兩根網(wǎng)線上重置，直到確定出未響應(yīng)線為止。這種反復(fù)試驗(yàn)確認(rèn)故障的方法僅適合節(jié)點(diǎn)少的條件，在節(jié)點(diǎn)增多后，故障查找將變得十分復(fù)雜和費(fèi)時(shí)。這種單線斷路故障確認(rèn)模式僅適用于貨車(chē)和牽引車(chē)上的低速CAN，傳輸速率在125kbps。
2．單線短路時(shí)的全局故障
單線短路故障是全局故障，故障狀態(tài)很少改變，呈現(xiàn)靜止故障顯示。總線通信協(xié)議故障管理系統(tǒng)對(duì)此限制少，允許改變數(shù)據(jù)或清除。局部故障優(yōu)先權(quán)高于全局故障，體現(xiàn)在故障管理系統(tǒng)對(duì)斷路故障容忍度大，而對(duì)于全局故障則會(huì)盡快恢復(fù)。單線CAN_H和CAN L對(duì)電源短路（故障3和故障6），信號(hào)點(diǎn)要超出正常范圍，故障易被察覺(jué)，故障管理系統(tǒng)將對(duì)沒(méi)受影響的傳輸線進(jìn)行初始化。依據(jù)SAE J1939/12，這種超出范圍比較確認(rèn)故障的方法適合于短路檢測(cè)，缺點(diǎn)是需要輔助8V電源，低阻抗終端，且在車(chē)輛怠速時(shí)檢測(cè)結(jié)果不明顯。另外，從短路故障恢復(fù)到單線運(yùn)行模式后，整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性能降低，對(duì)搭鐵偏置的包容性也降低。
CAN_H搭鐵短路(故障5)與CAN_H斷路（故障1）故障現(xiàn)象一樣，屬于局部故障，而CAN_L搭鐵（故障4）故障則屬于全局故障，檢測(cè)這類(lèi)故障常常模棱兩可，需要電壓除外的輔助數(shù)據(jù)參照。單線工作模式不適用于高速CAN。
3．雙線互短時(shí)的全局故障
CAN H和CAN_L互短（故障7）時(shí)，總線還可工作。
4．雙線斷路故障
雙線斷路，總線被隔斷，總線不能正常工作。
5．終端電阻斷路故障
為了避免信號(hào)反射，在2個(gè)CAN總線用上分別連接一個(gè)1200的終端電阻。這兩個(gè)終端電阻并聯(lián)，并構(gòu)成一個(gè)60Q的等效電阻，關(guān)閉供電電壓后可以在數(shù)據(jù)線之間測(cè)量這個(gè)等效電阻，如把便于拆裝的控制單元從總線上脫開(kāi)，然后在插頭上測(cè)量CAN_H和CAN_L之間的電阻(圉5)。單個(gè)電阻也可各自分開(kāi)測(cè)量，則應(yīng)為120Ω。終端電阻斷路，依據(jù)分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)總線還能正常工作，只是終端電控單元無(wú)法通信。
6．總線傳輸受干擾的三種情境
(1)總線信號(hào)電壓過(guò)低，有搭鐵傾向，通常低于+／一1V；
(2)泄漏電阻，通常高于5KO;
(3)電磁干擾，總線干擾會(huì)導(dǎo)致不可恢復(fù)的硬故障。
所有單線故障都可以被檢測(cè)到，故障3、4、6和7可被故障管理系統(tǒng)單獨(dú)檢測(cè)出來(lái)；故障1、2和5是被容錯(cuò)的，則需要輔助方法才可被檢測(cè)出來(lái)。局部故障現(xiàn)象是暫時(shí)的，相關(guān)故障信息會(huì)變化，而全局故障呈現(xiàn)靜態(tài)故障信息顯示，便于故障位置判斷。
三、車(chē)載網(wǎng)路的拓?fù)浞治?/p>
基于車(chē)用即時(shí)操作系統(tǒng)OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)，其網(wǎng)絡(luò)管理(NM)模塊提供了與節(jié)點(diǎn)相關(guān)（本地）和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)（全局）的管理辦法，使用邏輯環(huán)直接監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。在邏輯環(huán)內(nèi)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)邏輯后繼，邏輯環(huán)的第一節(jié)點(diǎn)是最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的后繼。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由其他節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通信次序與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符(ID值)，邏輯環(huán)信息被從最低ID健的節(jié)點(diǎn)向最高ID值的節(jié)點(diǎn)順序傳輸，再返回最低ID值的節(jié)點(diǎn)，形成邏輯環(huán)（圖6）。任何節(jié)點(diǎn)都必須向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，并且從其他節(jié)點(diǎn)接收信息。畫(huà)出車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)浜?jiǎn)圖（圖7），依據(jù)邏輯環(huán)的功能，進(jìn)行故障診斷。用診斷儀檢測(cè)與電控單元1、電控單元2和電控單元3的通信，紅色線表示節(jié)點(diǎn)間不通信，若出現(xiàn)多個(gè)故障碼，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中分析出故障點(diǎn)在電控單元3與總線通信中斷。
[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)故障診斷；性能分析；設(shè)備；方法
1、網(wǎng)絡(luò)故障診斷和性能分析探討
網(wǎng)絡(luò)故障診斷和性能分析相關(guān)方法和特點(diǎn)，分析如下：
1.1置換法。這種最為簡(jiǎn)單的方法需要耗費(fèi)大量時(shí)間，但不需要進(jìn)行設(shè)備更換，這種方法不能在根本上找到網(wǎng)絡(luò)故障的原因。
1.2設(shè)備監(jiān)控和日志，在人員對(duì)于設(shè)備具有一定熟悉程度的基礎(chǔ)上，能夠基本掌握網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)并不復(fù)雜的算法，在需要的數(shù)據(jù)只能在海量的信息中，而耗費(fèi)較大時(shí)間。
1.3使用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀，盡管使用此方法能夠取得較為全面的分析結(jié)果，但是，其實(shí)用過(guò)程較為復(fù)雜，在利用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障診斷有效性方面還存在一定問(wèn)題。
1.4使用網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控軟件，在使用網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控軟過(guò)程中存在一定問(wèn)題，比如用戶端的應(yīng)用性能分析和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸性能都存在一定困難。
1.5使用網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控設(shè)備，為了保證網(wǎng)絡(luò)故障的確認(rèn)，從而更為有效提升網(wǎng)絡(luò)性能，采用有效的網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控能有實(shí)現(xiàn)，但是，對(duì)于用戶端應(yīng)用性能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸性能方面的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控也不能解決。
1.6協(xié)議分析工具。對(duì)于有效的網(wǎng)絡(luò)故障診斷和性能分析工具來(lái)說(shuō)，協(xié)議分析方法對(duì)于使用人員的要求比較高，應(yīng)具有較為深厚的網(wǎng)絡(luò)理論。同時(shí)，由于一次性分析的數(shù)據(jù)量方面存在一定限制，應(yīng)用具有一定局限性。
為了更好快速診斷網(wǎng)絡(luò)故障，應(yīng)該考慮各個(gè)工具和方法的特點(diǎn)而進(jìn)行選擇，這是由網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理人員所需要解決的重要問(wèn)題。
2、本單位信息化建設(shè)分析
2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量眾多，結(jié)構(gòu)層繁雜。根據(jù)本單位的情況，在不同建筑里的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備眾多，其型號(hào)和品牌也存在不統(tǒng)一的問(wèn)題，為更好進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障的排查問(wèn)題，并能夠及時(shí)提出相應(yīng)的解決方案，這才是網(wǎng)絡(luò)管理人員所關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)，這種情況也容易造成投資浪費(fèi)，后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化困難。
2.2 缺少量化的實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)。要想對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行快速地、準(zhǔn)確地了解和掌握，就需要通過(guò)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，那種僅僅依靠用戶的感受而判斷方法準(zhǔn)確性很低。為了保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的穩(wěn)定性和高可用性，應(yīng)該通過(guò)有效的自動(dòng)化分析工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.3 監(jiān)控中心缺乏簡(jiǎn)單有效的協(xié)議分析工具
縮短平均故障恢復(fù)時(shí)間（MTTR），以及提高運(yùn)行效率這是網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)工作的主要目的，使得各個(gè)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性和可用性不斷得以加強(qiáng)，能夠做好網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作，從而保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)滿足企業(yè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要。在協(xié)議分析工具的基礎(chǔ)上，能夠深層次分析各個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞過(guò)程，這樣，根本原因也就相應(yīng)容易發(fā)現(xiàn)，可有效避免類(lèi)似事故發(fā)生。
2.4 網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、客戶端、軟件系統(tǒng)責(zé)任界定困難。為了對(duì)于網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行定位分析，往往需要進(jìn)行多次的排查工作，在網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、客戶端、軟件系統(tǒng)中間，往往很難明確責(zé)任的歸屬情況，其所在的層次的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都是相互獨(dú)立的，一般往往很難講這些測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相互的印證和分析。
3、本單位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析
城市的整體面貌通過(guò)正在運(yùn)行的城市監(jiān)控系統(tǒng)正在逐步改善，監(jiān)、控、存、查、管等綜合應(yīng)用在系統(tǒng)的多點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)的情況下而逐漸形成，能夠?yàn)橥ㄐ拧⑾馈⒅伟病⒔煌ā⑥r(nóng)業(yè)等方面提供相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)于該系統(tǒng)的基本要求，主要包括：（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的監(jiān)視；（2）網(wǎng)絡(luò)中多點(diǎn)部署并聯(lián)網(wǎng)分析；（3）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的查詢及存取功能；（4）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的控制問(wèn)題；（5）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的管理等方面。在多次調(diào)研和設(shè)備測(cè)試的基礎(chǔ)上，考慮上述分析要求，我單位采用某知名品牌的海量在線分析系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)的主要功能和特點(diǎn)如下：
3.1網(wǎng)絡(luò)中多點(diǎn)部署并聯(lián)網(wǎng)分析，在一定的條件捕獲數(shù)據(jù)中，設(shè)備接入不同的網(wǎng)絡(luò)匯點(diǎn)，分布不同不捕獲點(diǎn)的數(shù)據(jù)，還能具有自動(dòng)匯報(bào)分析結(jié)果功能。
3.2網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的監(jiān)視，對(duì)于當(dāng)前時(shí)間網(wǎng)絡(luò)的整體情況可以通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視頁(yè)面獲取，主要包括網(wǎng)絡(luò)利用率、網(wǎng)絡(luò)發(fā)包頻率、總的流量、網(wǎng)絡(luò)的單播、多播、廣播等情況，還能包括相關(guān)的重要鏈路的實(shí)時(shí)分析、頁(yè)面應(yīng)用的整體分析等等。
3.3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的查詢功能，主要包括私有協(xié)議的添加、數(shù)據(jù)查詢過(guò)濾條件的設(shè)定以及相應(yīng)的圖形顯示等。
第四，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的管理則包括數(shù)據(jù)及音視頻相關(guān)編輯等方面內(nèi)容。
4、該系統(tǒng)的故障診斷和性能分析原理及方式
4.1 海量數(shù)據(jù)線速全采集。該系統(tǒng)為了能滿足連續(xù)長(zhǎng)期捕獲并記錄的要求，具有大容量的存儲(chǔ)空間（8TB），10/100/Gigab 網(wǎng)絡(luò)4個(gè)網(wǎng)段（通道）的數(shù)據(jù)（
4.2 網(wǎng)絡(luò)異常發(fā)現(xiàn)。（1）為了能夠更好對(duì)于各個(gè)時(shí)段變化進(jìn)行掌握，對(duì)于應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用7*24 小時(shí)長(zhǎng)期監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以便能夠及時(shí)發(fā)覺(jué)網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)變化；（2）在自身網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，各種參數(shù)的門(mén)限值、嚴(yán)重級(jí)別可以經(jīng)過(guò)設(shè)置，方便于及時(shí)察覺(jué)網(wǎng)絡(luò)中的各種異常情況，并及時(shí)通知管理員；（3）各種應(yīng)用的分布及應(yīng)用情況，可以通過(guò)趨勢(shì)變化，還有相應(yīng)的不同時(shí)段的響應(yīng)快慢變化進(jìn)行探討，以及相關(guān)的資源占用情況等，這都有助于網(wǎng)絡(luò)異常的發(fā)現(xiàn)。
4.3 異常數(shù)據(jù)提取。（1）實(shí)時(shí)過(guò)濾、切片功能。為了保證在磁盤(pán)陣列中，能夠在其中捕獲到將需要的數(shù)據(jù)，應(yīng)該設(shè)置多個(gè)過(guò)濾器級(jí)別；為了方便分析，在跟蹤文件中應(yīng)該包括利用額外的過(guò)濾器提取的數(shù)據(jù)；最后，數(shù)據(jù)包的范圍可以利用另外過(guò)濾器進(jìn)行縮小。在獨(dú)特的切片/過(guò)濾器組合情況下，為了更好自定義過(guò)濾器標(biāo)準(zhǔn)匹配的關(guān)鍵應(yīng)用程序，存儲(chǔ)在磁盤(pán)陣列中的數(shù)據(jù)包類(lèi)型可以進(jìn)一步改進(jìn)；（2）過(guò)濾條件。通過(guò)一定的時(shí)間及各種過(guò)濾條件進(jìn)行相互組合，可以更好對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的各種流量進(jìn)行過(guò)濾，這種靈活多樣的方式，能夠有助于快速便捷的對(duì)于異常數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞： 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模擬電路；故障智能診斷
Applications of Neural network in analog circuit fault intelligent diagnosis
Huang Qian1 ，Lu Li2
Nanchang institute of technology JiangXi NanChang 330029
Abstract： The article mainly describe development course of neural network simulation circuit and the common method of fault diagnosis of simulation power based on neural network at this stage， the focus analysised BP neural network fault dictionary method and the SOM neural network fault dictionary method and respective of calculation method， and basic thought， and technology difficulties analysis， discussed application problem of neural network method in in analog circuit fault intelligent diagnosis， last talk about development trend of simulation circuit neural network diagnosis method.
Keyword： Neural network；Analog circuits；Intelligent fault diagnosis
引 言
隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)的發(fā)展， 模擬電路故障診斷的研究又開(kāi)辟了一條新路， 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬電路故障診斷方法已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年代末期起有學(xué)者研究將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到模擬電路的故障診斷中，現(xiàn)階段已經(jīng)提出多種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬電路故障診斷方法，有些方法如BP（ Error Back Propagation Network）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法已經(jīng)能有效應(yīng)用于濾波電路、模擬放大電路等非線性容差電路的故障診斷， 效果優(yōu)于傳統(tǒng)的故障字典法。
1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法把模擬電路的故障診斷看成是一個(gè)分類(lèi)問(wèn)題， 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)功能來(lái)診斷故障。在測(cè)前把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練成一部故障字典， 字典的信息蘊(yùn)含在網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值中， 只要輸入電路的測(cè)量特征， 就可以從其輸出查出故障。
1.1 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法
BP 是一種多層網(wǎng)絡(luò)誤差反傳學(xué)習(xí)算法。
1）初始化，隨機(jī)給定各連接權(quán)[w]，[v]及閥值θi，rt。
（2）由給定的輸入輸出模式對(duì)計(jì)算隱層、輸出層各單元輸出
式中：bj為隱層第j個(gè)神經(jīng)元實(shí)際輸出；ct為輸出層第t個(gè)神經(jīng)元的實(shí)際輸出；wij為輸入層至隱層的連接權(quán)；vjt為隱層至輸出層的連接權(quán)。
式中：dtk為輸出層的校正誤差；ejk為隱層的校正誤差。
（3）計(jì)算新的連接權(quán)及閥值，計(jì)算公式如下：
（4）選取下一個(gè)輸入模式對(duì)返回第2步反復(fù)訓(xùn)練直到網(wǎng)絡(luò)設(shè)輸出誤差達(dá)到要求結(jié)束訓(xùn)練。
應(yīng)用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法進(jìn)行模擬電路故障診斷步驟如下：
（1）確定待測(cè)電路的故障集和狀態(tài)特征參量， 采用電路仿真或?qū)嶒?yàn)的方法獲取電路每一故障狀態(tài)下的狀態(tài)特征數(shù)據(jù)， 經(jīng)篩選和歸一化處理后構(gòu)造訓(xùn)練樣本集。設(shè)計(jì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行訓(xùn)練。
（2）用訓(xùn)練樣本集中的樣本訓(xùn)練好網(wǎng)絡(luò)， 即完成學(xué)習(xí)的過(guò)程。一般采用3 層BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)與電路狀態(tài)特征參量的維數(shù)相同， 輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)可與電路待測(cè)故障類(lèi)別數(shù)相同，也可小于待測(cè)故障類(lèi)別數(shù)， 隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)則需按經(jīng)驗(yàn)公式試湊。實(shí)際診斷時(shí)給被測(cè)電路加相同的測(cè)試激勵(lì)， 將測(cè)得的實(shí)際狀態(tài)特征參量輸入到訓(xùn)練好的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 則其輸出即可指示相應(yīng)的故障狀態(tài)。
1.2 SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法
SOM （Self - organizing Feature Map）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是芬蘭教授Kohonen于1981 年提出的一種自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這種自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)輸入模式的反復(fù)學(xué)習(xí)，使連接權(quán)矢量空間分布密度與輸入模式的概率分布趨于一致， 即連接權(quán)矢量的空間分布密度能反映輸入模式的統(tǒng)計(jì)特性。
SOM二維網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
SOM 網(wǎng)絡(luò)能對(duì)輸入模式自動(dòng)分類(lèi)，通過(guò)輸入模式的自組織學(xué)習(xí)， 在競(jìng)爭(zhēng)層將分類(lèi)結(jié)果表示出來(lái)。應(yīng)用SOM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模擬電路故障診斷字典的具體步驟如下：
（1）確定電路的故障集和激勵(lì)信號(hào)。通過(guò)仿真獲取電路在每一故障狀態(tài)下的狀態(tài)特征向量， 并進(jìn)行預(yù)處理得到訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。
（2） 確定SOM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 SOM 網(wǎng)絡(luò)只有輸入層和輸出層兩層， 沒(méi)有隱層，輸入層的形式與BP 網(wǎng)絡(luò)相同， 其結(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)與電路狀態(tài)特征向量的維數(shù)相同。輸出層即競(jìng)爭(zhēng)層的神經(jīng)元一般采用二維平面陣結(jié)構(gòu)排列， 也可采用一維線陣或三維柵格陣的結(jié)構(gòu)排列。采用一維線陣時(shí)， 輸出層結(jié)點(diǎn)數(shù)可與電路的故障類(lèi)別數(shù)相同。
（3）經(jīng)過(guò)SOM 訓(xùn)練形成具有容差的故障字典。SOM 網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法可采用標(biāo)準(zhǔn)的Kohonen 算法。可以看出， SOM 網(wǎng)絡(luò)法與BP 網(wǎng)絡(luò)法構(gòu)建故障字典的方法步驟完全相似，SOM 網(wǎng)絡(luò)法一般適用于交流電路， 以電路響應(yīng)的頻域參量為狀態(tài)特征，它能更有效地克服容差因素對(duì)故障定位的影響，SOM 網(wǎng)絡(luò)法實(shí)際診斷時(shí)容易出現(xiàn)模糊故障集， 診斷過(guò)程要比BP網(wǎng)絡(luò)法復(fù)雜。
1.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法難點(diǎn)
同經(jīng)典的故障字典法相比， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法突出的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)后診斷速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，其原因是該方法利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高度并行的信息處理能力。經(jīng)典的故障字典法需要進(jìn)行繁瑣的模糊集分割處理， 且一般只能診斷硬故障。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力，可以診斷容差模擬電路， 而且對(duì)軟故障情況也有很好的應(yīng)用前景。應(yīng)用該方法難點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：
（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)等只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)調(diào)試， 難以確定所設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最優(yōu)的。
（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)和訓(xùn)練樣本集的篩選至關(guān)重要，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法的診斷效果主要依賴(lài)于此。如何根據(jù)實(shí)際電路對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以突出故障特征信息及如何優(yōu)選訓(xùn)練樣本。
2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化診斷法
傳統(tǒng)的優(yōu)化診斷法依據(jù)被測(cè)電路的解析關(guān)系， 按照一定的判據(jù)（目標(biāo)函數(shù)） ， 估計(jì)出最有可能出現(xiàn)故障的元件。優(yōu)化診斷法是一種測(cè)后模擬的逼近法， 可在較少的測(cè)量數(shù)據(jù)下診斷故障，避免元件的容差問(wèn)題， 可以診斷軟故障和多故障但傳統(tǒng)優(yōu)化診斷法存在一個(gè)復(fù)雜的重復(fù)過(guò)程， 需要多個(gè)優(yōu)化過(guò)程和多次電路模擬， 測(cè)后計(jì)算量很大。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化診斷法對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)， 利用Hopfield 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化計(jì)算功能尋優(yōu)， 克服了傳統(tǒng)的優(yōu)化診斷方法測(cè)后計(jì)算量大、實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)。由于該方法最終是通過(guò)求解元件參數(shù)或參數(shù)增量來(lái)判定故障元件的。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化診斷法的基本思想是將模擬電路的故障診斷方程轉(zhuǎn)換為帶約束條件的優(yōu)化問(wèn)題， 然后利用Hopfield 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化問(wèn)題的求解。將優(yōu)化問(wèn)題映射到一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特定組態(tài)上， 此組態(tài)相應(yīng)于優(yōu)化問(wèn)題的可能解， 然后再構(gòu)造一個(gè)適合于待優(yōu)化問(wèn)題的能量函數(shù)（對(duì)應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)）， 當(dāng)Hopfield 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從某一初始狀態(tài)沿著能量函數(shù)減小的方向運(yùn)動(dòng)， 其穩(wěn)定平衡解即對(duì)應(yīng)于優(yōu)化問(wèn)題的解。對(duì)于線性電阻電路， 可以以元件參數(shù)增量和可測(cè)節(jié)點(diǎn)電壓變化量建立故障診斷方程， 該診斷方程通常為一組欠定方程。
應(yīng)用Hopfield 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解此類(lèi)帶約束條件的優(yōu)化問(wèn)題的步驟如下：
（1）分析問(wèn)題： 分析網(wǎng)絡(luò)輸出與問(wèn)題的解相對(duì)應(yīng)。
（2）構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)： 將實(shí)際待解決優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)表達(dá)成能量函數(shù)的相應(yīng)形式， 能量函數(shù)最小值對(duì)應(yīng)問(wèn)題最佳解。
（3）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)： 將能量函數(shù)與目標(biāo)函數(shù)相比較， 求出能量函數(shù)中的權(quán)值和偏流。
（4）運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)求出穩(wěn)定平衡態(tài)： 由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立網(wǎng)絡(luò)的電子線路， 運(yùn)行該電子線路直至穩(wěn)定， 所得穩(wěn)態(tài)解即為優(yōu)化問(wèn)題所希望的解。
3 其它神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法
ART （Adaptive Resonance Theory）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷法。ART 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于自適應(yīng)共振理論ART的學(xué)習(xí)算法， 包括ART1 型、ART2 型和ART3 型三種結(jié)構(gòu)形式。文獻(xiàn)三中的作者探討了一種采用ART1 型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬電路故障診斷的方法，將電路的各種故障分出層次，并按一定特征給故障類(lèi)型進(jìn)行編碼形成故障數(shù)據(jù)樣本，將故障數(shù)據(jù)樣本輸入ART1型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練， 訓(xùn)練完成后該ART 網(wǎng)絡(luò)即可用于診斷。ART最大的特點(diǎn)是既能識(shí)別已有的故障模式， 又能較好地診斷新發(fā)故障。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)撕裂法。網(wǎng)絡(luò)撕裂法是一種大規(guī)模模擬電路分層診斷的方法， 將網(wǎng)絡(luò)撕裂法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法相結(jié)合就形成基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)撕裂法。
ART的基本思路是， 當(dāng)電路網(wǎng)絡(luò)分解到一定程度后， 電路子網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)分解往往越來(lái)越困難， 這時(shí)可以引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典法， 分別為每一電路子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 則電路子網(wǎng)絡(luò)級(jí)的診斷采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障字典實(shí)現(xiàn)。
與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)撕裂法相比， 該方法測(cè)后工作量小， 診斷過(guò)程更加簡(jiǎn)單，診斷速度加快。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解非線性方程的模擬電路故障診斷方法。
4 模擬電路神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)， 一個(gè)值得重視的現(xiàn)象是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制、遺傳算法和小波分析等技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于模擬電路的故障診斷領(lǐng)域的研究。如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯理論相結(jié)合， 即所謂的“模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”用于模擬電路的故障診斷， 其基本思想是在BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層與輸出層中間增加1到2 層模糊層構(gòu)造模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理低層感知數(shù)據(jù)， 利用模糊邏輯描述高層的邏輯框架，其對(duì)模擬電路軟故障的診斷效果優(yōu)于單一的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器。又如小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用于模擬電路的故障診斷。
小波與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合有以下兩個(gè)途徑：
（1） 輔助式結(jié)合， 比較典型的是利用小波分析對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理， 然后用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與判別。
（2）嵌套式結(jié)合， 即把小波變換的運(yùn)算融入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中去， 其基本思想是用小波元代替了神經(jīng)元，即激活函數(shù)為已定位的小波函數(shù)基， 通過(guò)仿射變換建立小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)特性和小波的局部特性結(jié)合起來(lái)，具有自適應(yīng)分辨性和良好的容錯(cuò)性。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)故障管理；故障定位；分層診斷；TNSFLA
正文：本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生不同程度的告警丟失和虛假告警的情況，造成故障檢測(cè)精確度降低、無(wú)法快速診斷的問(wèn)題，提出了一種基于三層節(jié)點(diǎn)架構(gòu)的故障定位算法(TNSFLA，Three-layer Node Structure-based Fault Location Algorithm)，該算法利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收到的告警信息來(lái)建立故障隊(duì)列集合，通過(guò)對(duì)隊(duì)列中故障節(jié)點(diǎn)發(fā)生概率的檢測(cè)，從中選擇最可能產(chǎn)生告警的故障作為最優(yōu)解。
1、TNS架構(gòu)包括：
（1）故障節(jié)點(diǎn)集合Λ；（2）告警節(jié)點(diǎn)集合Μ；（3）癥狀節(jié)點(diǎn)集合S={ s_node1, s_node2 ,, s_nodem },其中s_nodei表示癥狀節(jié)點(diǎn)i，（4）故障集合與癥狀集合之間的相關(guān)矩陣Dm,n。為了方便算法的描述，本文對(duì)上述TNS架構(gòu)做出兩點(diǎn)假設(shè)，一是故障節(jié)點(diǎn)集合Λ中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互獨(dú)立；二是故障節(jié)點(diǎn)和癥狀節(jié)點(diǎn)之間因果強(qiáng)度不變，即矩陣Dm,n中元素的大小不發(fā)生改變。為此，可以得出故障定位在本架構(gòu)中的數(shù)學(xué)表示式，即在故障節(jié)點(diǎn)集Λ中獲取一個(gè)故障診斷隊(duì)列，使得該隊(duì)列在告警發(fā)生時(shí)的概率p(β Μ)最大，也即該故障隊(duì)列的置信度最高。
2、算法TNSFLA的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：
算法TNSFLA的故障定位過(guò)程分為兩個(gè)階段，故障診斷隊(duì)列創(chuàng)建階段和診斷隊(duì)列元素選擇階段。其中，第一個(gè)階段創(chuàng)建能夠解釋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收到的告警節(jié)點(diǎn)集對(duì)應(yīng)的癥狀集合的故障子集；第二個(gè)階段對(duì)階段一中創(chuàng)建的故障診斷隊(duì)列的各個(gè)元素，計(jì)算各個(gè)故障發(fā)生的置信度，從中選出置信度最大的故障診斷元素作為最終的結(jié)果。
2.1 其中診斷隊(duì)列最優(yōu)解的具體選取過(guò)程：(1) 首先來(lái)計(jì)算隊(duì)列中各個(gè)子集元素的置信度，比較這些置信度的大小，并選擇發(fā)生概率最大的一個(gè)作為最終結(jié)果。(2) 若其中有兩個(gè)以上的元素置信度相同，則繼續(xù)對(duì)這些子集元素內(nèi)包含的故障節(jié)點(diǎn)和虛假故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，首先比較故障節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，選取故障節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)最少的那個(gè)子集作為最終解。(3) 若仍然有兩個(gè)以上子集故障節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，則比較他們內(nèi)部虛假故障節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，選擇虛假故障節(jié)點(diǎn)最少的那個(gè)子集作為最終解。
2.2 算法TNSFLA的執(zhí)行過(guò)程示例：假設(shè)系統(tǒng)依次接收到了告警集合Μ = {e_node1, e_node2, e_node4, e_node5, e_node6}，設(shè)max_true_fault = 3，max_false_fault = 2.算法的處理過(guò)程如下：
(1)初始化故障集合隊(duì)列β=Φ，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障系統(tǒng)接收到的告警節(jié)點(diǎn)集Μ得到對(duì)應(yīng)的癥狀節(jié)點(diǎn)集S ={s_node1, s_node2, s_node4, s_node5 , s_node6}；
(2)求得癥狀節(jié)點(diǎn)s_node1,對(duì)應(yīng)的故障子集F1 = { f_node1, f_node2, if_node1}，創(chuàng)建β1={{ f_node1},{ f_node2},{ if_node1}}；
(3)求得癥狀節(jié)點(diǎn)s_node2,對(duì)應(yīng)的故障子集F2 = { f_node2, f_node3, if_node2}，由于β1中故障節(jié)點(diǎn)元素{f_node2}可以解釋癥狀節(jié)點(diǎn)s_node2,所以將{ f_node2}直接加入到隊(duì)列集合β2中，然后遍歷集合β1-β2中的其它元素，根據(jù)算法TNSFLA的3點(diǎn)啟發(fā)性判斷能否將故障加入。
(4)依次處理癥狀s_node4, s_node6,；處理完所有事件后，得到能夠解釋系統(tǒng)告警即{e_node1, e_node2, e_node4, e_node5, e_node6}的故障子集為{{ f_node2, f_node4},{ if_node1, f_node3, f_node4,}, { f_node1, f_node2, if_node6}, {f_node2, if_node4, if_node6}，{ f_node1, f_node3, if_node6}}。最后根據(jù)最優(yōu)解選取的方法，分別求取這些故障診斷子集的置信度，獲取最終的故障原因。
3、仿真結(jié)果與分析:
將仿真場(chǎng)景中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目設(shè)置為1~100個(gè)，通過(guò)不同數(shù)目節(jié)點(diǎn)的設(shè)置構(gòu)建不同的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。同時(shí)對(duì)窮舉法(ES，Exhaustive Search)、基于拉格朗日松弛法的故障定位算法(LRA，Lagrangian Relaxation Algorithm)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，將其作為本文算法的對(duì)比方案。仿真結(jié)果表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在告警丟失和虛假故障的情況下，該算法在故障檢測(cè)率、誤檢率以及定位時(shí)間方面體現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；故障診斷；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)的發(fā)展,使得各種系統(tǒng)的復(fù)雜程度和智能化程度越來(lái)越高,因此整個(gè)系統(tǒng)的安全性問(wèn)題和可靠性問(wèn)題日益受到關(guān)注,一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)某些細(xì)小的故障,如果不能及時(shí)檢測(cè)和排除,就可能造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓,甚至造成災(zāi)難性的后果。因此,故障預(yù)測(cè)與診斷就顯得尤為重要。現(xiàn)有的故障診斷方法有很多,其中一種很有生命力的方法就是以知識(shí)為基礎(chǔ)的診斷辦法,因?yàn)樗且圆恍枰獙?duì)象的精確數(shù)學(xué)模型為前提的,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法是這類(lèi)方法中的一個(gè)重要分支。筆者曾利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建智能故障診斷系統(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果的分析,證明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效地完成故障診斷任務(wù),但是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用中也存在一定的局限性,近幾年提出的徑向基函數(shù)RBF在某些方面可以彌補(bǔ)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在的局限性,理論上認(rèn)為RBF更適用于故障診斷,但缺乏實(shí)證。因此,筆者建立了RBF網(wǎng)絡(luò)模型,利用在文獻(xiàn)[2]使用過(guò)的相同數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真訓(xùn)練,確定其在故障診斷中的實(shí)際作用。
1RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的相關(guān)知識(shí)
1.1RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用徑向基函數(shù)作為隱含層單元形成的隱層空間的“基地”,可以直接映射到隱層的輸入向量空間。非線性映射關(guān)系的確定是以徑向基函數(shù)的中心點(diǎn)的確定為前提的。網(wǎng)絡(luò)的輸出是線性加權(quán)隱層單元的輸出,對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值可以通過(guò)線性方程或LMS直接獲得(MMSE)的方法,這樣可以避免局部極小問(wèn)題還可以加快學(xué)習(xí)速度。1.2RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種三層前饋網(wǎng)絡(luò),與它相似的還有多層前饋網(wǎng)絡(luò)。RBF網(wǎng)絡(luò)的隱層節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)輻射狀的功能,這里可以利用高斯函數(shù)。輸入層節(jié)點(diǎn)只將輸入信號(hào)傳輸?shù)诫[含層,輸出層節(jié)點(diǎn)通常是簡(jiǎn)單的線性函數(shù)。隱含層節(jié)點(diǎn)中的函數(shù)(核函數(shù))產(chǎn)生對(duì)輸入信號(hào)的回聲,即當(dāng)輸入信號(hào)接近核函數(shù)的中心范圍時(shí),隱含層節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生大的輸出。X、Y、Z分別為輸入節(jié)點(diǎn)、隱含層節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。隱含層單元的作用相當(dāng)于在輸入模式的變化,低維模型的輸入數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換到高維空間,輸出層的分類(lèi)和識(shí)別也由它完成。高斯函數(shù)作為RBF網(wǎng)絡(luò)的隱含層單元的變換函數(shù),在輸入數(shù)據(jù)中進(jìn)行特征提取是由隱含層單元的變換作用完成的。1.3RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法方差σi、基函數(shù)的中心Ci以及隱含層與輸出層間的權(quán)值ωi,是RBF網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)需要的3個(gè)參數(shù)。正交最小二乘法、自組織選取中心法是RBF網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)用得比較多的兩種算法。聚類(lèi)方法通常用來(lái)確定Ci和σi。而LMS方法通常用來(lái)確定權(quán)值ωi,當(dāng)然也可以使用偽逆法或最小二乘法求解。其中LMS權(quán)值ωi的調(diào)整規(guī)則為:nnnXd()()()(eTn）n()1(;n）nnX)(e)(,這里η為學(xué)習(xí)速率;n為迭代次數(shù);nX)(為隱含層輸出;nd)(為期望輸出;ω(n)為權(quán)值向量。RBF網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)比普通前饋網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練要簡(jiǎn)單和節(jié)約時(shí)間,因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。只要滿足權(quán)值和閾值都正確以及隱含層的神經(jīng)元數(shù)目足夠多的前提,那么此種網(wǎng)絡(luò)就能達(dá)到精確逼近任意函數(shù)的目的。
2診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
圖1為利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
3應(yīng)用實(shí)例與仿真
該文以某裝備電源模塊故障診斷為例,構(gòu)建RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng),并進(jìn)行故障診斷與仿真。故障類(lèi)型對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元輸出如表1所示。RBF模型是由一層隱含層來(lái)構(gòu)成的,在模型中最關(guān)鍵的是隱含層的中心及隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的確定,在該例中確定為利用K均值聚類(lèi)法來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)然在此過(guò)程中還必須考慮實(shí)際輸出樣本數(shù)據(jù)的影響。筆者主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)精度以及網(wǎng)絡(luò)的泛化能力,因?yàn)閺倪@兩點(diǎn)可以看出網(wǎng)絡(luò)是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。校正參數(shù)σi、Ci和ωi是網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的主要任務(wù),這樣才能使性能指標(biāo)趨于最優(yōu),以滿足誤差及精度要求。該文采用正交最小二乘法OSL訓(xùn)練RBF網(wǎng)絡(luò)。我們不斷訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),以達(dá)到確定最佳隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)的目的,最終我們確定其個(gè)數(shù)為120。對(duì)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練我們通過(guò)MATLAB工具來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)于一個(gè)隱含層為120的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)說(shuō),高斯函數(shù)作為其輸入層與隱含層之間的作用函數(shù)。表2為此網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)際仿真結(jié)果數(shù)據(jù),根據(jù)對(duì)表2中數(shù)據(jù)的分析比較,可以得出結(jié)論,即通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷其準(zhǔn)確率可達(dá)92.9%。
4結(jié)語(yǔ)
該文在對(duì)徑向基函數(shù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上,提出了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)模型,在對(duì)具體實(shí)例的研究過(guò)程中通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真,證明此種方法具有方法容易,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,訓(xùn)練花費(fèi)時(shí)間短,診斷結(jié)果準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn),而且克服了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易陷入局部最小的缺點(diǎn),尤其適用于專(zhuān)家知識(shí)難以整理和表示的故障診斷。但是,RBF在處理多故障方面同樣存在著不足,今后若能將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)等其他故障診斷方法結(jié)合使用,必將提高系統(tǒng)的綜合診斷能力,這將是筆者下一步的研究方向。
參考文獻(xiàn)
[1]霍一峰,王亞慧.基于Spiking的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷算法[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2011,27(4):57-61.
[2]方莉俐,張兵臨,禹建麗,等.用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)電鑄自支撐金剛石-鎳復(fù)合膜沉積結(jié)果[J].稀有金屬材料與工程,2006,35(4):638-641.
【論文摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)故障也表現(xiàn)為多樣化,網(wǎng)絡(luò)故障的查找與排除也相對(duì)復(fù)雜。結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)的實(shí)例，分析了氣象業(yè)務(wù)中網(wǎng)絡(luò)故障的不同種類(lèi)，并提出了切實(shí)有效的診斷及排除方法。
隨著越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)和服務(wù)引入到氣象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)工作變得越來(lái)越復(fù)雜。局域網(wǎng)在氣象系統(tǒng)廣泛應(yīng)用中，常遇到各種故障，正式運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)一旦出了問(wèn)題,需要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和診斷,盡快定位并排除故障。
下面介紹一下網(wǎng)絡(luò)故障的診斷和排除方法。
一、主要的故障種類(lèi)
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障的性質(zhì)把網(wǎng)絡(luò)故障分為物理故障與邏輯故障，也可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)故障的對(duì)象把網(wǎng)絡(luò)故障分為路由故障和主機(jī)故障。
1.1 物理故障
物理故障即硬件連接故障，指的是設(shè)備或線路損壞、插頭松動(dòng)、線路受到嚴(yán)重電磁干擾等情況。網(wǎng)卡沒(méi)有連接到主板上,網(wǎng)卡的電源燈和數(shù)據(jù)燈都不亮,設(shè)備管理器中檢測(cè)不到網(wǎng)卡。網(wǎng)線沒(méi)有連接好,網(wǎng)卡已經(jīng)驅(qū)動(dòng),協(xié)議也添加,但仍然不能上網(wǎng),觀察網(wǎng)卡硬件連接,網(wǎng)卡只有一個(gè)燈亮,不閃爍。
如兩個(gè)路由器Router直接連接，這時(shí)應(yīng)該讓一臺(tái)路由器的出口連接另一臺(tái)路由器的入口，而這臺(tái)路由器的入口連接另一路由器的出口才行。當(dāng)然，集線器C6D、交換機(jī)、多路復(fù)用器也必須連接正確，否則也會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷。還有一些網(wǎng)絡(luò)連接故障比較隱蔽，要診斷它只有靠經(jīng)驗(yàn)。
1.2 邏輯故障
邏輯故障中最常見(jiàn)的情況就是配置錯(cuò)誤，指因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置原因而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)異常或故障。配置錯(cuò)誤可能是路由器端口參數(shù)設(shè)定有誤，或路由器路由配置錯(cuò)誤以至于路由循環(huán)或找不到遠(yuǎn)端地址，或者是路由掩碼設(shè)置錯(cuò)誤等。邏輯故障的另一類(lèi)就是一些重要進(jìn)程或端口關(guān)閉及系統(tǒng)的負(fù)載過(guò)高。如線路中斷，沒(méi)有流量，用ping發(fā)現(xiàn)線路端口不通，檢查發(fā)現(xiàn)該端口處于down的狀態(tài)，說(shuō)明該端口已經(jīng)關(guān)閉，導(dǎo)致故障。
1.3 路由器故障
線路故障中很多情況都涉及到路由器，也可以把一些線路故障歸結(jié)為路由器故障。檢測(cè)這種故障，需要利用MIB變量瀏覽器，用它收集路由器的路由表、端口流量數(shù)據(jù)、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)、路由器CPU的溫度、負(fù)載以及路由器的內(nèi)存余量等數(shù)據(jù)，通常情況下網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)有專(zhuān)門(mén)的管理進(jìn)程，不斷地檢測(cè)路由器的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并及時(shí)給出報(bào)警。
1.4 主機(jī)故障
主機(jī)故障常見(jiàn)的現(xiàn)象就是主機(jī)的配置不當(dāng)。如主機(jī)配置的IP地址與其它主機(jī)沖突，或IP地址根本就不在子網(wǎng)范圍內(nèi)，由此導(dǎo)致主機(jī)無(wú)法連通。主機(jī)的另一故障就是安全故障。主機(jī)沒(méi)有控制其上的finger、RPC、rlogin等多余服務(wù)。而攻擊者可以通過(guò)這些多余進(jìn)程的正常服務(wù)或bug攻擊該主機(jī)，甚至得到Administractor的權(quán)限等。
二、故障的檢測(cè)和診斷
大多計(jì)算機(jī)用Windows操作系統(tǒng),Windows提供了一些命令行檢測(cè)工具，這些工具是網(wǎng)絡(luò)診斷中常用的,而且一般的問(wèn)題大都可以通過(guò)這些命令診斷出來(lái)。如果對(duì)這些命令很熟悉,在網(wǎng)絡(luò)出故障時(shí)就會(huì)運(yùn)用自如。
2.1 用連接故障診斷工具Ping網(wǎng)絡(luò)診斷
輸入命令: ping 172.18.82.201(172.18.82.201為本機(jī)地址),顯示: Pinging172.18.82.201 with 32 bytes of data: Reply from 172.18.82.201: bytes=32 time=10 ms TTL=128有"time="的內(nèi)容,表明可以ping通,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP協(xié)議正常。執(zhí)行ping命令后得到信息: Pinging172.18.82.201 with 32 bytes of data: Request timed out.表示不可以ping通,或者是tcp/ip協(xié)議可能有問(wèn)題,或者是計(jì)算機(jī)到交換機(jī)間的硬件連接存在問(wèn)題。
測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸丟包,輸入Ping statistics for172.18.72.56,顯示:Packets: Sent=4, Received=2 , Lost=2 (50% loss), Approximate round trip times in milli-seconds: Minimum = 177 ms, Maximum =182 ms , Average =89 ms信息表示發(fā)送了4個(gè)數(shù)據(jù)包,回送收到2個(gè),丟失2個(gè),丟失率為50%。發(fā)送數(shù)據(jù)包最快回送時(shí)間177 ms,最慢回送時(shí)間182 ms,平均89 ms。如可以ping通自己,也可以ping通鄰居或能看到其他機(jī)器,表明本地設(shè)置正確。網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換操作,能起到與硬件類(lèi)似的作用。ping網(wǎng)關(guān)地址,例如ping172.18.82.17-t,就可以查看與網(wǎng)關(guān)是否連通。
2.2 pathping命令
pathping用于跟蹤數(shù)據(jù)包到達(dá)目標(biāo)所采取的路由,并顯示路徑中每個(gè)路由器的數(shù)據(jù)包損失信息,也可以用于解決服務(wù)質(zhì)量連通性問(wèn)題。是一個(gè)比tracert更為有用的工具。它將ping和tracert命令的功能和這2個(gè)工具所不提供的其他信息結(jié)合起來(lái)。由于該命令顯示數(shù)據(jù)包在任何給定路由器或鏈路上丟失的程度,因此可以很容易地確定可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的路由或鏈路。不過(guò)WIN 9X/Me、Windows NT不提供此命令。命令格式是:pathping targetname,比如c: \ >pathping172·19·3·1,
Computing statistics for 75 seconds···
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HopRTTLost/Sent=PctLost/Sent=Pct Address
0 jishu-sun [172·19·1·242] 0/100=0%|
10ms 0/100 =0% 0/100=0% 172·19·1·2 0/100=0%|
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Trace complete·
可以看出,它先提供給我們查看路由的結(jié)果,然后等待75 s(此時(shí)間根據(jù)躍點(diǎn)數(shù)變化)最后顯示測(cè)試結(jié)果。第3列是源到當(dāng)前的丟包數(shù)。第4列是指明線路和路由器丟包情況,最右邊的欄中標(biāo)記為"|",表明沿線路轉(zhuǎn)發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包,該丟失表明鏈阻塞;最右邊欄中為IP地址的,表明該路由器的丟失率,可能是由于路由器CPU超負(fù)荷所致。如果某一處丟包嚴(yán)重,則應(yīng)采取必要的措失,以提高通信質(zhì)量。
三、故障排除的解決方案
不系統(tǒng)的故障診斷與排除方法將導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象相互依賴(lài)和偶然性的迷宮中浪費(fèi)時(shí)間。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)故障排除方法的總體思路是系統(tǒng)地將產(chǎn)生故障可能的原因所構(gòu)成的1個(gè)大集合縮減成1個(gè)小的子集或者直接確定故障起因。
3.1 網(wǎng)絡(luò)適配卡中斷與其他硬件資源沖突
在"系統(tǒng)"的"設(shè)備管理器"查找旁邊出現(xiàn)感嘆號(hào)的有黃圈的網(wǎng)絡(luò)適配器項(xiàng)目,找到項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)適配器可能與其它設(shè)備使用同樣的資源設(shè)置。雙擊網(wǎng)絡(luò)適配器項(xiàng)目,在網(wǎng)絡(luò)適配器"資源"中更改網(wǎng)絡(luò)適配器的中斷和I/O地址,避免與其它硬件沖突。用即插即用的網(wǎng)絡(luò)適配卡,可使用制造商提供的安裝盤(pán)將即插即用型改為跳線型,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)適配卡的中斷和I/O地址。
3.2 在"網(wǎng)上鄰居"中沒(méi)有顯示網(wǎng)絡(luò)中的其它計(jì)算機(jī)
打開(kāi)"網(wǎng)上鄰居"時(shí),將顯示你的計(jì)算機(jī),如果計(jì)算機(jī)所在的工作組設(shè)置不正確,打開(kāi)"網(wǎng)上鄰居"時(shí)看不到所需的計(jì)算機(jī)。在"網(wǎng)絡(luò)"的"標(biāo)識(shí)"更改工作組的設(shè)置。
確認(rèn)計(jì)算機(jī)是否安裝了必要的網(wǎng)絡(luò)組件,如果沒(méi)有安裝正確的網(wǎng)絡(luò)客戶、適配器和協(xié)議組件,將不能與網(wǎng)絡(luò)通信。在"網(wǎng)絡(luò)"的"配置"中可看已安裝的網(wǎng)絡(luò)組件。確認(rèn)所安裝的網(wǎng)絡(luò)客戶軟件和協(xié)議是否適合所連接的網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)中盡量采用TCP/IP和NETBEUI協(xié)議,或者只用NETBEUI協(xié)議。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；故障；檢測(cè)方法
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展，常常被部署在極端環(huán)境來(lái)收集外部環(huán)境的數(shù)據(jù)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的電源、存儲(chǔ)和計(jì)算能力有限并且應(yīng)用環(huán)境惡劣，使得傳感器節(jié)點(diǎn)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)更易于失效。在這些情況下維持高質(zhì)量的服務(wù)并盡可能地降低能源消耗是很有挑戰(zhàn)性的，有效的故障管理對(duì)于達(dá)成這些目標(biāo)是有極大幫助。
1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障管理
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的故障管理通常分為故障檢測(cè)、故障診斷和故障恢復(fù)三個(gè)階段：（1）故障檢測(cè)。為了確定故障的存在，需要收集與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將處于不正常的狀態(tài)。通過(guò)獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的故障。收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息有兩種方法：設(shè)備向管理系統(tǒng)報(bào)告關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)事件；由網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)定期地查詢網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)，即主動(dòng)輪詢。一般情況下，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)將這兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。當(dāng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)組成部件狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)后，不嚴(yán)重的簡(jiǎn)單故障通常被記錄在錯(cuò)誤日志中，并不作特別處理。而嚴(yán)重一些的故障則需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理器，即所謂的“告警”。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般都具有感知異常情況的能力，當(dāng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)自身或網(wǎng)絡(luò)中的嚴(yán)重不正常現(xiàn)象時(shí)，它采用告警的方式報(bào)告給網(wǎng)管中心，因此，故障檢測(cè)一般由網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備完成；第二，故障診斷。故障會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中傳播，論文格式所有感知到故障的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象都會(huì)發(fā)生告警，在一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)故障可能會(huì)引起大量的告警。故障診斷就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)出的告警進(jìn)行相關(guān)處理，從一大堆的告警中找到故障發(fā)生的真正原因，并找出故障節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)故障診斷中，一個(gè)理想的告警應(yīng)該包含有關(guān)故障的五W信息（Who、What、Where、When 和why）。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)于自身以外的網(wǎng)絡(luò)情況只了解非常有限的知識(shí)，所以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的大部分網(wǎng)絡(luò)告警只回答了who、what和when三個(gè)問(wèn)題，而故障診斷要進(jìn)行where和why的推理。另外，告警噪聲的存在進(jìn)一步增加了故障診斷的難度，這些告警噪聲包含：告警丟失、延遲、重復(fù)和虛假告警等；第三，故障恢復(fù)。故障恢復(fù)的主要目的是根據(jù)識(shí)別的故障原因，自動(dòng)或手動(dòng)地對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制操作，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)常見(jiàn)方法
2.1 集中式方法
集中式方法是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中較為常見(jiàn)的一種方法，一般來(lái)說(shuō)是物理上或邏輯上處于中心位置的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，追蹤失敗節(jié)點(diǎn)或可疑節(jié)點(diǎn)。在集中式網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)下，管理者作為“客戶”要完成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)，同時(shí)還必須與多個(gè)作為“服務(wù)器”的交換信息。這種結(jié)構(gòu)存在著較大的缺陷，主要表現(xiàn)為：（1）所有的分析和計(jì)算任務(wù)都集中在中心節(jié)點(diǎn)站，造成網(wǎng)絡(luò)管理的瓶頸，中心節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)重；（2）中心節(jié)點(diǎn)站一旦失效，整個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)就崩潰了，這樣導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性偏低；（3）集中式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致大量的原始數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，帶來(lái)了大量額外的通信量，占用大量的通信帶寬，并導(dǎo)致網(wǎng)管系統(tǒng)工作效率降低；（4）用于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)并收集數(shù)據(jù)的是預(yù)先定義好且功能固定的，一旦要擴(kuò)展新的功能時(shí)十分不便，這樣會(huì)造成系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較差；（5）遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)與管理中心之間的距離較遠(yuǎn)，且傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用多跳通信，因此這兩者之間的信息交互時(shí)延過(guò)長(zhǎng)。
2.2 分布式方法
分布式方法支持局部決策的概念，能夠平滑地將故障管理分散到網(wǎng)絡(luò)中去。目標(biāo)是讓節(jié)點(diǎn)在與中心節(jié)點(diǎn)通信前，能夠給出一定層次的決策。在這種思想下，傳感器節(jié)點(diǎn)能做的決策越多，越少的信息將被傳輸給中心節(jié)點(diǎn)，從而減少通信量。分布式的方法通常分為以下幾種：（1）節(jié)點(diǎn)自檢測(cè)方法。節(jié)點(diǎn)自檢測(cè)的方法依賴(lài)于節(jié)點(diǎn)自身所包含的功能進(jìn)行故障檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給管理節(jié)點(diǎn)，通過(guò)軟件和硬件的接口檢測(cè)物理節(jié)點(diǎn)的失效；（2）鄰居協(xié)作的方法。鄰居協(xié)作的基本思想就是在節(jié)點(diǎn)發(fā)出故障告警之前，將節(jié)點(diǎn)獲得的故障信息與鄰居獲得的故障信息進(jìn)行比較，得到確認(rèn)的情況下才將故障信息發(fā)往管理節(jié)點(diǎn)；（3）基于分簇的方法。基于分簇的方法將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成不同的簇，從而將故障管理也分散到各自的區(qū)域內(nèi)完成。簇內(nèi)采用散播的方式來(lái)定位失敗節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)與一跳范圍內(nèi)的鄰居以某種規(guī)則交換信息。通過(guò)分析收集到的信息，根據(jù)預(yù)先定義的失敗檢測(cè)規(guī)則可以最終確定失敗節(jié)點(diǎn)。接著，如果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)故障節(jié)點(diǎn)，該區(qū)域所在的節(jié)點(diǎn)將會(huì)把信息傳播給所有的簇。
3 結(jié)束語(yǔ)
總之，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信等技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了現(xiàn)代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了人們信息獲取能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供最直接、最有效、最真實(shí)的信息。集中式方法與分布式方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)于不同應(yīng)用類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)該選取不同的方法。
[參考文獻(xiàn)]
[1]陳雄，杜以書(shū)，唐國(guó)新.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2005（02）.
關(guān)鍵詞： 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)； 故障數(shù)據(jù)采集； 預(yù)警系統(tǒng)； 安卓技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào)： TN711?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）04?0163?04
Design of a fault early warning system for wireless sensor network
CHI Mingwen1， MENG Qingjuan1， MA Zhanfei2
（1. Institute of Electronic Commerce， Baotou Light Industry Vocational Technical College， Baotou 014035， China；
2. School of Information Science and Technology， Baotou Teachers′ College of Inner Mongolia University of Science and Technology， Baotou 014030， China）
Abstract： Since the traditional early warning system can′t warn the wireless sensor network fault effectively， and has low reliability and accuracy due to the various fault types of the wireless sensor network， a wireless sensor network fault warning system with high reliability and accuracy was constructed. The system is composed of the fault data acquisition and screening module， fault identification module， database， and portable communication device. The fault data acquisition and screening module is used to acquire and screen the various fault data in the wireless sensor network， and transmit the fault data to the fault identification module for fault early warning. When the fault identification module can′t warn the fault automatically， the maintenance personnel will involve. The database provides the fault data storage area for the system， and gathers， analyzes and outputs the data， so that the users manage the wireless sensor network. The Android technology is applied by the system software to let the users acquire the fault early warning information through the portable communication device in real time. The algorithm code in the fault data collection process is given. The experimental results show that the system has high reliability and accuracy.
Keywords： wireless sensor network； fault data acquisition； early warning system； Android technology
0 引 言
近年恚無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低廉的成本和設(shè)置靈活性，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、電子通信和醫(yī)療等領(lǐng)域[1?3]。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的故障種類(lèi)較多，傳統(tǒng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效預(yù)警，可靠性和準(zhǔn)確性較低[4?6]。因此，構(gòu)建可靠性和準(zhǔn)確性較高的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)，已成為科研組織的重點(diǎn)研究方向。
以往研究的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)均存在一定的問(wèn)題，如文獻(xiàn)[7]提出基于自供電技術(shù)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的電路問(wèn)題進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)警，整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性較高。但自供電技術(shù)受環(huán)境溫度和輻射的影響較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性偏低。文獻(xiàn)[8]提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)，其故障糾錯(cuò)率和應(yīng)用性均很高。但該系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中需要花費(fèi)大量的人力對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和檢修，運(yùn)行成本較高，不適合中、小企業(yè)使用。文獻(xiàn)[9]提出基于網(wǎng)絡(luò)模塊辨認(rèn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)將所檢測(cè)到的故障問(wèn)題進(jìn)行模塊分離，分別對(duì)各模塊中的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警和整修，正確性較高。但該系統(tǒng)的辨認(rèn)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，預(yù)警效率不高。文獻(xiàn)[10] 提出基于模糊推理的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)，利用模糊推理方法將系統(tǒng)收集到的故障問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)，預(yù)警效率較高。但模糊推理方法的局限性較強(qiáng)，故整個(gè)系統(tǒng)的可靠性不高。
為了解決以上問(wèn)題，構(gòu)建可靠性和準(zhǔn)確性較高的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性。
1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)由故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊、故障辯證模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和便攜式通信設(shè)備組成。圖1是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。
故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊作為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的初始處理模塊，是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)保障。該模塊為故障辯證模塊提供故障問(wèn)題的數(shù)據(jù)源。當(dāng)故障辯證模塊無(wú)法自動(dòng)給出無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的故障預(yù)警時(shí)，使用者將在便攜式通信設(shè)備上接收到故障信息，并派維修人員介入處理。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)推薦處理方案，供維修人員參考。
1.2 故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊設(shè)計(jì)
故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊能夠?qū)o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中各種故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和篩選。該模塊屬于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的操作層，其包括數(shù)據(jù)緩存區(qū)、數(shù)據(jù)篩選區(qū)和數(shù)據(jù)傳輸區(qū)，工作原理如圖2所示。
由圖2可知，故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊的工作流程為：先設(shè)置模塊故障篩選參數(shù)，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的故障類(lèi)型主要包括網(wǎng)絡(luò)連通不暢、病毒感染、緩存區(qū)信息過(guò)量和電源不正常供電等。將傳感器網(wǎng)j中各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總，并統(tǒng)一上傳至故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊的數(shù)據(jù)緩存區(qū)，防止在數(shù)據(jù)篩選過(guò)程中出現(xiàn)信道擁堵。數(shù)據(jù)篩選區(qū)依次將數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取出來(lái)，以預(yù)設(shè)的故障參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，篩選出無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的故障數(shù)據(jù)。由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)非常龐大，因此，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)為該模塊提供了專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)整理人員，以保證故障數(shù)據(jù)篩選工作的準(zhǔn)確性。篩選出的故障數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸區(qū)反饋給故障辯證模塊。
1.3 故障辯證模塊設(shè)計(jì)
故障辯證模塊能夠?qū)o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行辯證，給出最優(yōu)解決方案后將預(yù)警信息傳輸給使用者。由于故障數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的故障問(wèn)題往往較為籠統(tǒng)，因此，如何將故障問(wèn)題進(jìn)行正確辯證，是該模塊需要解決的重點(diǎn)內(nèi)容。圖3是故障辯證模塊工作原理圖。
由圖3可知，故障辯證模塊分為三步進(jìn)行故障數(shù)據(jù)的辯證工作，分別為推導(dǎo)辯證、模糊分類(lèi)和人工查核。故障辯證模塊接收到故障數(shù)據(jù)后，先進(jìn)行數(shù)據(jù)的推導(dǎo)辯證，得出初始辯證結(jié)果。具體或常見(jiàn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題可直接通過(guò)該初始辯證結(jié)果進(jìn)行故障預(yù)警；對(duì)于較為籠統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題，則需要對(duì)其進(jìn)行模糊分類(lèi)。將網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題按照無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行分類(lèi)，其類(lèi)別包括產(chǎn)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、故障節(jié)點(diǎn)等。同時(shí)，故障辯證模塊配備輸入接口，使用者可根據(jù)自身情況進(jìn)行模糊分類(lèi)的個(gè)性化設(shè)置。模糊分類(lèi)后，98%的故障問(wèn)題均能直接進(jìn)行故障預(yù)警。
由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的故障問(wèn)題更新速度較快，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)無(wú)法提前預(yù)知特殊的故障問(wèn)題。因此，余下2%的故障問(wèn)題需要通過(guò)人工查核進(jìn)行故障預(yù)警。經(jīng)人工查核后給出的最優(yōu)解決方案，會(huì)實(shí)時(shí)更新到系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)中。故障辯證模塊中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)均會(huì)被實(shí)時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，完善系統(tǒng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)據(jù)。
1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫(kù)為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)提供故障數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，并進(jìn)行故障數(shù)據(jù)的匯總、解析和輸出。數(shù)據(jù)庫(kù)雖沒(méi)有直接參與系統(tǒng)的故障預(yù)警工作，卻能夠提供給使用者完善無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的理論依據(jù)。圖4為數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖。
由圖4可知，數(shù)據(jù)庫(kù)是根據(jù)故障數(shù)據(jù)和故障解決方案構(gòu)建的大型“虛擬圖書(shū)館”，其擁有信息索引、報(bào)表統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)輸出打印等平臺(tái)。數(shù)據(jù)庫(kù)的信息索引平臺(tái)可以提供給使用者多種系統(tǒng)預(yù)設(shè)方案。使用者也可利用報(bào)表統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，獲取無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，并對(duì)報(bào)表進(jìn)行輸出和打印。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)報(bào)表平臺(tái)也為使用者提供了故障數(shù)據(jù)的解析功能，給出無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題的產(chǎn)生原因和維護(hù)措施，幫助使用者構(gòu)建安全穩(wěn)定的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)庫(kù)不但收集了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，也借鑒了各大學(xué)術(shù)網(wǎng)站中關(guān)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障的網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)庫(kù)提供給故障辯證模塊故障問(wèn)題解決方案的理論依據(jù)，包括無(wú)線傳感器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、配置數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)等，確保故障辯證模塊更好地進(jìn)行故障數(shù)據(jù)的辯證工作。在故障辯證模塊的推導(dǎo)辯證、模糊分類(lèi)和人工查核工作中，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)推薦多種維修方案，供使用者選擇。數(shù)據(jù)庫(kù)的推薦功能可根據(jù)使用者需求隨時(shí)關(guān)閉或開(kāi)啟。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)利用安卓技術(shù)，開(kāi)放系統(tǒng)源代碼。使用者可在便攜式通信設(shè)備上預(yù)裝系統(tǒng)軟件，當(dāng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出故障預(yù)警信號(hào)后，系統(tǒng)軟件會(huì)第一時(shí)間彈出提醒信息。使用者足不出戶便可以了解到無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。圖5是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。
圖5中，安卓技術(shù)為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)提供故障查詢、故障采集、預(yù)警查詢和報(bào)表查詢等功能。
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能能夠保護(hù)便攜式通信設(shè)備中的系統(tǒng)軟件免受外界攻擊，其通信接口與軟件的編程語(yǔ)言相互獨(dú)立，為使用者提供數(shù)據(jù)隱藏和設(shè)立管理員密碼的服務(wù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性。
基于RMI的分布式應(yīng)用能夠增強(qiáng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)軟件的兼容性。同時(shí)，該軟件的錯(cuò)誤修正率和指令變通性較高，滿足多平臺(tái)的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，且開(kāi)發(fā)費(fèi)用低，傳輸效率高，符合使用者對(duì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的需求。
2.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)軟件代碼
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)使用C語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)，給出用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的故障采集過(guò)程的算法代碼，其中包含故障數(shù)據(jù)初始化和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：
Int Wireless_sensor _error；
%無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)據(jù)初始化
null Wireless_sensor _error （null）
{
Free bytes n；
for（n=0；n
{
WDI=WDI； %清空系統(tǒng)緩存數(shù)據(jù)
Wl_buff[i] = ＼0；
}
Way1 = null；
way 2=null；
Keep_ Wireless_sensor _error = null；
Gain_ Wireless_sensor _error = 0；
Wireless_sensor _error = 0；
TXD_ Wireless_sensor _error = null；
WDI=～WDI；
Wl_buff[0] = ′W′；
Wl_buff[1] = ′S′；
Wl_buff[2] = ′E′；
}
TXD_ fault_ information；
%無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)據(jù)的發(fā)送
null TXD_w_ information（null）
{
while（（Keep_WSE= 1）&（Gain_WSE=1））；
%接收初始化故障信息數(shù)據(jù)
TXD_ address_message = 1；
address_message _s_ information = 0；
SBUF0=address_message[address_message_e_information]； %稻莘⑺
WDI=WDI；
Wl_buff[Keep _ address_message] = x00；
Keep_address_message ++；
WDI=WDI；
Wl_buff[Keep_address_message] =x00；
for（n=0；n
{
Wl_information[i] = Wl_buff[i]； %將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并復(fù)制
WDI=WDI； }
3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性，利用本文系統(tǒng)采集了某傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)的可靠性測(cè)試和準(zhǔn)確性測(cè)試可從系統(tǒng)電壓變化和數(shù)據(jù)接收率入手。系統(tǒng)電壓變化浮動(dòng)越小，系統(tǒng)抗干擾能力就越強(qiáng)，則系統(tǒng)的可靠性就越高；而數(shù)據(jù)接收率直接影響著無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的故障排除率，故障排除率同系統(tǒng)準(zhǔn)確性呈正相關(guān)。
3.1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)準(zhǔn)確性測(cè)試
實(shí)驗(yàn)在無(wú)干擾情況下進(jìn)行無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，并將系統(tǒng)的電源電壓數(shù)據(jù)提取出來(lái)。圖6是無(wú)干擾情況下電源電壓變化圖。
圖6中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的電源電壓在218～250 V之間浮動(dòng)，屬正常現(xiàn)象。造成此現(xiàn)象的主要原因是：由于系統(tǒng)電路元件在工作過(guò)程中會(huì)消耗一定的電源能量，導(dǎo)致初始電源電壓無(wú)法令系統(tǒng)所有電路元件正常運(yùn)作。因此，需在特定時(shí)間段適量提高系統(tǒng)電源電壓值，以滿足整個(gè)系統(tǒng)電路的運(yùn)行需求。
實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到30 h，在原有條件下升高環(huán)境溫度并增加輻射。圖7是有干擾情況下電源電壓變化圖。
對(duì)比圖6和圖7可知，在加入干擾因素后，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的電源電壓浮動(dòng)增強(qiáng)趨勢(shì)并不明顯。系統(tǒng)電源電壓的最大值和最小值分別為256 V和215 V，抗干擾能力較強(qiáng)，驗(yàn)證了本文無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)具有較高的可靠性。
3.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)可靠性測(cè)試
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收率受多種因素影響，表1為故障節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)安裝點(diǎn)之間距離對(duì)數(shù)據(jù)接收率的影響情況。
表1 距離對(duì)數(shù)據(jù)接收率的影響情況
由表1可知，故障節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)安裝點(diǎn)之間距離越近，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收率越高；數(shù)據(jù)接收率還與數(shù)據(jù)傳輸量有關(guān)，相同情況下，數(shù)據(jù)傳輸量越低，數(shù)據(jù)接收率越高。系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收率的最低值和最高值分別為95.65%和98.77%，平均值為97.18%。數(shù)據(jù)接收率整體較高，且波動(dòng)較小，驗(yàn)證了本文無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)具有較高的可靠性。
4 結(jié) 論
本文構(gòu)建可靠性和準(zhǔn)確性較高的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊、故障辯證模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和便攜式通信設(shè)備組成。故障數(shù)據(jù)采集篩選模塊對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中各種故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和篩選，并將故障數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦收限q證模塊進(jìn)行故障預(yù)警。當(dāng)故障辯證模塊無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行故障預(yù)警時(shí)，維修人員將介入處理。數(shù)據(jù)庫(kù)為系統(tǒng)提供故障數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，并對(duì)其進(jìn)行匯總、解析和輸出，以供使用者管理無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)軟件利用安卓技術(shù)，令使用者通過(guò)便攜式通信設(shè)備實(shí)時(shí)獲取故障預(yù)警信息，并給出了故障數(shù)據(jù)采集過(guò)程的算法代碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性。
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【關(guān)鍵詞】汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)；故障機(jī)理；診斷方案
目前，很多廠商都在自己生產(chǎn)的車(chē)輛上使用了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將車(chē)上的控制單元連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了很多系統(tǒng)的信息共享，增加了控制功能，減少了線束的數(shù)量，使線束更容易布置。但網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用增加了車(chē)輛的維修難度。在與維修企業(yè)的接觸中，許多維修人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的診斷還停留在傳統(tǒng)的方式，不能利用故障現(xiàn)象和診斷數(shù)據(jù)綜合分析，快速排除故障。究其原因是因?yàn)椴涣私廛?chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和工作原理，不懂得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的機(jī)理，更不能使用有效的方法和儀器對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行診斷。本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行了說(shuō)明與總結(jié)，制定了CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本的診斷方案，并對(duì)每一步驟進(jìn)行了說(shuō)明。
一、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)故障產(chǎn)生機(jī)理分析
在對(duì)大量的實(shí)際接觸到的網(wǎng)絡(luò)故障案例和收集的網(wǎng)絡(luò)故障案例進(jìn)行分析，引起車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障的原因一般有三種：
1、汽車(chē)電源系統(tǒng)引起的故障
該故障產(chǎn)生的機(jī)理是，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分是含有通訊IC芯片的電控模塊，其正常工作電壓在10.5～15.0V的范圍內(nèi)，如果汽車(chē)電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，一些對(duì)工作電壓要求高的電控模塊就會(huì)出現(xiàn)短暫的停止工作，從而使整個(gè)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)短暫的無(wú)法通訊。這種現(xiàn)象就如同用故障檢測(cè)儀在未啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)就已經(jīng)設(shè)定好要檢測(cè)的傳感器界面，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，故障檢測(cè)儀往往又回到初始界面。
2、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈路故障
該故障產(chǎn)生的機(jī)理是，當(dāng)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈路（或通訊線路）出現(xiàn)故障時(shí)，如通訊線路的短路、斷路以及線路物理性質(zhì)引起的通訊信號(hào)衰減或失真，都會(huì)引起多個(gè)電控單元無(wú)法工作或電控系統(tǒng)錯(cuò)誤動(dòng)作。判斷是否為鏈路故障時(shí)，一般采用示波器或汽車(chē)專(zhuān)用光纖診斷儀來(lái)觀察通訊數(shù)據(jù)信號(hào)是否與標(biāo)準(zhǔn)通訊數(shù)據(jù)信號(hào)相符。對(duì)于這部分故障本文將作重點(diǎn)分析。
3、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)故障
節(jié)點(diǎn)是車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的電控模塊，因此節(jié)點(diǎn)故障就是電控模塊的故障。它包括軟件故障和硬件故障。軟件故障--即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊出現(xiàn)混亂或無(wú)法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無(wú)法維修。硬件故障--一般由于通訊芯片或集成電路故障，造成車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。對(duì)于采用低版本信息傳輸協(xié)議和點(diǎn)到點(diǎn)信息傳輸協(xié)議的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如果有節(jié)點(diǎn)故障，將出現(xiàn)整個(gè)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)法工作。在實(shí)際故障中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障一般表現(xiàn)為電控單元內(nèi)部損壞和控制單元編碼錯(cuò)誤。應(yīng)注重這兩方面的檢查。
二、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測(cè)原理
數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的錯(cuò)誤可能是由于接觸不良、短路、軟件錯(cuò)誤或外部強(qiáng)電場(chǎng)引起的。控制器區(qū)域網(wǎng)CAN網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)的原理可以分為錯(cuò)誤識(shí)別、錯(cuò)誤處理兩個(gè)方面。
1、錯(cuò)誤識(shí)別
在網(wǎng)絡(luò)總線上各控制單元之間的信息以高低電位組成的電碼（幀）傳遞，發(fā)送器具有識(shí)別錯(cuò)誤的能力以監(jiān)測(cè)總線信號(hào)為基礎(chǔ)。每個(gè)發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)總線電平，此時(shí)會(huì)立即識(shí)別所發(fā)送比特與所接收比特之間的差異。此外接收器還檢查總線信號(hào)的邏輯性。
因此可以識(shí)別五種不同的錯(cuò)誤。
2、錯(cuò)誤處理
某個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)識(shí)別到的每個(gè)錯(cuò)誤都立即通過(guò)一條錯(cuò)誤信息（錯(cuò)誤幀）提供給所有其他節(jié)點(diǎn)。因此所有總線設(shè)備不再將此前接收的信息繼續(xù)發(fā)送給應(yīng)用程序微控制器。在此通過(guò)自動(dòng)重復(fù)傳輸有錯(cuò)誤的信息來(lái)校正錯(cuò)誤。
為了在出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)因發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志而造成控制單元在總線上的所有數(shù)據(jù)交換失效，控制單元根據(jù)一個(gè)確定的算法逐漸從總線事件中退出。因此，第一級(jí)復(fù)位后觸發(fā)錯(cuò)誤標(biāo)志的節(jié)點(diǎn)只允許發(fā)送由高位啟用（隱性）比特組成的被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。其結(jié)果是這個(gè)控制單元不會(huì)再阻礙總線上的數(shù)據(jù)交換。但是，在這種狀態(tài)下該控制單元可以繼續(xù)發(fā)送和接收信息。
如果一個(gè)或多個(gè)總線設(shè)備多次干擾系統(tǒng)且發(fā)送錯(cuò)誤或接收錯(cuò)誤的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器達(dá)到規(guī)定限值，就會(huì)將這個(gè)或這些設(shè)備與總線完全斷開(kāi)。在這種總線關(guān)閉狀態(tài)下，這些控制單元無(wú)法發(fā)送或接收信息。
錯(cuò)誤主動(dòng)與錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài)之間的過(guò)渡通過(guò)CAN控制器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。只有通過(guò)相應(yīng)的操作，例如軟件或硬件復(fù)位，才能撤消總線關(guān)閉狀態(tài)。
三、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方案
汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用增加了車(chē)輛故障診斷的難度。針對(duì)目前維修人員還不能有效的進(jìn)行車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)故障診斷。本文經(jīng)過(guò)對(duì)大量的網(wǎng)絡(luò)故障案例進(jìn)行研究，總結(jié)出一套針對(duì)網(wǎng)絡(luò)診斷的基本方案（見(jiàn)圖1）。在診斷網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)可以進(jìn)行參考，并對(duì)其進(jìn)行靈活運(yùn)用。
網(wǎng)絡(luò)故障排除診斷方案
在此方案中的每一步功能都含有若干個(gè)小的測(cè)試步驟，而且要根據(jù)具體的上一步測(cè)試結(jié)果進(jìn)行下一步的診斷。方案的具體步驟在下文中具體進(jìn)行解釋。
1、對(duì)“驗(yàn)證故障現(xiàn)象，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能分析”的說(shuō)明
當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，首先要驗(yàn)證故障現(xiàn)象，驗(yàn)證故障現(xiàn)象的同時(shí)，就要分析故障。采用總線控制的車(chē)輛，無(wú)論是總線網(wǎng)絡(luò)故障還是掛在總線上的任一控制模塊出現(xiàn)故障，都可能對(duì)其它控制模塊（或部件）產(chǎn)生影響，使其不能正常工作。所以，排除這類(lèi)故障時(shí)，檢修思路不能僅僅局限在故障部件，還要考慮總線上的其他部件的影響。可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能是否實(shí)現(xiàn)，來(lái)初步判斷故障范圍。判斷這類(lèi)故障要基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的了解，熟知在網(wǎng)絡(luò)上傳遞哪些數(shù)據(jù)流。
以某品牌車(chē)型為例，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示。動(dòng)力系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)與信息娛樂(lè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)總線接口（網(wǎng)關(guān)）交換數(shù)據(jù)。交換的數(shù)據(jù)有：
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息
動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線向儀表組件傳送數(shù)據(jù)，再由組合儀表組件驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)丟失或動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊處于不良狀態(tài)時(shí)，儀表組件將轉(zhuǎn)速表驅(qū)動(dòng)到Or/min。
（2）燃油信息
燃油液面?zhèn)鞲衅鲗⑷加臀恢眯盘?hào)傳遞給動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線給儀表組件傳送燃油液面數(shù)據(jù)，再由組合儀表驅(qū)動(dòng)燃油表指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)燃油數(shù)據(jù)丟失或發(fā)動(dòng)機(jī)電腦處于不良狀態(tài)時(shí)，儀表組件將燃油表驅(qū)動(dòng)到零位置。
（3）冷卻液溫度信息
冷卻液溫度數(shù)據(jù)在動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊內(nèi)計(jì)算，動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線向儀表組件傳遞冷卻液溫度數(shù)據(jù)，再由組合儀表驅(qū)動(dòng)溫度表指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度數(shù)據(jù)丟失或發(fā)動(dòng)機(jī)電腦不良狀態(tài)時(shí)，儀表組件將溫度表驅(qū)動(dòng)到低位。
（4）檔位顯示信息
位于變速器外殼上的檔位開(kāi)關(guān)將變速桿位置信號(hào)送往動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊再將此信號(hào)處理翻譯后，通過(guò)數(shù)據(jù)總線送往儀表板，在儀表板上將有正確的變速桿位置顯示。如果動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊檢測(cè)到無(wú)效的檔位組合或總線有故障，儀表中將無(wú)相應(yīng)的檔位顯示。
2、對(duì)“診斷儀器查詢故障代碼，根據(jù)不同的故障代碼，分類(lèi)進(jìn)行診斷”的說(shuō)明
初步判斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否故障，可以利用診斷儀讀取總線系統(tǒng)故障代碼。由于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般均采用節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，按系統(tǒng)使用的邏輯環(huán)要求，網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的任何節(jié)點(diǎn)都必須能夠?qū)⒏袦y(cè)信息發(fā)送到所有其他節(jié)點(diǎn)，并能從其他節(jié)點(diǎn)接收信息。因此，若某個(gè)節(jié)點(diǎn)（控制單元）出現(xiàn)故障，不能發(fā)送或接收相應(yīng)的感測(cè)信息時(shí)，除控制單元本身能檢測(cè)到總線相關(guān)故障代碼（也有可能不能進(jìn)入該控制單元），系統(tǒng)內(nèi)其他控制單元也會(huì)有指向該控制單元信息傳輸不良的故障代碼。例如大眾車(chē)系的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障代碼有“01336—舒適系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線單線通訊”、“0133l一駕駛員側(cè)車(chē)門(mén)J386控制單元沒(méi)有通訊”等故障提示，但故障代碼不能給出具體的CAN總線網(wǎng)絡(luò)鏈路故障，還要采用其他的方式進(jìn)行故障分析，局限性較大。
3、對(duì)“沒(méi)有故障代碼，查詢數(shù)據(jù)流 ”的說(shuō)明
使用診斷儀的讀取數(shù)據(jù)流功能也可以初步判斷故障。可以利用診斷儀進(jìn)入測(cè)量數(shù)據(jù)塊功能讀取總線測(cè)量數(shù)據(jù)。以大眾車(chē)系為例中，可以讀取CAN網(wǎng)絡(luò)的通訊狀態(tài)，若CAN通訊狀態(tài)為1，表明在測(cè)的控制單元正在接收指定控制單元的信息。若CAN通訊狀態(tài)為0，表示不能正常接收和傳輸信號(hào)。而每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組一般部由4個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)排列組成，每個(gè)區(qū)分別代表了不同的內(nèi)容，若該車(chē)型沒(méi)有相應(yīng)的控制單元時(shí)，數(shù)據(jù)就不會(huì)顯示。讀取數(shù)據(jù)流的功能可以幫助我們縮小故障范圍。表1所示為某車(chē)型舒適網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)流，從表中可以看到乘客車(chē)門(mén)導(dǎo)線出現(xiàn)問(wèn)題，測(cè)量值與正常值不符。
4、對(duì)“執(zhí)行元件測(cè)試功能”的說(shuō)明
利用診斷儀進(jìn)行執(zhí)行元件測(cè)試功能是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障很直觀的方法。在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中，如果控制單元A的執(zhí)行器不工作。通過(guò)診斷儀與控制單元A相連，指令控制單元A驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作，如果執(zhí)行元件能夠正常工作，說(shuō)明控制單元A工作正常。這樣的結(jié)果告訴我們重點(diǎn)排查與A通信的控制單元及網(wǎng)線的通斷。
5、對(duì)“波形測(cè)試確定故障”的說(shuō)明
由于通信線路短路、斷路及線路物理性質(zhì)引起的通信信號(hào)衰減或失真的鏈路故障，是汽車(chē)車(chē)載CAN總線網(wǎng)絡(luò)類(lèi)故障中概率較高的一種。常見(jiàn)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)鏈路故障有：CAN—H和CAN—L在某點(diǎn)分別對(duì)正、負(fù)極短路：某節(jié)點(diǎn)的CAN—H和CAN—L分別斷路：CAN—H和CAN—L之間在某點(diǎn)短路：CAN—H和CAN—L同時(shí)對(duì)正、負(fù)極短路。通過(guò)示波器測(cè)試出總線的波形，可以將測(cè)試出的波形與正常的波形進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的鏈路故障。對(duì)于使用示波器測(cè)試網(wǎng)絡(luò)故障將在在下文重點(diǎn)闡述。特別要說(shuō)明的是在舒適CAN中，某些鏈路故障可以采用單線運(yùn)行模式，對(duì)外部并不能表現(xiàn)故障現(xiàn)象。
6、對(duì)“使用電阻測(cè)量方法排除故障”的說(shuō)明
在某些車(chē)系上可以通過(guò)對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的電阻進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)具體的故障點(diǎn)。電阻測(cè)量網(wǎng)絡(luò)故障要和其它方法配合使用。有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如大眾的某些車(chē)型不能測(cè)量舒適和信息娛樂(lè)CAN的控制單元內(nèi)阻。
下面舉例說(shuō)明使用控制單元測(cè)量驅(qū)動(dòng)CAN的電阻。如圖3為某車(chē)型驅(qū)動(dòng)CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，電阻測(cè)量方法如下：
①拆開(kāi)蓄電池5分鐘。
④控制單元與控制單元之間的數(shù)據(jù)線的測(cè)量
在測(cè)量控制單元之間的數(shù)據(jù)線時(shí)，要將控制單元斷開(kāi)，測(cè)量導(dǎo)線的通斷，電阻應(yīng)小于1Ω，否則導(dǎo)線之間有斷路的故障或其它鏈路故障。此方法最好配合波形測(cè)試一起進(jìn)行。
【關(guān)鍵詞】齒輪；故障診斷；診斷技術(shù)、
1.齒輪故障的基本特征及診斷原理
齒輪故障分大周期故障和小周期故障。
大周期故障是指以齒輪的回轉(zhuǎn)頻率為基本頻率特征的故障。如偏心、裂紋和斷齒等，它們有的以誤差形式影響頻譜，有的則以突變的剛度形式影響響應(yīng)。小周期故障是指以輪齒的嚙合頻率為基本頻率特征的故障如膠合、點(diǎn)蝕和磨損等，它們大都以變相位的誤差形式影響頻譜。其基本特征表現(xiàn)如下：
（1）具有大周期故障的齒輪在回轉(zhuǎn)頻率及其諧波處的振幅隨故障的惡化而加大，而具有小周期故障的齒輪在嚙合頻率及其諧波處的振幅隨故障的惡化而加大。
（2）具有大周期故障的齒輪在嚙合頻率及其諧波處產(chǎn)生以故障齒輪的回轉(zhuǎn)頻率為間隔的邊頻帶族，并隨著故障的惡化而加劇。
（3）具有大周期故障的齒輪，在嚙合頻率及其諧波處的振幅與故障關(guān)系不大，而具有小周期故障的齒輪，在回轉(zhuǎn)頻率及其諧波處的振幅與故障無(wú)關(guān)。
齒輪傳動(dòng)的故障監(jiān)測(cè)與診斷的目的是要及時(shí)準(zhǔn)確地把握設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防維修，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性。因此，及早發(fā)現(xiàn)齒輪系統(tǒng)的各類(lèi)故障并預(yù)測(cè)故障的發(fā)展趨勢(shì)十分重要。振動(dòng)檢測(cè)往往測(cè)量的是箱體表面的振動(dòng)量，所測(cè)振動(dòng)信號(hào)通常包含有傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)零部件運(yùn)動(dòng)所引起的各種常規(guī)振動(dòng)和齒輪故障所引起的振動(dòng) 這些振動(dòng)分量之間相互影響、相互耦合，組成非常復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)。所以，齒輪箱的故障信號(hào)中常常包含了非平穩(wěn)成分。傳統(tǒng)的時(shí)域分析方法或頻域分析方法只適用于分析信號(hào)的頻率分量或信號(hào)的統(tǒng)計(jì)量不隨時(shí)間變化的平穩(wěn)信號(hào)。
當(dāng)齒輪存在局部故障時(shí)，由于齒的損傷可能激發(fā)瞬態(tài)的沖擊信號(hào)，齒輪嚙合頻率及其諧頻被調(diào)制邊頻帶緊緊包圍而形成密集邊頻帶。頻域中主要表現(xiàn)在齒輪轉(zhuǎn)速頻率的倍頻成分上，更重要的一點(diǎn)表現(xiàn)在嚙合頻率的邊頻帶上。
2.齒輪故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
2.1模糊診斷分類(lèi)法
以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，利用集合論中的隸屬函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣的概念來(lái)解決故障征兆之間的不確定關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)診斷。
由于模糊診斷可以處理一些不完整的或模糊的知識(shí)，更接近實(shí)際工況，目前模糊診斷方法在故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，使故障診斷的精度得到提高.BocanialacD等使用模糊分類(lèi)器進(jìn)行故障精確診斷，對(duì)每一種故障，范圍從可以忽略的小故障到大型故障，根據(jù)故障強(qiáng)度分為20個(gè)等級(jí)，值得注意的是，通過(guò)試驗(yàn)建立了精確的故障分類(lèi)表，例如建立了通常使用的大、中、小故障的界限分別為5%～30%，35%～60%和65%～100%.與以往單一的大、中、小分類(lèi)相比，把正常狀態(tài)和故障狀態(tài)區(qū)分開(kāi)的精度達(dá)99.60%，診斷結(jié)果的精度大大提高，存在的問(wèn)題是如何建立更加靈活、精確的故障分類(lèi)表以減少不同故障之間的遺漏。
2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法
對(duì)于故障診斷而言其核心技術(shù)是故障模式識(shí)別，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其本身信息處理的特點(diǎn)，如并行性、自學(xué)習(xí)、自組織、聯(lián)想記憶功能等，使得其能夠出色地解決那些傳統(tǒng)模式識(shí)別方法難以解決的問(wèn)題，所以故障診斷是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
目前，已經(jīng)提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大約有幾十種，其中較為有名的有賀浦菲特（Hopfield）模型、多層感知器（MuhilayerPerceptron，簡(jiǎn)稱(chēng)MLP）模型、自適應(yīng)共振理論（Adaptive ResonanceTheory，簡(jiǎn)稱(chēng)ART）、Boltzmann機(jī)、自組織特征映射（Self—OrganizationMap，簡(jiǎn)稱(chēng)SOM）等.它們?cè)诠收显\斷領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于三個(gè)方面：
（1）從模式識(shí)別角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類(lèi)器進(jìn)行故障診斷。
（2）從預(yù)測(cè)角度應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。
（3）從知識(shí)處理角度建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷專(zhuān)家系統(tǒng)。
杜設(shè)亮等Do]將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于齒輪箱故障診斷中.列出齒輪10種常見(jiàn)的故障特征，以齒輪箱的故障征兆參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入層，以被測(cè)齒輪常見(jiàn)的4種典型故障狀態(tài)類(lèi)別為輸出層，建立了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為10-5-4的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).在結(jié)構(gòu)模型及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)因子確定后，輸入齒輪的各故障特征模式樣本作為訓(xùn)練樣本集，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的輸出確定齒輪故障的狀態(tài)類(lèi)別，診斷的均方誤差在0.08以內(nèi)，很好地實(shí)現(xiàn)了由齒輪故障征兆到其故障類(lèi)別的歐氏空間上的非線性映射.其存在的問(wèn)題是：
（1）BP算法訓(xùn)練速度過(guò)于緩慢，通常要數(shù)千步以上。
（2）存在局部最小解問(wèn)題，難以發(fā)現(xiàn)最佳權(quán)重。
（3）網(wǎng)絡(luò)隱含層單元個(gè)數(shù)的確定缺乏嚴(yán)格的理論依據(jù)，通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。
2.3專(zhuān)家系統(tǒng)故障診斷方法
模式識(shí)別診斷法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法都是以數(shù)字量為基礎(chǔ)的，而專(zhuān)家系統(tǒng)是一種“基于知識(shí)”的人工智能診斷系統(tǒng)，它是利用專(zhuān)家的領(lǐng)域知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)為故障診斷服務(wù).目前在機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等故障診斷方面應(yīng)用很成功。
LiaoSH調(diào)查了從1995年～2004年有關(guān)專(zhuān)家系統(tǒng)方法和應(yīng)用的文獻(xiàn)，有關(guān)專(zhuān)家系統(tǒng)的方法主要有l(wèi)1類(lèi)，即：基于規(guī)則的系統(tǒng)、基于知識(shí)的系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專(zhuān)家系統(tǒng)、基于事件的推理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、目標(biāo)定位法、群體智能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)方法、模型和不同研究領(lǐng)域應(yīng)用合成的本體論。
S.C.Liu等研究開(kāi)發(fā)了用于機(jī)械故障診斷的有效的專(zhuān)家系統(tǒng).該系統(tǒng)由故障樹(shù)、模糊群多屬性決策（Fuzzygroupattributedecisionmaking）、知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)4個(gè)模塊組成，在實(shí)際診斷中，采用了100個(gè)樣例，通過(guò)有效的搜索，找出可能出現(xiàn)的故障原因，使整體故障查詢數(shù)下降，曹建平等把基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用到齒輪箱的故障診斷中，這種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)家系統(tǒng)由知識(shí)獲取、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、解釋、輸入輸出等5個(gè)部分組成，在齒輪箱診斷實(shí)例中，選用頻譜中一倍頻顯著，二倍頻顯著等6項(xiàng)指標(biāo)作為征兆，解調(diào)譜中選用細(xì)化包絡(luò)譜與倒頻譜中10項(xiàng)指標(biāo)作為征兆，故障輸出包括軸不對(duì)中、齒輪偏心、齒輪點(diǎn)蝕、齒輪磨損4項(xiàng).用典型的齒輪箱故障與征兆關(guān)系對(duì)14批數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，由此建立了對(duì)這4類(lèi)故障進(jìn)行確診的知識(shí)庫(kù)，經(jīng)過(guò)診斷得到較合理的輸出結(jié)果.該系統(tǒng)是在吸收國(guó)內(nèi)外部分案例與數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行與檢修的經(jīng)驗(yàn)、理論分析與模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果等基礎(chǔ)上，獲取診斷知識(shí)，建立知識(shí)庫(kù)，它在一定程度上模擬了專(zhuān)家憑直覺(jué)和實(shí)例經(jīng)驗(yàn)處理不完全或不確定知識(shí)的能力，適于作為機(jī)械故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)例診斷效果比較理想。
3.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，通過(guò)文獻(xiàn)和實(shí)例的分析，可以證實(shí)采用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)運(yùn)行是確保生產(chǎn)安全、平穩(wěn)運(yùn)行的必要的，可靠的手段。對(duì)故障實(shí)例的分析過(guò)程有力地證明了采用上述方法應(yīng)用于齒輪箱的故障診斷是有效、可行的，必要時(shí)采用多種分析方法同時(shí)分析，可取得更好的分析效果。
【參考文獻(xiàn)】
