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【關鍵詞】網絡;故障;智能化;事件知識庫
一個網絡管理系統有五大功能域:故障管理、配置管理、性能管理、計費管理和安全管理,其中,故障管理是最基本,也是最重要的功能。目的是保證網絡能夠連續可靠地運行。如果網絡服務意外中止,將會對生產、生活造成很大影響,這就需要一套科學的故障管理策略,及時發現故障、排除故障,網絡管理的智能化也是發展的必然趨勢。為此本文針對網絡故障智能化管理進行研究,并提出了建立事件知識庫提高故障管理的智能水平的方法,為網絡故障智能化的進一步發展奠定了基礎。
1、計算機網絡故障管理技術研究
(1)故障管理概述
故障是指軟、硬件的缺陷;錯誤則是軟硬件的不正確輸出;失效是指所有和某故障有關的錯誤造成的網絡的非正常運行。網絡故障按生命周期可分為永久故障、暫時故障和瞬間故障三類;按故障對網絡造成的空間失效范圍的大小,可將失效分為四類:任務失效、基本網絡部件失效、 結點失效和子網失效。故障管理的主要任務是及時發現并排除網絡故障。一般說來,故障管理包括以下幾個內容:故障監測和捕獲故障產生相關的事件和報警;定位分析故障、記錄故障日志;如有可能排除故障等。
(2)故障管理的類型
故障類型指的是具有某種特征的故障的分類。通常我們可以根據故障發生來源的不同,將它們劃分為兩大類,即硬故障(hard errors)和軟故障(soft errors)。
硬故障是指網絡的硬件設備在工作過程中產生的各種錯誤。這些錯誤與該設備的作用有密切關系,網絡系統的復雜性也正是由于設備的多樣性而體現出來的。根據這網絡設備的作用,我們也可以將故障簡單分為以下三類:
①連接設備故障。這種故障的現象主要是網絡的物理連接出現問題,也可以稱為通路故障。造成故障的原因可能是電纜線斷開、收發器斷開或不能正常工作以及其它連接設備間的接口出問題等等。根據這類故障的來源不同,我們又可以將該類型的故障細分為線路故障、網絡接口故障、收發器故障、路由器故障等等,該類故障是故障管理的最主要對象。
②共享設備故障。這種故障的表現是用于資源共享的設備出現問題,不能提供或享受所需的服務。同樣,該類型的故障也可以細分為服務器故障(打印機故障、文件服務器故障等)、工作站故障等等。
故障類型并不是一成不變的,隨著網絡在復雜性和規模上提高,網絡故障管理的要求也在不斷增加。新的技術、設備的應用使故障的類型、故障原因、故障源等各方面都發生了變化,這就要求故障管理系統必須增加新的內容。
2、智能化網絡管理的概述
為了能夠更有效地對各種大型復雜的網絡進行管理,許多研究人員將人工智能技術應用到網絡管理領域。雖然全面的智能化的網絡管理距離實際應用還有相當長的一段路要走,但是在網絡管理的特定領域實施智能化,尤其是基于專家系統技術的網絡管理是可行的。
用于故障管理的專家系統由知識庫、推理機、知識獲取模塊和解釋接口四大主要部分組成。專家系統以其實時性、協作管理、層次性等特點,特別適合用在網絡的故障管理領域。但同時專家系統也面臨一些難題:
(1)動態的網絡變化可能需要經常更新知識庫。
(2)由于網絡故障可能會相關到其它許多事件,很難確定與某一癥狀相關的時間的開始和結束,解釋和綜合消息復雜。
(3)可能需要大量的指令用以標識實際的網絡狀態,并且專家系統需要和它們接口。
(4)專家系統的知識獲取一直以來是瓶頸所在,要想成功地獲取網絡故障知識,需要經驗豐富的網絡專家。
在實現智能化網絡管理系統時,還必須把握系統復雜性與系統性能的關系。不僅要利用將較為成熟的人工智能技術,而且要考慮實現上的復雜度和引入人工智能技術對系統性能和穩定性的影響。
3、事件知識庫的研究
在專家系統中,知識的表示有邏輯表示法、語義網絡表示法、規則表示法、特性表示法、框架表示法和過程表示法。產生式表示法,即規則表示法,是最常見的一種表示法。其特點是模塊性、一致性和自然。知識庫是知識的集合,嚴格意義上的知識庫包括概念、事實和規則只部分,缺一不可。
為了提高故障管理的智能水平,可以建立事件知識庫(EKB, Event Knowledge Base,用于存儲所有己知事件的類型、產生事件的原因和所造成的影響,以及應該采取什么樣的措施等一些細節的靜態描述。這個EKB并不是真正意義上的知識庫,它的數據僅僅包含了屬性值與元組,而屬性值表示概念,元組表示事實。但研究EKB可以為今后建立完善的知識庫奠定基礎。
在EKB中存儲了己經確定事件。最初,被確定的事件僅限于一些標準事件和措施。隨著網絡的運行和系統的反饋,EKB的內容將不斷增加。
理想狀態是能夠確定所有的事件。
下面是EKB涉及到的只種基本的數據庫表:
(1)事件類型表:該表中主要存儲了事件的靜態定義。
EKB中保存了己確定的事件可能涉及的相關知識,如事件類別(如:性能、系統、網絡、應用事件或其它)、嚴重程度(如:嚴重、主要、次要、 警告等)、產生事件的設備標識、指明設備的類型、事件造成什么影響(如:影響網速、單個用戶不能訪問等)、故障排除參考策略、上次更新的時期/時間、關于這個事件的備注信息、事件的詳細描述等。
(2)實時事件表:描述了正在運行的網絡中的實時事件。
實時事件表中提供可能用的一些字段,用于記錄網絡運行中發生的事件,如:設備的ID(從IP地址或查詢設備表可以獲得)、實時事件的狀態(如:新增、確認、清除等)、根據故障票ID獲得的相應的故障票信息等。
(3)設備信息表:存儲了網絡中設備的實際參數。
設備信息表主要記錄了每個設備的相關參數。例如,設備ID號、IP地址、設備名稱、廠商、類型、重要性級別等。
EKB中存儲的相關事件的知識主要來源于專家。開發人員將獲得的知識應用到與故障管理相關的系統中,根據不同系統的需要分配相應的知識,以提高系統性能。雖然EKB并不是嚴格意義上的知識庫,但在開發過程中,可以通過不斷地增加和修正EKB的內容,在一定程度上提高系統的智能水平。
關鍵詞:網絡化智能測控 嵌入式系統 多智能體
中圖分類號:TP273.5 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2016)06-0231-01
1 引言
隨著計算機技術、信息網絡技術以及智能信息處理技術的快速發展和廣泛應用,使得我國的科技發展水平和工業生產模式都較過去有了天翻地覆的改變。對于工業測控領域而言,也因為糅合了信息網絡技術以及智能信息處理技術,從而也推動誕生了一個新的子領域,即網絡化智能測控領域。現階段,因為信息網絡技術以及智能化技術的相關理論還在不斷推進和發展,從而使得這種因糅合了多種技術而新誕生的領域也不斷取得進步,這給我國的工業生產模式帶來了巨大的變革。筆者根據自己多年的研究實踐,對網絡化智能測控領域的一些關鍵技術進行了分析,希望對推動工業測控領域的發展和進步能夠提供一些參考和借鑒。
2 嵌入式Internet的關鍵技術
隨著工業控制技術的發展,當前的控制系統正朝著小型化、嵌入式的方向發展,這種嵌入式控制系統的一個最大優點就是可以實現就近安裝和本地控制,具有控制響應快的特點,缺點則是系統對包括網絡接入協議在內的各類信息的支持能力較弱,這主要受嵌入式系統的軟、硬件性能制約。為了解決該問題,國內外研究學者提出了嵌入式Internet的接入技術、Web服務器技術以及安全技術,下面將對這些關鍵技術進行簡要介紹。
2.1 嵌入式Internet接入技術
當前實現嵌入式的Internet接入主要有以下兩種模式:(1)網關模式。這種模式的一個優點是可以充分利用現有的專用控制網絡協議,通過建立專用網關就可以很好地實現Internet的接入。顯而易見,因為這種模式能夠很好地兼容當前的網絡,所以其實現成本較低,穩定性也較好,因而擁有比較廣泛的應用市場。(2)獨立節點模式。這種模式不需要通過網關實現對Internet的接入,而是將嵌入式系統本身就作為一個獨立節點來接入網絡。因為在這種模式下系統和網絡處于直接互聯的狀態,所以信息傳輸速度會得到足夠好的保障;缺點則是需要系統本身就能夠很好地來支持TCP/IP 網絡協議,因而對嵌入式系統本身的軟、硬件性能都有著比較高的要求。
2.2 嵌入式Internet的Web服務器技術
Web服務器技術可以說是當前人們訪問Internet時使用最多的技術之一,其在基于Internet的嵌入式系統的遠程測控領域也有著比較大的應用潛力。技術人員可以通過瀏覽器來實現遠程測控,這是當前遠程測控領域發展的一個主要趨勢。當然,受限于嵌入式控制系統的軟、硬件性能,使得采用該技術進行遠程測控時,無法支持當前Internet上的龐大Web服務器,所以如何設計實現比較“瘦”的Web服務器以便于嵌入式系統可以順利運行就成為了關鍵技術之一。
2.3 嵌入式Internet安全技術
Internet的一個顯著特點就是它的開放性,任何人都可以通過使用桌面電腦、手機等終端設備來接入,這一方面方便了人們的信息交流和資源共享,但同時也帶來了一定程度的安全問題。雖然當前人們對網絡安全問題的重視度日益提高,也研究發展出了一系列的安全保障技術,但這些技術因為受到嵌入式系統體系結構、系統性能等方面的影響,往往無法直接應用到嵌入式系統當中,這就給接入Internet的嵌入式系統帶來了很大的安全威脅。對于該問題,必須從以下兩個方面進行解決:第一,根據當前網絡的分層結構來重新對嵌入式系統的體系結構進行規劃,力求二者在體系結構方面能盡量實現兼容;第二,通過應用加密等技術來確保系統的安全。
3 基于多智能體的網絡化智能測控
分布式智能控制是當前人工智能以及工業控制領域的一個主要發展趨勢。其中,多智能體系統(multi-agent system,MAS)作為90年代初才被提出來的一項技術,已經成為了分布式智能控制領域的一個研究熱點。MAS的一個最大特點就是它由多個 Agent組成,這些Agent不僅可以單獨完成比較簡單的任務,而且還可以通過互相協作來解決那些比較復雜的現場任務。因為Agent之間具有較為松散和相對獨立的分布式關系,從而使得MAS非常適應當前工業測控系統的網絡化、分布式以及可互操作性的發展需求,將其應用到工業測控系統中具有天然優勢。現階段,雖然將MAS應用到工業測控系統中的研究還大多停留在理論層面,即使是一些實際應用案例也只支持不多的Agent,但筆者堅信,隨著MAS的不斷發展和完善,未來復雜工業過程的智能測控必將朝著基于Multi-Agent的網絡化智能測控的方向發展。
4 結語
總之,網絡化智能測控技術是計算機網絡、自動化理論交互融合的技術,它有力地推動了工業測控理論、技術、體系的革新,應該引起我們充分的重視。
參考文獻
[1]王巖.嵌入式internet技術原理及其實現[J].煤炭技術,2012,31(11):219-220.
[2]白海濤.基于Multi-Agent協同測控模型新能源集熱系統研究[J].現代電子技術,2016,39(2):151-154.
訊:社會化網絡的基本功能是“匯聚”,匯聚內容、匯聚人群。人群是脈絡,內容是肌理,這二者的聚集構成了立體、生動的社群網絡。在社會化網絡中人群與內容二者缺一不可,互為唇齒。如果把社會化網絡理解為人體的血脈系統,人群就可以理解為血管,內容就是血管與血管間傳遞、輸送的血液,當然血液的成分非常復雜,這就是內容的多樣性。同時動脈血與靜脈血卻有著相對清晰的區隔,這就像不同類型的用戶偏好不同類型的內容,是用戶決定了內容的類型。
社會化網絡的這個特征,決定了社會化網絡營銷本質上就是對人群、內容的理解、影響。問題是人群與內容是兩種完全不同目標主體。如果著眼于內容,技術就是不二選擇,只有技術手段才能將海量內容歸類、精煉,并創造類同、能引發普遍用戶共振的內容。技術手段在社會化網絡營銷中扮演的是絕對理性的角色。另一方面社會化網絡中的用戶確實是感性的。社會化網絡將更大的主權賦予了用戶,用戶能依照自我的意愿建立人際網絡結構,并決定其中的內容(如果網絡中的某些人提供的內容經常與用戶喜好相悖,這些人就會被用戶邊緣化,直至被清除出用戶自己的網絡)。同時用戶雖然有共性,但確實是一個非常獨立的個體,如果要與這些個體建立更為持久、穩固的關系并最終獲得影響力,只能通過情感的交互,通過人文關懷才能達成。
從這個角度看,技術手段與人文關懷在網絡營銷的應用上相互依承又互為矛盾,這一對矛盾也是整個網絡文化的最根本矛盾。網絡首先是一種技術,它從誕生那一刻起到發展的每一階段,都帶有濃重的技術色彩。不僅網絡是一種技術,由此延伸的深度服務亦是依托于技術之上,社會化網絡也不例外。
現在看似有效的社會化網絡營銷手段更多的是依托于技術,數據挖掘就是技術的一個集中體現,在網絡廣告時代,數據挖掘是提升網絡廣告效果、降低廣告成本最有效的手段。通過數據挖掘能非常理性的判斷社會化網絡中傳播的內容特征,能判斷用戶行為模式甚至是用戶的心理狀態,通過關聯及推送技術又能將配對相對吻合的內容和用戶。
但是社會化網絡營銷中采用的技術本身并不關注人,而是關注人的行動。然而,任何一種技術,從它走出實驗室走向實際應用的那一刻起,就應該要具有“人文”的色彩。而社會化網絡從根本上說就是人化網絡,首先要面對的是人文性。無法單純采用技術手段期望能和用戶建立起人化的關系。(文/沈祿政)
關鍵詞:智能電網;一體化;信息通信網
中圖分類號:TN915.5文獻標識碼:A文章編號:1005-3824(2014)04-0080-04
0引言
隨著智能電網建設和“三集五大”體系的推進,電力信息通信網絡面臨諸多挑戰[12]。承載業務正逐步從傳統電網核心單一業務保障向多業務接入、互動化方向發展;網架結構及設備向融合化、一體化方向發展;承載網向大流量、IP化方向發展。
本文以目前省層面電力信息通信網絡為基礎,探討新架構網絡,達到全面覆蓋、業務貫通、網絡扁平化、信息通信專業一體化、網絡層次功能明確的一體化省級電力信息通信網絡。
1信息通信網絡存在的問題
現有電力信息通信網對未來業務形式、流量流向的變革準備不足,導致無論在終端接入網、承載網及支撐網方面都存在一定的問題和困惑。
1)電力終端通信接入網絡覆蓋率低,難以滿足IP電話、視頻、數據及新型智能配用電業務的接入需求。
2)數據業務已成為智能電網信息業務主流,傳統的SDH/MSTP傳輸網絡,內核基于TDM,帶寬無法動態分配,傳送大顆粒、IP化數據的效率較低。
3)早期基于業務“專網專用”的堆疊式建網模式,導致目前通信網絡平面繁多,架構日趨復雜,設備利用率較低,維護困難,“綜合接入、一體傳送”的融合化、扁平化網絡是網絡發展趨勢。
4)網絡層級過多,業務貫通性差。仍采用基于傳統調度網的多層級網絡架構,層級之間的轉換和瓶頸太多,嚴重影響通信效率、浪費資源,業務貫通性差。
5)信息通信網絡的物理隔離,網絡資源無法整合復用,分離的網絡阻礙實現業務的互聯互通與增值,不利于業務系統向桌面的延伸。
2網絡發展目標
電力信息通信網演進方向是由當前多級多層次網絡架構向一體化網絡架構的轉變。建設基于智能電網的信息通信網絡需實現如下目標。
1)構建全覆蓋網絡。覆蓋電網所有電壓等級、所有專業、所有單位和所有業務。
2)構建扁平化網絡。充分利用網絡扁平化設計技術優化網絡架構,減少轉接層級,提高效率。
3)構建業務貫通網絡。新架構是業務“全面覆蓋、縱向貫通、橫向到邊”的高效通信網絡。
4)構建信通融合網絡。打破原有信息和通信界限,從網絡、業務層面構建信通融合一體化網絡。
3一體化網絡研究
為了對智能電網背景下一體化信息通信網絡進行分析研究,首先需探討未來電力通信網業務,結合業務情況分析信息通信融合的技術路線及實現模式,提出信息通信網絡融合、一網承載的網絡架構。
3.1信息通信業務
隨著智能電網的發展,電力通信業務類型、流量、流向發生了巨大變化。通過分析電力通信業務斷面、斷面業務種類及數據流向,建立局站業務模型,為電力網絡規劃提供科學數據[3]。研究將電網業務分為3類業務:一類業務,電網調度通信業務,是電網通信業務中為電網調度繼電保護及安全自動裝置、自動化系統和指揮提供數據、語音、圖像等服務的通信業務;二類業務,電網管理服務通信業務,是電網通信業務中為電網企業行政交換、電視電話會議、應急指揮通信、管理、辦公等提供信息化服務的通信業務;三類業務,外網VPN業務。
各業務實時性、傳輸時延要求、誤碼率、通信方式、通信特點和數據流向都對網絡的建設產生影響,同時業務流量帶寬需求與業務流向、組網拓撲有密切關系,組網拓撲的變化會影響到匯聚節點、核心節點的流量帶寬需求,如對35 kV/110 kV變電站匯聚業務的流量帶寬變化。此外,新技術的引入也會改變業務模式,如未來云計算方式的引入,可能將大大改變目前的業務流向和計算方式。
在業務的梳理過程中,視頻業務是現有業務,也是未來業務中對網絡帶寬需求最大的業務。假定視頻業務通過管理信息網,存儲在110 kV變電站,取一定比例(如5%D10%)的流量上行作為視頻上行調用的需求。如果視頻業務通過公網或專網上行,存儲在地市公司主站,則對現網不產生影響。
3.2一體化信通融合網絡
1)電力綜合業務接入網通信網架構。
針對終端通信接入網在電網中的位置,將終端通信接入網劃分為10 kV通信接入網和0.4 kV通信接入網,并結合電力終端通信接入網中電力設備及承載業務尤其是基于智能電網的配電自動化、分布式能源及微電網接入、電動汽車充電站/樁和用戶互動等新型業務的通信需求,搭建廣域、分布式的通信接入網架構。在此基礎上,靈活運用以太網、無線和xPON等技術,實現語音、數據和視頻業務的綜合接入,促進電力終端通信接入網向一體化、融合化發展。
配電環節智能化主要通過10 kV通信接入網實現。10 kV通信接入網范圍為110 kV/35 kV變電站至10 kV配電變壓器之間部分,主要包含10 kV配電站點及兩端設備。適合10 kV通信接入網的組網技術有xPON專網、中壓PLC、無線專網和公網等[4]。
10 kV通信接入網建設方案如圖1所示。如同時包含生產控制大區和管理信息大區業務時,應配置兩套設備用于滿足安全隔離需求。xPON未來將作為電力核心專網,承載大量配電網業務;其他技術各有特點,將根據實際情況在不同場景下發揮重要作用。圖110 kV通信接入網組網圖用電環節智能化主要通過0.4 kV通信接入網實現。0.4 kV通信接入網范圍為10 kV配電變壓器至智能終端(配變->用戶電表->家庭網關->智能終端)。適合0.4 kV部分組網的技術有低壓PLC和無線專網等,除以上技術外,同時還可用于本地信道和室內網組網的技術有無線傳感器網絡和RS-485串口通信等。此外,部分場景下遠程信道可使用公網實現與通信主站的數據交互。0.4 kV通信接入網建設方案如圖2所示。
2)多業務傳送網發展策略。
智能電網通信業務IP化、寬帶化及多樣化的發展趨勢對傳送網提出新的要求。對比目前主流的傳送網發展技術,結合電力信息通信業務的特點,管理信息化業務、市場營銷類業務、用電服務類業務等業務可基于新型傳送網絡進行統一承載,同時探索新型傳送網絡承載繼保、生產調度類業務的可行性,改變目前電力通信傳送網同時使用SDH/MSTP傳輸網與數據網進行信息傳送的局面,實現面向IP的多業務一網承載。圖20.4 kV通信接入網組網圖由源宿點、線路段分析,電力業務大部分為市D省終結業務和市內終結業務。映射到現有電力通信傳送網絡,即對應了干線網和本地網。因此電力多業務一體化傳送網也將分為干線承載網和本地承載網。干線承載網從電網結構上分析是指220 kV變電所及以上節點所承載的傳送網絡;從業務承載節點分析,是指市分公司的主要業務的出口局所需承載的傳送網絡。本地承載網從電網結構上分析是指110 kV及以下變電所、營業廳等節點所承載的傳送網絡;從業務承載節點分析,是指本地網內所有接入節點的綜合業務到縣、市分公司所承載的網絡。
從源宿點、線路段的結構分析可知,繼電保護業務大量存在在干線承載網,而數據類業務同時由干線承載網和本地承載網承載。因此從業務保護等級考慮,將分別采用確定復用技術和統計復用技術,即MSTP+OTN技術和PTN技術承載[5]。一體化承載網組網架構如圖3所示。
4結語
通過基于智能電網的一體化信通融合網絡研究,打破原有信息和通信的界限,從網絡和業務應用2個層面對2個專業的側重進行整合,實現電力信息通信網技術、網絡架構、業務的全方位融合。打造“綜合接入、一體傳送、業務集約、網絡扁平、信通融合”的先進信息通信網絡,更好地服務于智能電網。
基于智能電網信息通信網絡貫穿“發、輸、變、配、用”五大電力環節,是一個整體工程[6],涵蓋多個企業部門與業務網絡,需由通信專業主管部門,從更高的層面上對智能電力通信網絡進行系統研究、統籌規劃,確保網絡規劃的科學性與嚴謹性。
參考文獻:
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[3]趙子,巖胡浩. 一種基于業務斷面的智能配用電通信網業務流量計算方法[J].電網技術,2011,35(11):12-17.
[4]韋磊,蔡斌,韓際暉,等. “十二五”期間10 kV通信接入網建設探討[J]. 電力系統通信,2011,32(223): 83-88.
[關鍵字]CAN;RS-485;現場總線;智能小區;串行通信
Design of Control Network in Visual-speaking System of Intelligent Community
Zhang Xiao-min1,Wei Ming-fei2
(Shanxi technicians'school of electric powerXi'an ;Xi'an university of architecture & technology Xi'an )
[Abstract] In order to construct low-priced, reliable video-intercommunication system in the community, and meet the demands of safety and information acquisition in the intelligent community, bus technology and one of its settle programs ― CAN technology are studied. After researching the defects of RS485 in master-slave mode, control network of equivalent mode in multiple computer's communication is put forward in this paper. The dynamic time delay control is proved to enhance highly network communication efficiency compared with constant time lag in multiple computer's communication, and measure up to the needs of video-intercommunication system. Based on our country's condition and development tendency of intelligent building system in the future, CAN+RS485 bottom network is designed and modified, in order to achieve an intelligent control network of video-intercommunication system in the community.
[Key words]CAN ; RS485 ; Field Bus ; Intelligent Community ; Serial Communication
1.引言
隨著現代科學技術的發展,小區可視對講系統集成度越來越高,首先實現了多門口機多管理機系統,接著集成了安防報警、小區服務及信息等功能。對講系統的數字化、網絡化、信息化、智能化是樓宇監控今后發展的方向,而對小區可視對講系統底層網絡的研究和實現,是進一步提高小區智能化系統各項性能的關鍵。
2.小區可視對講系統中的控制網絡總線技術
小區可視對講系統在向綜合安全防范系統發展,功能包括訪客可視對講、住宅門窗安防、緊急呼叫、異常自動報警、出入口管理和信息服務等,要實現這些功能關鍵是控制網絡的技術特性。目前可視對講中控制網絡常用的總線有Lonworks總線、CAN(Controller Area Network)總線及RS-485總線[1,2,3]等。
Lonworks總線成本比較昂貴,雖然兼容TCP/IP協議,但是并不能取代上層局域網直接掛接到INTERNET上。另外,它的仲裁方式決定了它會因數據的無限重發而導致網絡的癱瘓,這使Lonworks與CAN相比,優勢并不明顯[3]。
RS-485總線,是指一種標準異步串行通信接口。RS-485串行總線接口具有很強的抗共模干擾能力,允許一對雙絞線上的一個發送器驅動多個負載設備。RS-485總線沒有硬件通訊協議,其通訊協議完全依賴軟件支持,其數據的丟失率正比于總線數據的流量,其網絡不適合長期處于連續或長字串的收發狀態。但由于其在長線傳輸的抗干擾能力以及傳輸速率方面的優勢,485總線能滿足在單幢多層住宅中構建智能網絡單元內的數據傳輸要求。
CAN總線,又稱控制器局域網,是Bosch公司推出的一種多主機局部網。由于其卓越的性能,極高的可靠性,獨特靈活的設計和低廉的價格,現已廣泛應用于工業現場控制、智能大廈、環境監控等眾多領域[4,5]。CAN協議是建立在國際標準組織的開放系統互連參考模型基礎上的,主要工作在數據鏈路層和物理層[6],用戶可在其基礎上開發適合系統實際需要的應用層通信協議。CAN總線在數據通訊方面具有突出的可靠性、實時性和靈活性,不會因數據傳輸而導致網絡癱瘓,其采用短幀結構,數據出錯率極低[2,3]。
3.CAN+RS458控制網絡的提出
本文設計的小區可視對講系統底層網絡模型,采用了“CAN+RS485”總線的分層結構。考慮到可視對講底層網絡的主干通道要求傳輸較大數據量的信息,而CAN總線在有較大數據容量系統網絡方面的應用有較強的處理能力和優勢,所以CAN總線是構成小區智能化系統底層網絡的較好解決方案之一。
但就智能小區而言,由于其節點相對分散而數量巨大(一般有數百到數千個不等),且單層CAN總線網絡的節點容限為110個(在不加接續器的情況下),所以為了不使底層網絡過于復雜和降低成本,將底層網絡分成兩層:上層為CAN網絡層,下層為RS-485網絡層。這樣,既達到了節點數和節點的靈活性方面的要求,避免了單獨由CAN總線構建的底層網絡的層次關系過于復雜,又利用了多主CAN網絡性能方面的優勢,彌補了單獨的CAN底層網絡及RS-485網絡各自的缺點,充分發揮了兩者自身的性能優勢。
4.CAN+RS458控制網絡的改進
對于CAN+RS458控制網絡,由于CAN有硬件通信協議,其通信性能和效率基本已經穩定,而RS-485的通信協議只能依靠軟件支持,同時RS-485的網絡控制能力不強,因此CAN+RS458控制網絡的整體性能與RS-485網絡性能的開發和利用有密切關系。
對于RS-485多機通信模式,一般采用的是主從式多機通信,本設計的改進之處在于采用另一種多機通信方式――對等式多機通信。
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對等式多機通信與主從式多機通信的區別是主機不是固定在某一單機上,而是所有RS-485總線上的單機都可能成為主機,但是一次不可以有一個以上的主機同時存在。在這些單機中,只要有某一個成為主機,則其它單機就成為此總線上的從機。當前主機完成工作后,自動退出主機模式,作為普通單機。當單機需要作為主機時若此時總線上沒有主機,則可以成為主機;若此時總線上有主機則需要等待當前主機完成工作后,才可能成為主機。
對等式多機通信雖然可以適應靈活多變的住戶節點控制和通信,但是由于其控制原理是:當485通信鏈路中有一個節點取得發送資格后,其它各節點都要等待足夠的時間長度,以此來避免多個節點同時爭奪發送資格,引起發送數據的混亂和系統工作的無序,因而對于等待時間的控制非常重要。等待延時控制方式一般有兩種:固定時間延時和動態延時。
對于固定時間延時是指當檢測到當前網絡有節點間的通信,其它節點都固定延時相同時間,延時時間到后各個節點再爭取通信權。而動態延時是指當某個節點取得通信權時,發送一個網絡廣播通知其他節點等待,當通信完畢時再發送一個網絡廣播通知網絡節點通信結束,其它節點可以爭取通信權。
固定時間延時對于延時時間的控制不能做到準確,它根據信息長短不同;而在延時時間控制方面,只能粗略的劃分為長信息延時和短信息延時。時間的粗陋估計對于網絡利用率是很大浪費,使系統資源浪費和網絡效率降低。對于動態延時,采用節點動態時間控制,達到了只要網絡空閑,則任意節點可以即時進行通信,所以網絡利用率高,但在網絡控制方面比固定延時要復雜一些。
下面通過分析多機網絡通信的網絡有效利用率問題來說明采用對等式多機通信的優點:
(1)對于主從式多機通信,其網絡有效利用率可以用公式(1)表示:
其中表示網絡有效利用率,N表示網絡中總共節點數,m表示網絡中排隊通信的總節點數,tm表示網絡排隊通信的第m個節點需要占用網絡進行通信的時間,tm求和表示網絡中所有等待排隊通信節點需要占用網絡的總通信時間。t表示網絡中非排隊節點被節點主機輪詢占用的時間,(N-1-m)t表示所有非排隊節點被節點主機輪詢的總時間。所以式中分子代表網絡被使用的時間,分母代表總時間, 為網絡有效性因子,可見 。
(2)對于對等式固定延時多機通信,由于采用的不是主從節點輪詢方式控制,非排隊通信的節點不會占用網絡資源,其網絡有效利用率可由節點的固定延時時間和實際通信時間來決定,可以用公式(2)表示:
其中t代表節點實際通信時間,T表示節點通信固定延時時間。而T一般選取最大通信估算時間的2倍,而最大通信估算時間可能是實際通信時間t的1~10倍,當T=2t時 取最大值;當T=20t時 取最小值;所以 的取值范圍一般在0.05~0.5之間。
(3)對于對等式動態延時多機通信,由于通信節點采用即時廣播通知獲取通信權限,可以近似認為在式(2)中T=t,所以 近似為1。
通過以上分析和研究發現,小區可視對講系統底層控制網絡由于其節點關系復雜,通信方式多樣,故對等式多機通信比主從多機通信更適應,而且通過對網絡有效利用率的分析研究,發現對等式多機通信中動態延時方式比固定延時方式更高效。RS-485各種通信控制方式的性能和特點對比如下表:
RS-485通信性能和特點對比表
5.CAN+RS458控制網絡的實現
小區可視對講系統最大的意義是為住戶提供一個先進、方便、安全、舒適的環境,在安防系統自身規范要求的基礎上,融合實際的調查研究結果,系統有以下幾個方面的功能需求:
(1)系統由住戶單元、樓門單元、大門單元、中央管理單元組成。
(2)系統由4級控制組成:中央單元控制、大門單元控制、樓門單元控制、住戶單元控制。
(3)系統實現的功能有來客訪問、呼叫管理員、視頻監控、信息、內部呼叫、門口可視對講、安全防衛、緊急呼叫。
(4)系統可以實現遠距離通信,必要時可加信號放大中繼單元。
(5)系統容量靈活可調。
小區可視對講系統中控制網絡要盡量降低網絡的復雜性和建設成本。考慮到可視對講底層網絡的主干通道要求傳輸較大數據量的信息,采用了“CAN+RS485”總線的分層結構。CAN網絡作為RS-485網絡的上層網絡使得整個控制網絡穩定性比單獨的CAN網絡穩定性大大增強,同時比單獨采用CAN網絡的節點容量擴充很多,這種結構對于可視對講控制環境很適應。可視對講監控系統結構如下圖所示。
可視對講系統控制網絡結構
(1)大門口機、N個門口機和CAN接口由CAN網絡連接。
(2)N個門口機由控制盒連接在485網絡上,485網絡上有N個住戶機。
(3)以太網連接上位機、數據庫服務器、TCP/IP接口。
6.小結
本文在研究CAN總線和RS-485總線的基礎上,結合小區可視對講系統需要實現的功能,設計并改進了“CAN+RS485”底層網絡,實現了小區安全報警與遠程傳輸的控制系統網絡。該控制網絡將能夠更有效的滿足構建低廉、可靠的小區可視對講系統,實現小區安全防范、信息采集的要求。
參考文獻
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關鍵詞:協作網絡 電池能耗 功率分配 中繼選擇
中圖分類號:TN929 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)05(a)-0255-02
在很多協作網絡的應用場景中,節點能量是由電池供應的,比如Ad Hoc網絡或者多跳蜂窩網絡中的對等用戶,還有一些遠離能量供應的孤立中繼站等等。在這些情況下,降低節點的電池能耗可有效保證網絡中數據交互的長時間不間斷的數據,減少電池的補充次數,并且對于節能減排也有重要的意義。
但現有的一些研究往往忽略電池的實際放電模型。事實上電池的放電是一個非線性過程,且已文獻研究證明了這一點[1]。該文將其引入協作網絡中,在中斷概率約束的條件下,進行功率分配和中繼選擇,以達到降低節點電池能耗的目的。
該文第二節介紹了網絡架構、信道模型以及能量模型等幾個系統模型;第三節提出最小化電池能耗的中繼選擇機制,并在第四節中做了性能評估;最后對全文進行了總結。
1 系統模型
1.1 網絡架構
考慮一個簡單的協作網絡。源節點S和目的節點D間距離較遠,需要通過中繼來協作傳輸。在DF中繼選擇中,所有的中繼試圖解碼S發送的信息,然后轉發給D。由于單中繼相對于多中繼協作能夠得到更大的網絡生存時間,因此我們需要選擇一個最合適的中繼來轉發數據,假設中繼k被選擇到,則整個系統變成一個簡單的兩跳傳輸:S-和-D。
1.2 信道模型
該文對瑞利信道模型進行分析。每次通過兩個階段完成傳輸,首先由S發送信號x,然后解碼接收到的信號,并將其轉發給D。下面我們分析第一階段,兩個階段的分析大同小異。
首先上接收到的信號為:
(1)
其中,表示S的發送功率,表示S和間的信道系數,是上的加性高斯白噪聲,-。假設,則上的信噪比為:
(2)
在瑞利信道中,服從參數為指數分布,根據文獻,當平均系統信噪比較大時,的累計分布函數可以近似表示為[2]:
(3)
1.3 能量模型
在過去的研究中,研究者往往將節點的能耗和傳輸功率假設為線性關系,即。事實上,電池的放電是一個非線性過程[1],一次單跳傳輸過程中總體能耗可以表示為
(4)
其中,為發送信號的能量,假設發送時間為,則,因此一次單跳傳輸過程中的總體能耗可以表示成:
(5)
可見,可以用發送功率的二次函數來表示電池能耗。這表明,研究者應該放棄傳統研究結果,從電池非線性放電模型出發,進行后續研究。
2 最小化電池能耗的中繼選擇機制
2.1 中斷概率和能量損耗
使用DF協議,首先將從S接收到的信息進行解調,再發送給D。故而可將整個鏈路分為兩條獨立鏈路S-和-D,總的能耗可以簡單的表示成兩跳能耗之和:
(6)
假定系統最大可容忍的鏈路中斷概率為,那么怎么分配和,能既滿足中斷概率門限,又將總體能耗降到最低,即:
(7)
不妨對中斷概率進行分析。假設第一跳為,第二跳的中斷概率,D要成功連接數據,必須保證兩跳都能成功傳輸,故而總的中斷概率表達式為:
(8)
如果上的吞吐量低于系統要求的速率需求R,則鏈路處于中斷狀態,因此可得:
(9)
于是可得到和的關系:
(10)
同理可得,則兩跳傳輸S--D的總能耗為:
(11)
其中,
,。
2.2 功率分配
在實際網絡需求中,通常遠1,而,,故可以近似認為》,因此如何進行功率分配使得總能耗最小的問題可以簡化為:
(12)
首先證明是個凸函數,令,代入(11),將對求二次偏導:
(13)
由于上式中右邊每一項均大于零,因此,所以是個凸函數,只有一個極小值,也就是最小值。為了求此最小值,將對求偏導,并令其等于零,可以得到一個關于的四次方程,解此方程,可以求得,進一步根據公式(10)就可以求得S的發送功率,同理可求得。
2.3 中繼選擇
通過上文分析,要想得到最小化電池能耗中繼選擇機制,并不困難。具體表示如下。
對候選中繼集合中的每一個中繼m,計算,表示如果選擇中繼m傳輸所消耗的總能量。最終,擁有最小的即可被看作是最終的中繼節點。
3 性能評估
通過數值仿真,該小結主要評估上文提出的機制性能,比較相同的速率需求下,使用不同機制的電池能量消耗狀況。選擇使用線性電池放電模型的最小化傳輸功率機制作為比較對象。
從圖1中,我們可以看出總體電池能耗和中斷概率的關系:傳統采用的是最小化傳輸功率機制,與其相比,最小化電池能耗的機制的電池能耗要小。這是因為傳統最小化傳輸機制是建立在電池是線性放電模型這種錯誤認識的基礎上的。從這種錯誤認識基礎上得出的功率分配和中繼選擇對于節點的電池能耗無疑難以達到最優效果。而該文提出的最小化電池能耗的功率分配和中繼選擇機制是建立在電池非線性放電模型這一正確基礎上的,故而其所得結果更佳。
另外可以看到,采用兩種機制的電池能耗的降低過程伴隨著中斷概率門限的提高。因為在中斷概率門限提高的情況下,系統正常運行只需要較小的傳輸功率,這自然會降低電池能耗。公式(11)就體現了這點。
從圖2中,我們可以看到總體電池能耗和信道系數的關系:中斷概率門限設置為,固定,使用兩種機制的電池能耗均隨著的增大而減小。其原因在于如果信道條件較好,無須使用較大傳輸功率,即可滿足系統對中斷概率和傳輸速率的要求。公式(10)就體現了這一點。
圖2還顯示,兩種機制之間的能耗會先隨著的增大而逐漸接近,當時,兩者能耗就完全一致了。公式(10)顯示,當時,式中的和是完全對稱的,此時最小化電池能耗機制的功率分配機制會使得。而最小化傳輸功率機制的功率分配機制同樣也使得。這就是在這種情況下兩種機制電池能耗一致的原因。而繼續增大時,情況會發生變化,采用該文提出的機制的電池能耗會再次小于最小化傳輸功率機制。
4 結語
該文針對協作網絡中能耗問題,提出了最小化電池能耗的中繼選擇機制。傳統研究者往往假設電池放電是線性過程,并在此基礎上展開研究,這與實際并不相符。事實上,電池放電過程是非線性的,該文將這一觀點引入到協作網絡中,尋找一種中繼選擇機制,來最小化節點的電池能耗,并進行了性能評估,結果表明,相比根據傳統的功率分配和中繼選擇機制,該文提出的基于電池非線性放電模型的機制能夠進一步降低電池的能耗。
參考文獻
【關鍵詞】專家運維 智能定位 智能分析
隨著移動網絡的不斷發展,組網日益復雜,網絡設備種類日益繁多,承載的業務量也越來越大。隨之而來的是維護任務的加重和保護級別的提高,依靠純人工的方式已完全無法滿足運維需求。因此,移動無線設備的集中化、智能化運維管理研究迫在眉睫。
移動網絡的龐大復雜使得由設備故障引起的用戶側影響概率大增,如何快速準確地定位故障成了衡量運維工作質量的重要標準之一。同時,移動網絡維護人員常常忙于大量常規告警的監控及處理,且受限技能水平,往往無法及時地分析網元的各種隱患,也無法將問題消除在萌芽狀態。大量的人為因素和人力瓶頸導致了無線網絡的故障時間較長,業務恢復較慢,整體服務質量偏低。因此本文研究的智能專家運維系統將以故障的智能分析和定位作為突破口,為無線通信網絡的日常運維提供更多的輔助決策和支撐手段。
1 系統工作原理設計
面臨移動無線網絡維護和性能提升帶來的諸多問題,本文基于BSC智能預警分析與性能提升,設計了一套智能化的專家運維系統。無線專家運維系統通過接入網管數據庫、BSC設備、以及traffic實時跟蹤設備,全方位的獲取告警、CPU LOG、Clear Code(釋放碼)、負荷、狀態、KPI、配置數據等信息,系統根據預先設定好的閾值執行決策樹,即將專家對某一種故障的處理思路按照流程圖的方式進行程序設計來實現,對收集的信息進行全方位綜合分析判斷,及時排除網絡隱患與故障,并給出相關解決建議、方案。系統還集成了網元健康檢查、升級指導等功能,同時實現了無線資源的集中智能化管理。
系統主要實現了三大模塊七部分功能,主要為智能分析定位、無線資源集中智能化管理、網絡安全保障等。無線專家運維系統原理圖如圖1所示。
從圖1可以看出,本文設計的無線專家運維系統通過三類接口全方位獲取網絡數據,完成綜合分析。通過決策樹原理實現網絡及設備隱患的自動預判,故障的智能定位,并提供解決方案。同時集成了網元健康檢查、KPI深度剖析等功能,并實現了無線資源的集中智能化管理,能夠大幅提高運維效率,縮短故障處理時間,也解決了現網中跨專業的運維難題。
2 系統功能設計
無線專家運維系統的功能框圖如圖2所示。
2.1 網絡實時監控功能
該功能實現全方位監控,涵蓋所有關鍵信息:告警、CPU LOG、Clear Code、負荷、狀態、KPI、配置數據等,系統對收集的數據進行綜合分析判斷,及時發現網絡的隱患與故障,側重于發掘影響設備安全的隱性故障以及影響用戶感知的KPI問題。具體功能主要包括:告警管理,告警監控;釋放碼管理,釋放碼監控;實時業務指標管理,實時業務指標監控;負荷管理,負荷監控;狀態管理,狀態監控。其中,告警監控是實時接收網管推送,釋放碼指標、實時業務指標和性能負荷指標是以5分鐘為周期,可以及時的發現并預警問題。系統資源狀態監控周期是1天。
同時,用戶可以個性化設置通知方式,包括對緊急故障、嚴重故障、一般故障、網絡性能故障等每一種故障的是否通知、通知方式、通知的手機和郵件、通知的時間進行設置。
2.2 隱患自動預警與故障智能定位分析功能
系統通過對網元的實時指標、資源配置監控和KPI深度剖析,捕獲網絡故障,發現故障后在第一時間通知相關人員,同時收集網元的日志,通過故障定位分析,初步判斷故障源及發生原因,并給出故障解決的指導意見。日志和指導意見都可以作為故障解決的參考。
其中,對故障定位的范圍可以包括軟件故障、硬件故障、單元故障、總線故障、時鐘故障、接口故障。分析結果包括故障描述、故障級別、影響范圍、預分析結論和恢復建議。
2.3 無線性能深度剖析功能
包括KPI問題的智能關聯與剖析,以及網元系統資源分析兩部分內容:
2.3.1 KPI問題的智能關聯與剖析
系統監控日常重要的KPI,并對異常小區的KPI進行分析。對KPI問題的分析包括:分析配置數據、分析告警、分析clear code、分析CPU LOG、深入分析各種KPI、KPI問題的定位、定位到網元(BSC/BTS/空口/MSC/SGSN)、定位到鏈路(S7信令,LAPD)、定位到PIU(MCMU/BCSU/AS7/PCU)、定位到傳輸(PCM)、定位到TRX/TSL(SDCCH)或內部電路。
2.3.2 網元系統資源分析
主要包括:設備配置的負荷均衡,A接口MTP信令鏈路負荷分擔檢查分析,A接口話務信道TC ET在BCSU之間的配置檢查分析,ET、MTP、LAPD信令鏈路在BCSU之間的配置檢查分析,TCH、SDCCH和BCCH信道在BCSU之間的配置檢查分析,檢查Gb接口NSVC的容量及均衡配置檢查/NVLI檢查分析,檢查PCU所控制的BTS數是否滿足規范及均衡配置檢查分析,檢查PCU所控制的TRX數是否滿足規范及均衡配置檢查分析,檢查PCU在無線接口上PDCH信道是否滿足規范及均衡配置檢查分析
檢查EDAP配置是否滿足規范及均衡檢查分析,資源配置負荷及合理性統計分析(每天),硬盤容量檢查分析,LICENCE容量與使用情況檢查分析,MB和CPU單元的負荷檢查分析,A接口信令鏈路負荷檢查分析(FR/HR/AMR FRHR),A接口話路負荷檢查分析,檢查BSC忙時無線話務量及其設計容量檢查分析。
2.4 知識庫功能
知識庫維護包括:設備軟硬件版本升級指導、釋放碼庫、告警庫、Technical Note庫、通用操作庫、ECC/ESS案例庫、NED、DX error表。這些具體內容將作為通過決策樹對故障進行智能定位的基礎。
2.5 集成智能健康檢查功能
健康檢查是保證網絡正常運行的工作之一。通過平臺可以更加快速,準確的控制網元運行狀態,對設備進行多項目全身體檢。檢查隱患、提前預防解決,保證設備長期安全穩定運行,可以通過并行、串行等方式實現。如:網元硬件配置、網元軟件配置、數據參數配置、 網元運行狀態。
2.6 告警客戶端
系統能提供類似QQ的客戶端,能以彈出窗口、聲音、閃動等方式提醒用戶告警出現,并在告警內容中鏈接到決策樹,查看決策樹處理流程,還可查看歷史提示信息。
2.7 半速率工單處理
在BSC中經常需要進行新站的增加或者載頻話務容量的調整(即半速率的開啟或關閉),系統能對BSC中所有正在使用的License的總數量和已用數量進行自動統計,如果License已經用完,系統就會預先作出提示,使維護人員能及時增加所需要的License,避免在進行新站增加或載頻話務容量調整時出現License數量不夠的狀況。
另外,當維護人員接到半速率工單時,需要在網元側及多臺網管數據庫查詢是否可以操作。本系統可直接導入表格進行查詢,并給出是否可以操作及不可操作的原因。
3 技術特點
本文系統通過智能化、深層次的分析及優化服務實現對所有BSC設備的隱患自動預警與分析、故障自動分析與定位、無線性能深度剖析,從而實現網元整體運行安全與性能的提升。具體技術特點如下:
3.1 全天候值守
本系統套件部署在BSC及數據處理平臺上,24小時監控告警、CPU LOG、Clear Code、負荷、狀態、KPI、配置數據等關鍵信息。BSC靜態數據、動態性能、業務指標及異常故障都在監控范圍內,實現了對BSC的全天候主動值守。
3.2 隱患自動預警
網絡隱患或多或少的存在于各個移動網絡中,如果不能及時發現,軟硬件環境一旦達到閥值,隱患就會演變為技術故障,影響網絡性能及網絡安全,嚴重時將導致業務故障。本系統定時收集告警、log、配置、參數、性通、KPI、資源、網管信息等,綜合分析網絡關聯數據,結合知識庫查找網絡隱患。一旦發現存在風險或隱患,系統會自動發出短信、郵件通知指定的運維人員,為解除隱患爭取時間窗口。通過隱患查找及預警功能,推動運維模式由傳統的被動式響應向“主動預防”轉變,致力于將隱患消除在萌芽狀態,減少故障發生,提高網絡可用性。隱患自動預警功能效果示意圖如圖3所示。
3.3 智能故障定位
傳統的故障修復需要經歷幾個必要環節:故障報修、接入網絡并采集數據、故障診斷、制定方案、實施方案、驗證與觀察。本系統工具在監控到故障后,自動觸發“智能故障定位”機制,保留現場數據,自動采集指定信息,根據特征碼自動調用決策樹,結合知識庫分析,篩選案例信息,提供解決方案供參考。這些過程由系統自動判斷、完成,不需要人工干預。智能故障定位的工作流程圖如圖4所示。
3.4 在線資源分析
系統工具以按指定的頻度對BSC軟硬件進行在線分析,資源總量、門限設置、閥值設定、靜態參數配置、動態負荷變化等諸多資源管理手段需要一致、合理,才能發揮最大的功效。任何一個環節的疏漏都可能導致“木桶短板效應”,在線資源分析功能通過建模、數理趨勢化分析,定期進行在線資源分析,對資源短板、資源調整提出專家建議。該功能對于重大事件通信保障前期資源評估,重大事件通信保障期間的資源使用及負荷等具有重大指導意義。
3.5 健康檢查自動化實現
為保證設備安全穩定運行,我們要每年進行兩次全網大規模健康項目檢查,而BSC設備數量大,健康檢查項目繁多,需要龐大的人力和物力來支撐,給網絡維護帶來的巨大壓力。智能提升系統可同時對全網BSC網元實現并行自動檢查,從而節約了時間,節省了大量人力和物力。
3.6 新的告警智能化監控模式
智能預警平臺實時接收告警,并且通過告警客戶端通知相關人員,同時系統會根據故障定位流程對異常進行初步的判斷和分析,給出故障范圍、可能的原因和處理建議,并且在第一時間收集相關的日志信息提供給維護人員,這樣就可以大幅度的提高故障發現和處理的時間。
4 性能對比
移動綜合監控平臺對BSC維護來說基本上用到的只是監控告警,但監控告警功能有時并不能及時顯示告警,或顯示不全,并且需要借助HIT和EXCEL到現網中提取整理,相對應的提取數據和告警的macro經常出現中途停止和延時,影響對故障的及時查詢處理,這種情況下使用兩個軟件加大了維護人員的工作量和力度。智能預警平臺實時接收告警,并且通過告警客戶端通知相關人員,同時系統會根據故障定位流程對異常進行初步的判斷和分析,給出故障范圍、可能的原因和處理建議,并且在第一時間收集相關的日志信息提供給維護人員參考,這樣就可以大幅度的減少對故障的發現和處理時間。
通過對以上兩個平臺進行實驗對比,在時間方面綜合監控平臺得時刻監控,而借助的HIT軟件每半小時或一小時循環一次,得到的數據并查詢需30分鐘,人工分析告警是否需處理要用10分鐘左右。按每天8小時工作制計算,每一小時循環一次,人工耗時80分鐘,且是每位包機人員必須做的重復性工作,在資源和效率方面顯得并不合理。BSC預警分析平臺可隨時提取現網告警,在后臺進行初步的分析判斷,并以閃爍窗口的方式提醒維護人員,節約了得到數據的時間,而通過后臺的分析,人工再分析告警大概只用5分鐘,節省了一半時間。
此外,系統可以自動同步完成對全網網元的巡檢;系統的監控和故障定位分析功能也可以大大減少網絡維護人員的工作量,提高工作效率;同時,系統通過程序實現對指標的計算,減少人為操作帶來的誤差,提高網絡監控的準確率;而且通過對關鍵的KPI指標和系統資源負荷的監控可以對網絡可能出現的問題進行提前預警,在對業務有所影響前發現隱患,及時補救,避免用戶投訴的發生。
5 總結
本文從無線專家運維系統的工作原理出發,對無線專家運維系統在日常維護應用方面進行了詳細的闡述。同時,文章分模板描述了系統的主要功能,對比了常規運維及系統運維的效率。通過本文系統的實際應用,證明了系統設計的有效性,為移動無線通信網絡的智能化運維提供了強有力的技術支撐。
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作者簡介
李銳(1979-),女,河南省開封市人。大學本科學歷。現為中國移動通信集團河南有限公司工程師,從事移動網絡管理及無線通信主設備運維工作。
關鍵詞:網絡智能化;停車位;管理系統
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.101
1 普通住宅小區機動車位緊缺、停車管理系統落后
據公安部交管局統計,截至2015年底,全國機動車保有量達2.79億輛,其中汽車1.72億輛;機動車駕駛人3.27億人,其中汽車駕駛人超過2.8億人。伴隨著汽車保有量的急劇增加,普通住宅小區機動車停車位配比不足的問題已越發凸顯。城市規劃部門已大幅提高新出讓地塊的機動車停車位配比,但如何解決老小區機動車停車位配比不足的問題,是我們值得研究的課題。
1.1 當下老住宅小區的停車位管理模式
當下很多老的住宅小區由于方案設計階段對于機動車位的配比就考慮不足,導致機動車位一位難求。為解決停車難的情況,很多物業管理公司將老住宅小區的綠化用地,道路用地改造成停車位以緩解停車難的矛盾。但就算如此,老舊小區機動車停車位仍然緊缺,沒有車位的機動車只能亂停亂放,這不僅影響觀瞻更在一定程度上堵塞了消防通道,容易造成安全隱患。
筆者發現,一味地增加停車位的數量并不能合理的解決老舊住宅小區停車難的問題,而是應該從小區停車位的管理系統入手,建立動態的停車管理系統,增加停車位的利用效率,才是解決老舊住宅小區停車難的關鍵所在。
1.2 靜態停車管理系統存在的不足
細心的讀者應該會發現一個現象,每當我們開車在小區內尋找車位時,往往有很多車位空著,但我們卻不能停放,因為這個車位已經有了車主,已經被預定了,就算這個車主一晚上不回來。
在筆者所居住的小區,地面停車位總共有320個,但要停放在地面的機動車數量約有350輛,這沒有車位的30輛車只能到處打游擊或者停在小區外面。筆者還發現,這320個固定車位并不是每天都能停滿,整個小區每天因車主未歸而空著的車位約在10―25個之間。
目前的住宅小區停車位管理大都是靜態的,一車一位。假設某小區總停車位數量為A,總機動車數量為B。使用靜態管理系統,該小區每天能提供的最大停車位數量為B,當A>B 時,我們認為該管理系統是合適的。但隨著總機動數量的提升,當A
2 動態停車管理系統的工作模型
為了建立動態停車管理系統模型,我們必須引入幾個計算參數和概念:
T 小區總停車時間供給量; t 小區總停車需求時間; n 每日停靠系數;A 總停車位數量; B 總機動車數量。
當T>t 時,我們的管理系統是合理的;
從上述公式可知,我們的動態管理系統能否有效的工作,關鍵在于n的取值,如何設置和引導每日停靠系數n的取值,將是考核一個停車管理系統是否優秀的關鍵。
3 基于效益和利用率的最大化,建立一個動態停車管理系統
3.1 小區停車場地的改造
為建設動態停車管理系統,必須要對小區停車管理硬件進行一定的升級改造。
(1)安裝智能化識別門禁:在小區的出入口安裝車牌識別系統,對小區業主的機動車和臨時車輛進行甄別并分開管理。
(2)為每個車位安裝網控車位鎖:當業主的機動車達到預選或分配車位時,可通APP管理系統進行解鎖,從而進行車輛停靠。
(3)為機動車配發藍牙感應器:當業主的車輛停靠在小區內時,可通過藍牙感應器確認停車位置,以計算停車時長并確認小區空閑車位的數量。
3.2 小區停車APP管理系統程序的開發和功能介紹
成熟的動態停車管理系統,必須有與之匹配的停車管理程序,在移動互聯網大行其道的今天,基于手機端的APP管理程序,無疑是最為方便的。一個成功的停車管理APP,往往有如下模塊和功能:
(1)完整的數據庫模塊:通過預登記,建立車位資源數據庫和機動車數據庫,這是程序開發的基礎數據。
(2)基于GIS(地理信息系統)的小區內車輛動態跟蹤模塊:通過車輛上預裝的藍牙感應器和車位上牙收集單元的數據交互,可以掌握車輛在小區內的精確位置(精度小于1米)和停靠時間,這種方式要比通常的GPS定位系統的精度略高,并且成本要遠遠低于安裝GPS定位系統。
(3)清晰的APP用戶界面和功能:清晰明了的功能模塊設計更加有利于用戶的使用,車主可進行空閑停車位置的總覽,查看并計算目前的停車費用,預訂離家更近的停車位,查看自己的停車時長和費用,支付停車費用。
(4)植入的廣告和拓展功能:在管理APP中植入廣告,車主可選擇觀看廣告來獲得免費停車時間,若通過APP購買產品更可獲得更多的免費停車時間。
3.3 建立動態停車管理系統的關鍵點
(1)停車位的安排。動態車位管理系統的核心是車位的動態管理,每輛車并未配備固定的停車位,而是遵循先到先停,就近停放,預約優先的原則。這客觀上保證了停車位的高效利用,不會出現車未歸而車位空著的情況。這在某種程度上最大化的利用了小區停車位。
(2)停車費用的計取。改變過去按月或年固定收取停車費的做法,改為動態計費,進行波峰和波谷的階梯式停車計價。
例如:某小區原固定停車費為360元/月,既0.5元/小時。該小區總停車費為:A×360×12 元。
關鍵詞:網絡教學平臺;教學模式;智能課程推薦;RSS
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
1引言
網絡教學平臺作為網絡教學的技術基礎,在高等教育現代化建設中正發揮著越來越重要的作用。通過網絡教學,創造數字化學習環境,能夠促進教育觀念、教學內容和方法的改革,提高教育教學的質量和效益,從而提高學習者在信息社會中生存和發展的能力。
高等教育中的網絡教學作為課堂教學的一種新的輔助教學手段,充分利用了信息技術、多媒體技術、計算機技術的最新成果,使教學能夠跨越時間、空間的限制,具有極大的靈活性和交互性,網絡教學使教學資源的展示越來越靈活、形象、生動,是教師指導下學生自主學習的最有力手段,因此,越來越受到高校教師的青睞。但隨著教學資源的不斷豐富,網絡教學應用的不斷深入,對網絡教學平臺也提出了更高的要求。因此,如何構建一個通用、智能化的優質網絡教學平臺,是實現教育現代化與信息化迫切需要解決的問題。
本文研究和設計的“通用智能化網絡教學平臺”,提供通用的教學管理、課程管理等模塊,強調以認知科學為理論基礎,利用數據挖掘技術,針對不同用戶提供不同的推薦課程和學習策略決策支持,提供更加個性化的服務,有效地提高教學質量和教學效率。
2系統架構
在技術上,通用智能化網絡教學平臺采用分層的邏輯設計,自上而下分為四層邏輯構件,即表示層、業務邏輯處理層、數據處理層和數據存儲層。該結構符合MVC(模型-視圖-控制)設計模式,核心思想是將數據存儲、業務邏輯和界面顯示分離,易于系統的擴展和維護。
系統架構中表示層對應視圖角色,控制過程由業務邏輯處理層承擔,數據處理層和數據存儲層承擔數據處理角色,圖1展示了系統架構設計。
(1) 表示層
該層負責向不同用戶,比如管理員、教師、學生、訪客,提供靈活的用戶接口和豐富的多媒體展示手段。通過Web方式實現,邏輯上表示層不直接與數據庫關聯,易于系統的擴展性、實施和維護。
(2) 業務邏輯處理層
業務邏輯構件完成對用戶提交的業務處理請求的邏輯處理,并調用相關的數據,完成數據處理操作。對用戶提交的查詢、統計、下載請求分別調用相應的組件,根據數據處理層返回的查詢結果進行顯示。當然,它仍不與數據直接關聯,這是很重要的分工。
(3) 數據處理層
在Web方式下,這一部分通常是處理具體數據的若干專用對象,它們提供大量的方法,靈活的實現,支撐上層的調用,可以直接操作數據庫,因此,它仍使用通用的SQL語句,再由數據存儲層的語句轉換對象和數據庫操作對象來實現最終的數據操作。
(4) 數據存儲層
數據存儲層即數據庫,通常運行在獨立的數據庫服務器上。負責存儲、檢索大量的數據。數據存儲層為系統提供了可靠的、永久性的數據庫服務。此外,數據庫的事務服務、備份恢復和高速的檢索能力都是構造可靠、高效系統的保證
3系統主要功能
通用智能化網絡教學平臺提供了豐富的功能,能夠幫助教師快速建立自己的教學平臺,幫助學生方便獲取相關的學習資源,該平臺主要體現了以下的教學模式:
(1) 教師授課
每位授權的教師,可以開設自己的課程,在平臺上完成相關的教學環節,可以上傳教學課件以及其他教學資料、可以布置和批改作業、可以習題和自測題,等等。
(2) 學生學習
學生可以在自己登記的課程資源中進行學習,完成作業,查看作業批改情況,自主進行復習和自測,以檢查對于課程掌握的程度。
(3) 統一資源管理
同一門課程的不同老師可以使用課程的公共資源,比如試題,也可以為課程的資源建設作出貢獻。學生可以使用已選課程的公共資源。
(4) 討論區
按課程進行分類,可以在線答疑、留言等。學生可以和老師討論,也可以是學生之間討論。
按照這種新的教學模式,整個平臺的功能劃分為如圖2所示的六個部分,包括門戶網站(新聞管理、信息檢索和友情鏈接)、課程管理、教師管理、系統管理、討論區和站內消息。各功能模塊之間共享數據信息,但各自具備相對獨立業務邏輯,便于為用戶提供通用的服務,也方便開發和維護。
4智能課程推薦
智能課程推薦是數據挖掘技術在網絡教學平臺中的一種新的嘗試,其目的是推薦更符合學習者感興趣的課程,提高學習者的學習效率,縮短學習者自行搜索相關知識的時間和精力。傳統的課程推薦會使用一些調查問卷的形式進行手工篩選和評比,但這種方式無法依賴每個人的知識,產生合適的推薦,并且工作量大,操作復雜。因此,目前的智能課程推薦更加傾向于使用一些人工智能、數據挖掘、協同過濾等方法,對已有的歷史數據進行分析和處理,找出隱藏的知識,獲取相關信息。
鑒于上述分析,我們的智能課程推薦采用數據挖掘領域中關聯規則經典算法――Apriori算法思想,通過此機制向具有相似學習興趣的學習者動態地、智能地推薦基于Web的網絡課程,以此作為學習者在線選擇網絡課程的依據和參考,提供學習者以及管理人員的課程規劃的決策支持。
4.1Apriori算法
關聯規則是數據挖掘領域的一個重要的研究方向,主要應用于挖掘發現大量數據中項集之間有趣的關聯或相關聯系。其數學原理如下:
設I={i1,i2,..,im}是項集,其中ik(k=1,2,…,m)可以代表網絡教學中的課程或教師,I代表同一個學習者所選的課程或教師集合。設任務相關的數據D是事務集,其中每個事務T是項集,使得 。設A是一個項集, 。關聯規則是如下形式的邏輯蘊涵: , , ,且 。
關聯規則具有如下兩個重要的屬性:
(1) 支持度:P(A∪B),即A和B這兩個項集在事務集D中同時出現的概率。
(2) 置信度:P(B|A),即在出現項集A的事務集D中,項集B也同時出現的概率。
同時滿足最小支持度閾值和最小置信度閾值的規則稱為強規則。給定一個事務集D,挖掘關聯規則問題就是產生支持度和可信度分別大于用戶給定的最小支持度和最小可信度的關聯規則,也就是產生強規則的問題。
Apriori算法是經典的關聯規則算法,由Agrawal等人于1993年研究挖掘顧客交易數據庫中項集間的關聯規則問題而提出的,核心是基于兩階段頻集思想的遞推算法。其中,所有支持度大于最小支持度的項集稱為頻繁項集,簡稱頻集。
Apriori算法的基本思想就是首先找出所有滿足最小支持度的頻集,然后由頻集產生滿足最小支持度和最小可信度的強關聯規則。其基本步驟是首先產生頻繁1-項集L1,然后在L1中產生頻繁2-項集L2,直到找不到滿足條件的項集為止。
4.2Apriori算法在智能課程推薦的應用
智能課程推薦的一個前提就是認為身份或背景相似的學習者具有相似的興趣,選擇相似課程的學習者也具有相似的興趣。因此,智能課程推薦采用Apriori算法挖掘,根據系統用戶的歷史選課記錄,并結合每個用戶的基本信息、知識能力,挖掘系統中課程和課程之間的關系,以及教師和課程之間的關系。
(1) 設置數據集和參數
項集I={i1,i2,..,im},其中ik(k=1,2,…,m)代表一門課程,每一個項集I代表系統中一個學生的選課記錄。
任務集D,根據登錄系統的學生的專業和年級的信息,篩選出基本信息相同的學生選課記錄。
參數:默認支持度suppose = 1;表示該門課程至少被選擇過1次;默認置信度confidence=1,代表項集至少存在一次。根據系統數據可以調節。
(2) 獲取推薦課程
如果用戶是客人,則在所有項集中, 用Apriori算法按照降序尋找頻繁1-項集,即尋找同類學生選擇的最多的那些課程即可;
如果登錄的學生還未選課,則在任務集D中用Apriori算法按照降序尋找頻繁1-項集,即尋找同類學生選擇的最多的那些課程即可;
如果登錄的學生已經選課,比如該學生已經選擇了ABC三門課,則在任務集中先按降序尋找包含ABC三項的4-項集,則多出的一項即為推薦的課程;如果不存在這樣的4-項集,則再按降序選擇包含AB、AC、BC但不包含ABC的3-項集;依次類推,一直到1-項集。
如果以上三種情況,頻繁1-項集都不存在,則自動轉到專家推薦數據庫獲取推薦課程信息。
(3) 反饋機制
當用戶退出系統時,會自動彈出滿意度問卷,問卷使用五分量表方式,依序詢問:非常同意、同意、普通、不同意、極不同意,管理員根據用戶的反饋,及時調整系統各種參數,并在專家推薦數據庫中更新推薦意見。
此外,按照類似方法,系統對于教師也進行了推薦,方便學習者對于不同教師教授的同一門課程的進一步選擇,智能課程推薦的具體體現在系統首頁,如圖3所示。
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5基于RSS的Web 2.0技術的應用
通用智能化教學平臺還采用了基于RSS訂閱和推送服務的Web2.0技術,用來為用戶提供更加個性化的服務,擴展平臺的功能。
5.1RSS簡介
RSS 是一種描述和同步網站內容的格式,是目前使用最廣泛的XML應用。RSS的解釋有多種,比如“Rich Site Summary”(豐富站點摘要),“RDF Site Summary”(RDF站點摘要),或“Really Simple Syndication”(真正簡易聚合),這主要是由于該技術有不同的來源,實質上RSS 是基于XML 技術的互聯網內容和集成技術,是一種描述新聞或其他Web內容的方式,通過“Feed(提要)”將信息從網站傳遞到Web用戶面前的一種技術。
RSS通過一種“輕量級、多用途、可擴展的元數據描述及聯合推廣格式”,用于共享各種各樣的信息,包括新聞、簡訊、Web站點更新,等等。對內容提供者來說,RSS 技術提供了一個實時、高效、安全、低成本的信息渠道;對內容接收者來說,RSS 技術提供了一個嶄新的閱讀體驗。
下面是一個標準的RSS信息體的XML格式,用于建立標準和開放的頻道描述框架(Channel Description Framework)和內容收集機制(Content Gathering Mechanism):
< rss version = ″2. 0″> //遵從RSS2. 0規范
< channel >///收取信息的頻道,網站提供
< title > 頻道標題< / title >
< link > 頻道鏈接< / link >… //頻道參數
< item > //信息單元
< title > 標題< / title >
< link > 鏈接< / link >
< description > 摘要< /description >. . .
< / item > //信息單元實體
. . . //其他信息單元
< / channel >
< / rss >
5.2RSS在智能教學平臺中的應用
在分布式網絡教學中,需要將有用的學習信息和資源及時推送給學習者。信息提供者,采用RSS的方式可以整合學習信息和資源并為RSS Feed,信息訂閱者,使用閱讀器訂閱該RSS Feed,學習信息或資源就能夠及時呈現給用戶。通常,由于RSS閱讀器會通過設置較短的間隔時間自動去訪問提供內容的服務器來追蹤最新信息,所以RSS一般適用于經常變動、快速更新、時效性較強的信息和資源。
鑒于以上分析,通用智能化教學平臺作為信息提供者,首先將網站的資源進行分類,區分為動態和靜態,將動態信息進行。每當平臺中有課程資源更新、教師更新、新聞通告更新時,根據RSS標準信息推送模塊將資源中的用戶需求信息結果記錄的title、 identifier-url、description和date字段,自動形成RSS feed中Item描述的對應項,即< title >、< link >、< descrip tion>、< pubDate >[5];然后將生成的RSS文件部署到Web 服務器中,并將其網址(URL)加入到RSS 閱讀器中,用戶通過RSS 閱讀器可以得到通用智能化教學平臺推送的內容,當更新RSS文件,RSS Reader上所顯示的內容將同步動態更新。
RSS技術在通用智能化教學平臺中的應用,不僅改進了教育資源的信息傳遞、信息呈現方式,而且為學習者提供更加方便、快捷的獲取信息的途徑,時效性強、成本低,進一步推動了教學平臺智能化的發展。
6總結
通用智能化網絡教學平臺是實施網絡教學新模式的基礎。該平臺能夠滿足高等院校中大量并發用戶的需求,滿足高等教育的需要。
通用智能化網絡教學平臺開通以來,訪問量不斷上升,其豐富的教學資源、友好的頁面、智能的課程推薦以及信息訂閱等新技術的應用,都為學生提供了一個良好的學習環境。當然,通用智能化網絡教學平臺目前還存在一些缺陷,比如,對于訂閱信息的用戶還不能根據興趣進行資源推送、對于學生學習興趣及動力的激發手段方面也還需要進一步的研究與改進,以便更好地實施和推進高校網絡教學的智能化改革。
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Research on the Design of Generic and Intelligent Network Teaching Platform
XU Ya-jing, XU Hui-min
(School of Information and Communication Engineering, Beijing University of Post & Telecom, Beijing 100876, China)