本發(fā)明涉及通信故障檢測(cè)，更具體地說，涉及一種雙模通信單元的智能故障檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，雙模通信單元在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于雙模通信單元的復(fù)雜性和工作環(huán)境的多樣性，其故障發(fā)生的概率也相對(duì)較高。

2、目前，在對(duì)于雙模通信單元的故障檢測(cè)主要依賴于人工檢測(cè)或單一的檢測(cè)方法，在復(fù)雜環(huán)境中工作的雙模通信單元，由于安裝環(huán)境逼仄，不便于工作人員進(jìn)入，故而導(dǎo)致日常檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，存在檢測(cè)效率低、準(zhǔn)確性不高、無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的問題。

3、鑒于此，我們提出一種雙模通信單元的智能故障檢測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種雙模通信單元的智能故障檢測(cè)方法，以解決當(dāng)前在復(fù)雜環(huán)境中工作的雙模通信單元，由于安裝環(huán)境逼仄，不便于工作人員進(jìn)入，故而導(dǎo)致日常檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，存在檢測(cè)效率低、準(zhǔn)確性不高、無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種雙模通信單元的智能故障檢測(cè)方法，包括下列步驟：

3、s1、數(shù)據(jù)采集；

4、通過傳感器對(duì)雙模通信單元的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采集包括信號(hào)強(qiáng)度、通信頻率、溫度、電壓參數(shù)數(shù)據(jù)，溫度和電壓分別由溫度傳感器和電壓傳感器直接讀?。?/p>

5、信號(hào)強(qiáng)度可以用功率單位dbm表示，其計(jì)算公式為：

6、p(dbm)＝10×log(p(mw))；

7、其中，p(mw)為以毫瓦為單位的功率值；

8、s2、單點(diǎn)檢測(cè)；

9、對(duì)雙模通信單元中的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)，檢查其工作狀態(tài)是否正常，如檢測(cè)芯片的工作溫度、電壓是否在正常范圍內(nèi)，檢測(cè)通信接口的連接是否穩(wěn)定；

10、s201、芯片溫度；

11、對(duì)于芯片溫度，可設(shè)定正常溫度范圍為：

12、tmin≤t≤tmax；

13、其中，t為實(shí)時(shí)測(cè)量的溫度值；

14、tmin和tmax為根據(jù)芯片規(guī)格確定的最小和最大允許溫度；

15、s202、芯片電壓；

16、對(duì)于芯片電壓，可設(shè)定正常電壓范圍為：

17、vmin≤v≤vmax；

18、其中，v為實(shí)時(shí)測(cè)量的溫度值；

19、vmin和vmax為根據(jù)芯片規(guī)格確定的最小和最大允許溫度；

20、s3、組網(wǎng)檢測(cè)；

21、對(duì)雙模通信單元在組網(wǎng)狀態(tài)下的性能進(jìn)行檢測(cè)，檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否穩(wěn)定，通信節(jié)點(diǎn)之間的通信是否順暢，以及網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、延遲指標(biāo)是否符合要求；

22、s301、網(wǎng)絡(luò)吞吐量；

23、網(wǎng)絡(luò)吞吐量用單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來表示，如每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)(bps),計(jì)算公式為：

24、

25、其中，datrvolume為一段時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量；

26、time為時(shí)間間隔；

27、s302、網(wǎng)絡(luò)延遲；

28、網(wǎng)絡(luò)延遲通常用毫秒(ms)表示，可通過發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包并測(cè)量往返時(shí)間來計(jì)算，計(jì)算公式為：

29、

30、其中，roundtriptime為測(cè)試數(shù)據(jù)包的往返時(shí)間；

31、s4、通信質(zhì)量檢測(cè)；

32、檢測(cè)雙模通信單元的通信質(zhì)量，包括信號(hào)強(qiáng)度、信噪比、誤碼率，通過對(duì)通信質(zhì)量的檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)通信中的問題；

33、s5、抗干擾測(cè)試；

34、對(duì)雙模通信單元進(jìn)行抗干擾測(cè)試，模擬各種干擾源，檢測(cè)雙模通信單元在干擾環(huán)境下的通信性能，使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和強(qiáng)度的干擾信號(hào)，然后測(cè)量雙模通信單元在干擾下的信號(hào)強(qiáng)度、信噪比、誤碼率指標(biāo)，抗干擾性能可以用干擾抑制比來衡量，計(jì)算公式為：

35、

36、其中，psignalwithout?interference為無干擾時(shí)的信號(hào)功率；

37、psignalwithinterference為有干擾時(shí)的信號(hào)功率；

38、s6、數(shù)據(jù)分析；

39、將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，判斷雙模通信單元是否存在故障；

40、s7、故障分析與定位；

41、若預(yù)測(cè)結(jié)果顯示雙模通信單元存在故障，則進(jìn)一步對(duì)故障進(jìn)行分析和定位；

42、s8、故障處理與驗(yàn)證；

43、根據(jù)故障的類型和位置，采取相應(yīng)的故障處理措施，同時(shí)，對(duì)故障處理后的雙模通信單元進(jìn)行再次檢測(cè)，驗(yàn)證故障是否已被完全修復(fù)，若故障仍然存在，則重新進(jìn)行故障診斷和處理，直到故障被完全修復(fù)；

44、s9、優(yōu)化通信傳輸路徑；

45、根據(jù)故障檢測(cè)和處理的結(jié)果，對(duì)雙模通信單元的通信傳輸路徑進(jìn)行優(yōu)化，若某個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度較弱，可以調(diào)整通信路徑，避開該節(jié)點(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)某個(gè)通信鏈路存在干擾，可以選擇其他通信鏈路進(jìn)行通信；

46、采用dijkstra算法優(yōu)化通信傳輸路徑，通過計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最短路徑來確定最優(yōu)通信路徑：

47、設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)為g＝(v,e)；

48、其中，v為節(jié)點(diǎn)集合；

49、e為邊集合；

50、對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)v∈v，設(shè)d(v)為源節(jié)點(diǎn)到v的最短距離，p(v)為v的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)；

51、初始化時(shí)，d(s)＝0(其中s為源節(jié)點(diǎn))，對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)v≠s，d(v)＝∞；

52、對(duì)于每個(gè)未確定最短距離的節(jié)點(diǎn)u,選擇具有最小d(u)的節(jié)點(diǎn)，并更新其鄰接節(jié)點(diǎn)的最短距離，重復(fù)過程，直到所有節(jié)點(diǎn)的最短距離都被確定，最后，通過回溯前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，可以得到從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。

53、本發(fā)明通過采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，能夠快速準(zhǔn)確地判斷雙模通信單元是否存在故障，配合通過傳感器對(duì)雙模通信單元的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了故障檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并對(duì)故障進(jìn)行診斷和處理，大大提高了在惡劣環(huán)境下雙模通信單元的日常檢測(cè)效率，省時(shí)省力。

54、優(yōu)選地，所述s4通信質(zhì)量檢測(cè)還包括下列步驟；

55、s401、信噪比；

56、信噪比計(jì)算公式為；

57、

58、其中，psignal為信號(hào)功率；

59、pnoise為噪聲功率；

60、s402、誤碼率；

61、誤碼率計(jì)算公式為：

62、

63、其中，ber為錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與總傳輸比特?cái)?shù)的比值；

64、優(yōu)選地，所述s6數(shù)據(jù)分析還包括下列步驟；

65、s601、數(shù)據(jù)預(yù)處理；

66、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去噪和歸一化處理，以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性；

67、s602、特征提?。?/p>

68、從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中提取能夠反映雙模通信單元故障的特征，如信號(hào)強(qiáng)度的變化率、通信頻率的偏差、溫度異常變化；

69、s603、模型訓(xùn)練；

70、使用歷史數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，建立故障檢測(cè)模型，采用支持向量機(jī)，其目標(biāo)是找到一個(gè)超平面，使得不同類別的數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠被盡可能正確地分開，同時(shí)使間隔最大化；

71、設(shè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集為：{(x1,y1),(x2,y2),...,(xi,yi)}；

72、其中，xi為輸入特征向量；

73、yi∈{-1,1}為類別標(biāo)簽；

74、支持向量機(jī)的優(yōu)化問題可以表示為：

75、其中，ω為超平面的法向量；

76、b為截距；

77、c為懲罰參數(shù)；

78、ξi為松弛變量

79、約束條件為：yi(ωtxi+b)≥1-ξi，ξi≥0；

80、通過上述問題的求解得到故障檢測(cè)模型；

81、s604、故障預(yù)測(cè)；

82、將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)輸入到故障檢測(cè)模型中，預(yù)測(cè)雙模通信單元是否存在故障；

83、優(yōu)選地，所述s601數(shù)據(jù)預(yù)處理還包括下列步驟；

84、s601a、數(shù)據(jù)清洗；

85、通過數(shù)據(jù)清洗去除異常值，采用拉依達(dá)準(zhǔn)則，若測(cè)量值與平均值之差大于三倍標(biāo)準(zhǔn)差，則認(rèn)為該測(cè)量值為異常值并去除：

86、設(shè)數(shù)據(jù)集合為：{x1,x2...,xn}；

87、平均值為：

88、標(biāo)準(zhǔn)差為：

89、若則xi為異常值；

90、s601b、數(shù)據(jù)去噪；

91、數(shù)據(jù)去噪采用均值濾波等方法，新數(shù)據(jù)值為周圍若干數(shù)據(jù)的平均值。設(shè)當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)為xi，周圍k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為：

92、{xi-j,...,xi-j,xi+j,...,xi+j}；

93、其中(k為偶數(shù))或(k為奇數(shù))；

94、則去噪后的數(shù)據(jù)值為：

95、

96、s601c、數(shù)據(jù)歸一化；

97、數(shù)據(jù)歸一化可采用最大最小歸一化方法，計(jì)算公式為：

98、

99、其中，x為原始數(shù)據(jù)值；

100、xmin和xmax為數(shù)據(jù)的最小和最大值；

101、優(yōu)選地，所述s602特征提取還包括下列步驟；

102、s602a、信號(hào)強(qiáng)度變化率；

103、信號(hào)強(qiáng)度變化率計(jì)算公式為：

104、

105、其中，p1前一時(shí)刻信號(hào)強(qiáng)度；

106、p0為前一時(shí)刻信號(hào)強(qiáng)度；

107、s602b、通信頻率偏差；

108、通信頻率偏差計(jì)算公式為：

109、

110、其中，f為當(dāng)前通信頻率；

111、f0為標(biāo)準(zhǔn)通信頻率；

112、s602c、溫度異常變化；

113、溫度異常變化可通過計(jì)算溫度變化速度來衡量，設(shè)當(dāng)前溫度為t1，前一時(shí)刻溫度為t0，時(shí)間間隔為δt，則溫度變化速度為：

114、

115、若溫度變化速度超過閾值r，則認(rèn)為溫度異常；

116、優(yōu)選地，所述s7故障分析與定位還包括下列步驟；

117、s701、故障類型判斷；

118、根據(jù)故障的特征和表現(xiàn)形式，判斷故障的類型，是否屬于硬件故障、軟件故障以及通信故障；

119、s702、故障位置定位；

120、通過分析雙模通信單元的工作原理和結(jié)構(gòu)，結(jié)合故障的特征，定位故障的位置；

121、優(yōu)選地，所述s701故障類型判斷還包括下列步驟；

122、s701a、硬件故障判定；

123、設(shè)溫度異常升高的判斷標(biāo)準(zhǔn)為溫度超過閾值tthershold，即t>tthershold時(shí)判斷為可能存在硬件故障；

124、設(shè)電壓不穩(wěn)定的判斷標(biāo)準(zhǔn)為電壓偏離正常范圍的百分比超過閾值vpercentage，即時(shí)判斷為可能存在硬件故障；

125、s701b、軟件故障判定；

126、設(shè)程序崩潰的判斷標(biāo)志為出現(xiàn)特定的錯(cuò)誤代碼或異常信息；

127、s701c、通信故障判定；

128、設(shè)誤碼率升高的判斷標(biāo)準(zhǔn)為誤碼率超過閾值berthreshold，即ber>berthreshold時(shí)判斷為可能存在通信故障；

129、優(yōu)選地，所述s702故障位置定位還包括下列步驟；

130、s702a、硬件故障定位：若為硬件故障，可以通過檢測(cè)電路的通斷、芯片的工作狀態(tài)等方式來確定故障位置；

131、s702b、軟件故障定位：若為軟件故障，可以通過分析程序的運(yùn)行日志、錯(cuò)誤代碼等方式來確定故障位置；

132、一種雙模通信單元的智能故障檢測(cè)系統(tǒng)，包括用于對(duì)雙模通信單元進(jìn)行工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、用于對(duì)雙模通信單元上關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊、用于對(duì)雙模通信單元組網(wǎng)狀態(tài)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的組網(wǎng)狀態(tài)性能檢測(cè)模塊、用于對(duì)雙模通信單元通信質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的通訊質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊以及用于對(duì)雙模通信單元進(jìn)行抗干擾測(cè)試的抗干擾實(shí)時(shí)測(cè)試模塊；

133、所述工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、所述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊、所述組網(wǎng)狀態(tài)性能檢測(cè)模塊、所述通訊質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊以及所述抗干擾實(shí)時(shí)測(cè)試模塊共同電氣連接有用于結(jié)合采集數(shù)據(jù)對(duì)雙模通信單元進(jìn)行故障實(shí)時(shí)檢測(cè)的智能故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元；

134、所述智能故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元包括用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的數(shù)據(jù)分析處理模塊，所述數(shù)據(jù)分析處理模塊電氣連接有用于依托機(jī)器學(xué)習(xí)算法建模的機(jī)器學(xué)習(xí)算法建模模塊以及用于對(duì)分析后數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；

135、所述機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)建模模塊生成有故障檢測(cè)模型，且所述故障檢測(cè)模型電氣連接有用于進(jìn)行故障預(yù)測(cè)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)模塊以及用于訓(xùn)練故障檢測(cè)模型的機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練模塊，所述機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)模塊與所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊均與所述機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練模塊電氣連接；

136、所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練模塊電氣連接有用于故障分析定位的故障分析與定位單元，且所述故障分析與定位單元電氣連接有用于給出故障處理和驗(yàn)證建議的故障處理與驗(yàn)證模塊，所述故障處理與驗(yàn)證模塊電氣連接有用于優(yōu)化通信傳輸路徑的通信傳輸路徑優(yōu)化模塊。

137、優(yōu)選地，所述故障分析與定位單元包括用于進(jìn)行故障類型判斷的故障類型判斷模塊以及用于進(jìn)行故障位置定位的故障位置定位單元，所述故障類型判斷模塊與所述故障位置定位單元電氣連接；

138、所述故障位置定位單元包括用于進(jìn)行硬件故障定位的硬件故障定位模塊以及用于進(jìn)行軟件故障定位的軟件故障定位模塊。

139、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

140、1、本發(fā)明通過采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)，能夠快速準(zhǔn)確地判斷雙模通信單元是否存在故障，配合通過傳感器對(duì)雙模通信單元的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了故障檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并對(duì)故障進(jìn)行診斷和處理，大大提高了在惡劣環(huán)境下雙模通信單元的日常檢測(cè)效率，省時(shí)省力；

141、2、本發(fā)明通過工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊、組網(wǎng)狀態(tài)性能檢測(cè)模塊、通訊質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊以及抗干擾實(shí)時(shí)測(cè)試模塊實(shí)時(shí)采集雙模通信單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并配合智能故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單元結(jié)合采集數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析，不需要依賴于人工檢測(cè)，減少了人力成本和時(shí)間成本，從而降低了故障檢測(cè)的成本；

142、3、通過單點(diǎn)檢測(cè)、組網(wǎng)檢測(cè)和通信質(zhì)量檢測(cè)，能夠全面地檢測(cè)雙模通信單元的性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種潛在的故障，再配合故障分析與定位以及故障處理與驗(yàn)證，能夠快速準(zhǔn)確地確定故障的類型和位置，確保了故障處理的有效性，避免了故障的復(fù)發(fā)，為故障處理提供有力的支持。