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智能化校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測決策支持系統(tǒng)研究
摘 要：隨著信息化的深入發(fā)展，對校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)的安全檢測成為校園網(wǎng)安全系統(tǒng)的重要組成部分。本文論述了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測決策支持系統(tǒng)的可行性，并提出了智能化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測決策支持系統(tǒng)的框架。
關(guān)鍵詞：校園網(wǎng) 狀態(tài)檢測 決策支持系統(tǒng)
狀態(tài)檢測的關(guān)鍵是對設(shè)備狀態(tài)的判斷，不僅要識別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且要預(yù)測未來可能發(fā)生的故障。解決這些問題，一些常規(guī)的計(jì)算程序和分析程序無能為力或不夠有效。因?yàn)樵谶@些問題中，人類專家的經(jīng)驗(yàn)起著主導(dǎo)作用。因此，專家系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測中，而專家系統(tǒng)技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)檢測還不多見，原因在于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)檢測起步比較晚。隨著教育信息化的深入發(fā)展，更要提高校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可靠率和檢測的性，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)檢測勢在必行。狀態(tài)檢測能夠使檢測和效率提高，設(shè)備更新間隔延長和故障頻率降低，杜絕不足維護(hù)和過剩維護(hù)，減少事故的發(fā)生，提高了設(shè)備的可用系數(shù)，從而降低了。
一、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測決策支持系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
決策支持系統(tǒng)是輔助決策者通過數(shù)據(jù)、模型和知識，以人機(jī)交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策的應(yīng)用系統(tǒng)，它是管理信息系統(tǒng)（ＭＩＳ）向更高一級發(fā)展而產(chǎn)生的先進(jìn)信息管理系統(tǒng)，為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的，調(diào)用各種信息資源分析工具，幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量。決策支持系統(tǒng)是以管理科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、行為科學(xué)和控制論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方法和信息技術(shù)為手段，主要解決面向半結(jié)構(gòu)化的決策問題，支持中、高級決策者的決策活動的一種方案，通過人機(jī)對話進(jìn)行分析、比較和判斷，幫助決策者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和知識選擇一個(gè)滿意的方案，從而做出正確的決策。
傳感技術(shù)、微、數(shù)字信號處理和技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢測成為可能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論等綜合智能技術(shù)在狀態(tài)識別和故障診斷中的應(yīng)用，使?fàn)顟B(tài)檢測得以實(shí)現(xiàn)。[1][2] 根據(jù)在線和離線監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)、設(shè)備壽命預(yù)測數(shù)據(jù)、可靠性評價(jià)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)、同類設(shè)備數(shù)據(jù)等，進(jìn)行綜合分析，并利用狀態(tài)評價(jià)準(zhǔn)則體系對設(shè)備狀態(tài)變化趨勢進(jìn)行預(yù)測，運(yùn)用決策模型給出檢測什么和何時(shí)檢測的建議，并制定檢測計(jì)劃，發(fā)布到子網(wǎng)站。
1.設(shè)備綜合管理模塊
狀態(tài)檢測需要大量描述設(shè)備狀態(tài)及其演變過程的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設(shè)備數(shù)據(jù)綜合管理。該模塊管理和存儲所有設(shè)備資產(chǎn)清單、設(shè)備臺賬圖紙、設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)備安裝狀況及系統(tǒng)圖、維修歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備變更與維修記錄、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷數(shù)據(jù)、事故及異常記錄、測點(diǎn)設(shè)置、設(shè)備可靠性狀態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)等等。
2.智能化診斷模塊
該模塊使用專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。既能對單一試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，也能對多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合診斷。單一診斷用產(chǎn)生式專家系統(tǒng)，將規(guī)程規(guī)定和專家知識存儲在知識庫，可以隨時(shí)更新、修改。綜合診斷用人工神經(jīng)元BP網(wǎng)絡(luò)。功能模塊之間用狀態(tài)驅(qū)動。每一個(gè)層次的數(shù)據(jù)可以維護(hù)、查詢，有利于程序的模塊化設(shè)計(jì)。
3.檢測決策模塊
對單一設(shè)備，根據(jù)不同運(yùn)行方式和檢測方式，給出對該設(shè)備來說最佳的檢測時(shí)間、檢測措施和檢測項(xiàng)目，并形成檢測決策報(bào)告。
4.編制檢測計(jì)劃模塊
狀態(tài)檢測并不排斥檢測計(jì)劃的作用，恰恰相反，狀態(tài)檢測體制還要利用一些先進(jìn)的技術(shù)手段來動態(tài)地制訂和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測計(jì)劃，以充分發(fā)揮檢測計(jì)劃的作用。在狀態(tài)檢測體制下，面對眾多需要檢測的設(shè)備，檢測計(jì)劃的編制根據(jù)檢測決策的結(jié)果、負(fù)荷預(yù)測、趨勢分析、動態(tài)規(guī)則等手段考慮運(yùn)行方式、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等要求，使檢測計(jì)劃既具有可行性，又具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。
5.網(wǎng)站檢測信息發(fā)布模塊
將排定的檢測計(jì)劃發(fā)布在網(wǎng)站上，供各學(xué)院執(zhí)行，也為用戶提供了檢測信息，減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢測帶來的損失。這能提高服務(wù)質(zhì)量，增加工作的透明度。
二、基于專家系統(tǒng)的單一診斷模塊
1.單一診斷功能
單一診斷是指對一種檢測方法所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，得出故障征兆或有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的初步結(jié)論。檢測的數(shù)據(jù)與規(guī)程比較、與歷史比較、與同類設(shè)備比較，并考慮當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，將這些知識保存在專家系統(tǒng)的規(guī)則庫中。通過各種方法檢測到的數(shù)據(jù)，或通過檢測數(shù)據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，并不能說明當(dāng)前設(shè)備的狀況，只有與標(biāo)準(zhǔn)值比較，才能得到設(shè)備可能產(chǎn)生故障的征兆。單一診斷是對單項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷。該方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，有時(shí)可直接定位故障。但更多時(shí)給的結(jié)論不夠清晰，或結(jié)論片面。因此，該過程可以看作綜合診斷的前期數(shù)據(jù)處理。
單一診斷的結(jié)果可能有四種：
�。�1）明確定位故障；
�。�2）參數(shù)正常，不存在與此參數(shù)有關(guān)的故障；
�。�3）不確定故障是否存在；
�。�4）故障確實(shí)存在，但不能定位。
后兩種情況給出的結(jié)果不明確，需要更多的信息進(jìn)行明確判斷，由綜合診斷來完成。但單一診斷的所有診斷結(jié)果都送到綜合數(shù)據(jù)庫里。在綜合診斷中，對四種結(jié)論的處理各不相同。
單一診斷的過程是：
�。�1）數(shù)據(jù)采集：采集定期或不定期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
�。�2）參數(shù)計(jì)算：有些參數(shù)不能直接測得，需要用試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到；
�。�3）參數(shù)換算：有時(shí)要把試驗(yàn)數(shù)據(jù)或參數(shù)換算成某一環(huán)境下的數(shù)據(jù)；
�。�4）數(shù)據(jù)比較：試驗(yàn)數(shù)據(jù)或換算后的數(shù)據(jù)與規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，與設(shè)備原始數(shù)據(jù)比較；
�。�5）得出結(jié)論：單一診斷的結(jié)論是上述的四種結(jié)論。如果不需綜合診斷，則可以直接生成診斷報(bào)告。
2.專家系統(tǒng)各模塊的功能
單一診斷功能由專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其模塊如下：
�。�1）數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)來源于設(shè)備綜合模塊。該庫需要的數(shù)據(jù)有：設(shè)備工況數(shù)據(jù)；設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)；設(shè)備缺陷與檢測數(shù)據(jù)；事故記錄；同類設(shè)備數(shù)據(jù)；
（2）知識庫：該庫包括故障診斷知識和設(shè)備狀態(tài)預(yù)測知識。包含設(shè)備的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、導(dǎo)則和有關(guān)設(shè)備性能指標(biāo)的資料，以及收集的諸多專家分析判斷設(shè)備故障的權(quán)威經(jīng)驗(yàn)，用產(chǎn)生式知識表示法表示知識；
�。�3）推理機(jī)：能進(jìn)行故障診斷和設(shè)備狀態(tài)預(yù)測，并設(shè)置監(jiān)控預(yù)警功能，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，向運(yùn)行值班和檢測負(fù)責(zé)人發(fā)出警報(bào)�？紤]到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障的特點(diǎn)（有時(shí)是一種故障引起多個(gè)征兆，有時(shí)是一種征兆是由多個(gè)故障引起的），因此推理方式采用混合推理；
�。�4）學(xué)習(xí)機(jī)：隨著標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程及導(dǎo)則中有關(guān)內(nèi)容的變化，經(jīng)驗(yàn)不斷積累和增加，診斷知識庫要隨時(shí)擴(kuò)充、修改、更新，增強(qiáng)專家系統(tǒng)的診斷、決策能力。因此，要求學(xué)習(xí)機(jī)有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)功能。自學(xué)習(xí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：①就診斷對象的功能狀態(tài)去識別系統(tǒng)未曾掌握的征兆，并形成新的知識；②有新的設(shè)備時(shí)，能夠?qū)W習(xí)新設(shè)備的故障征兆和判斷設(shè)備狀態(tài)的規(guī)則；③對知識的自行校正，如一致性、冗余檢驗(yàn)等。
三、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的綜合診斷模塊
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對人腦神經(jīng)系統(tǒng)的模擬，其目的是學(xué)習(xí)和模仿人腦的信息處理方式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把知識變成網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值，并分布存儲在整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中。在確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、神經(jīng)元特性和學(xué)習(xí)算法之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表達(dá)是與它的知識獲取過程同時(shí)進(jìn)行、同時(shí)完成的。當(dāng)訓(xùn)練結(jié)束時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所獲取的知識就表達(dá)為網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矩陣和閥值矩陣。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有知識容量大，處理問題范圍廣，推理速度快等優(yōu)勢。所以綜合診斷是運(yùn)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在故障征兆與故障位置之間建立起數(shù)學(xué)模型，將綜合診斷知識存儲在網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值里，采用BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷。
四、結(jié)束語
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測決策支持系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)診斷是關(guān)鍵，不僅能對已經(jīng)發(fā)生的故障做出診斷，還能對將要發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測，這樣才能根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行檢測。自學(xué)習(xí)功能，增加了該系統(tǒng)的靈活性，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，知識庫的日益豐富，狀態(tài)診斷的可靠性將日益提高。狀態(tài)檢測離不開狀態(tài)檢測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)有許多方法，隨著這些監(jiān)測手段的日益完善，監(jiān)測點(diǎn)逐漸增多，監(jiān)測設(shè)備的功能逐步強(qiáng)大，通過先進(jìn)的通訊手段和網(wǎng)絡(luò)化管理，狀態(tài)檢測系統(tǒng)就更為健全。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳文偉.決策支持系統(tǒng)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.8：264-313.
[2]高洪深.決策支持系統(tǒng)(DSS)理論·方法·案例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.5：321-349.
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