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智能化校園網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)檢測決策支持系統研究
摘 要：隨著(zhù)信息化的深入發(fā)展，對校園網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)的安全檢測成為校園網(wǎng)安全系統的重要組成部分。本文論述了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)檢測決策支持系統的可行性，并提出了智能化網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)檢測決策支持系統的框架。
關(guān)鍵詞：校園網(wǎng) 狀態(tài)檢測 決策支持系統
狀態(tài)檢測的關(guān)鍵是對設備狀態(tài)的判斷，不僅要識別已經(jīng)發(fā)生的故障，而且要預測未來(lái)可能發(fā)生的故障。解決這些問(wèn)題，一些常規的計算程序和分析程序無(wú)能為力或不夠有效。因為在這些問(wèn)題中，人類(lèi)專(zhuān)家的經(jīng)驗起著(zhù)主導作用。因此，專(zhuān)家系統技術(shù)已經(jīng)運用到網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)檢測中，而專(zhuān)家系統技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò )設備的狀態(tài)檢測還不多見(jiàn)，原因在于網(wǎng)絡(luò )設備的狀態(tài)檢測起步比較晚。隨著(zhù)教育信息化的深入發(fā)展，更要提高校園網(wǎng)絡(luò )設備的可靠率和檢測的性，因此網(wǎng)絡(luò )設備的狀態(tài)檢測勢在必行。狀態(tài)檢測能夠使檢測和效率提高，設備更新間隔延長(cháng)和故障頻率降低，杜絕不足維護和過(guò)剩維護，減少事故的發(fā)生，提高了設備的可用系數，從而降低了。
一、網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)檢測決策支持系統的總體結構
決策支持系統是輔助決策者通過(guò)數據、模型和知識，以人機交互方式進(jìn)行半結構化或非結構化決策的應用系統，它是管理信息系統（ＭＩＳ）向更高一級發(fā)展而產(chǎn)生的先進(jìn)信息管理系統，為決策者提供分析問(wèn)題、建立模型、模擬決策過(guò)程和方案的，調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。決策支持系統是以管理科學(xué)、計算機科學(xué)、行為科學(xué)和控制論為基礎，以計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、經(jīng)濟方法和信息技術(shù)為手段，主要解決面向半結構化的決策問(wèn)題，支持中、高級決策者的決策活動(dòng)的一種方案，通過(guò)人機對話(huà)進(jìn)行分析、比較和判斷，幫助決策者根據自己的經(jīng)驗和知識選擇一個(gè)滿(mǎn)意的方案，從而做出正確的決策。
傳感技術(shù)、微、數字信號處理和技術(shù)在狀態(tài)監測中的應用，使狀態(tài)檢測成為可能。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、專(zhuān)家系統、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用，使狀態(tài)檢測得以實(shí)現。[1][2] 根據在線(xiàn)和離線(xiàn)監測診斷數據、設備壽命預測數據、可靠性評價(jià)數據、設計參數、檢測數據、同類(lèi)設備數據等，進(jìn)行綜合分析，并利用狀態(tài)評價(jià)準則體系對設備狀態(tài)變化趨勢進(jìn)行預測，運用決策模型給出檢測什么和何時(shí)檢測的建議，并制定檢測計劃，發(fā)布到子網(wǎng)站。
1.設備綜合管理模塊
狀態(tài)檢測需要大量描述設備狀態(tài)及其演變過(guò)程的準確數據，即要有足夠的信息用于分析與決策，這就是設備數據綜合管理。該模塊管理和存儲所有設備資產(chǎn)清單、設備臺賬圖紙、設備設計數據、設備安裝狀況及系統圖、維修歷史數據、設備變更與維修記錄、設備狀態(tài)監測與診斷數據、事故及異常記錄、測點(diǎn)設置、設備可靠性狀態(tài)統計分析數據等等。
2.智能化診斷模塊
該模塊使用專(zhuān)家系統與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )相結合的方法實(shí)現。既能對單一試驗數據進(jìn)行故障診斷，也能對多種試驗數據進(jìn)行綜合診斷。單一診斷用產(chǎn)生式專(zhuān)家系統，將規程規定和專(zhuān)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)驅動(dòng)。每一個(gè)層次的數據可以維護、查詢(xún)，有利于程序的模塊化設計。
3.檢測決策模塊
對單一設備，根據不同運行方式和檢測方式，給出對該設備來(lái)說(shuō)最佳的檢測時(shí)間、檢測措施和檢測項目，并形成檢測決策報告。
4.編制檢測計劃模塊
狀態(tài)檢測并不排斥檢測計劃的作用，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(lái)動(dòng)態(tài)地制訂和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )設備檢測計劃，以充分發(fā)揮檢測計劃的作用。在狀態(tài)檢測體制下，面對眾多需要檢測的設備，檢測計劃的編制根據檢測決策的結果、負荷預測、趨勢分析、動(dòng)態(tài)規則等手段考慮運行方式、可靠性、經(jīng)濟性等要求，使檢測計劃既具有可行性，又具有科學(xué)性和經(jīng)濟性。
5.網(wǎng)站檢測信息發(fā)布模塊
將排定的檢測計劃發(fā)布在網(wǎng)站上，供各學(xué)院執行，也為用戶(hù)提供了檢測信息，減少網(wǎng)絡(luò )設備檢測帶來(lái)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(zhuān)家系統的單一診斷模塊
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據進(jìn)行處理和判斷，得出故障征兆或有關(guān)設備狀態(tài)的初步結論。檢測的數據與規程比較、與歷史比較、與同類(lèi)設備比較，并考慮當前系統的運行狀況，將這些知識保存在專(zhuān)家系統的規則庫中。通過(guò)各種方法檢測到的數據，或通過(guò)檢測數據計算出的數據，并不能說(shuō)明當前設備的狀況，只有與標準值比較，才能得到設備可能產(chǎn)生故障的征兆。單一診斷是對單項試驗數據進(jìn)行診斷。該方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現，有時(shí)可直接定位故障。但更多時(shí)給的結論不夠清晰，或結論片面。因此，該過(guò)程可以看作綜合診斷的前期數據處理。
單一診斷的結果可能有四種：
�。�1）明確定位故障；
�。�2）參數正常，不存在與此參數有關(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果不明確，需要更多的信息進(jìn)行明確判斷，由綜合診斷來(lái)完成。但單一診斷的所有診斷結果都送到綜合數據庫里。在綜合診斷中，對四種結論的處理各不相同。
單一診斷的過(guò)程是：
�。�1）數據采集：采集定期或不定期的試驗數據；
�。�2）參數計算：有些參數不能直接測得，需要用試驗數據計算得到；
�。�3）參數換算：有時(shí)要把試驗數據或參數換算成某一環(huán)境下的數據；
�。�4）數據比較：試驗數據或換算后的數據與規程規定的標準試驗數據比較，與設備原始數據比較；
�。�5）得出結論：?jiǎn)我辉\斷的結論是上述的四種結論。如果不需綜合診斷，則可以直接生成診斷報告。
2.專(zhuān)家系統各模塊的功能
單一診斷功能由專(zhuān)家系統實(shí)現，其模塊如下：
�。�1）數據庫：數據來(lái)源于設備綜合模塊。該庫需要的數據有：設備工況數據；設備設計參數；設備缺陷與檢測數據；事故記錄；同類(lèi)設備數據；
�。�2）知識庫：該庫包括故障診斷知識和設備狀態(tài)預測知識。包含設備的有關(guān)標準、規程、導則和有關(guān)設備性能指標的資料，以及收集的諸多專(zhuān)家分析判斷設備故障的權威經(jīng)驗，用產(chǎn)生式知識表示法表示知識；
�。�3）推理機：能進(jìn)行故障診斷和設備狀態(tài)預測，并設置監控預警功能，發(fā)現設備缺陷，向運行值班和檢測負責人發(fā)出警報�？紤]到網(wǎng)絡(luò )設備故障的特點(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)習機：隨著(zhù)標準、規程及導則中有關(guān)內容的變化，經(jīng)驗不斷積累和增加，診斷知識庫要隨時(shí)擴充、修改、更新，增強專(zhuān)家系統的診斷、決策能力。因此，要求學(xué)習機有很強的自學(xué)習功能。自學(xué)習包括三個(gè)方面的內容：①就診斷對象的功能狀態(tài)去識別系統未曾掌握的征兆，并形成新的知識；②有新的設備時(shí)，能夠學(xué)習新設備的故障征兆和判斷設備狀態(tài)的規則；③對知識的自行校正，如一致性、冗余檢驗等。
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)系統的模擬，其目的是學(xué)習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 )的結構參數、神經(jīng)元特性和學(xué)習算法之后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的知識表達是與它的知識獲取過(guò)程同時(shí)進(jìn)行、同時(shí)完成的。當訓練結束時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統所獲取的知識就表達為網(wǎng)絡(luò )權值矩陣和閥值矩陣。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )具有知識容量大，處理問(wèn)題范圍廣，推理速度快等優(yōu)勢。所以綜合診斷是運用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )在故障征兆與故障位置之間建立起數學(xué)模型，將綜合診斷知識存儲在網(wǎng)絡(luò )的權值和閥值里，采用BP網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行診斷。
四、結束語(yǔ)
網(wǎng)絡(luò )設備狀態(tài)檢測決策支持系統中設備狀態(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)行預測，這樣才能根據狀態(tài)進(jìn)行檢測。自學(xué)習功能，增加了該系統的靈活性，隨著(zhù)經(jīng)驗的積累，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(kāi)狀態(tài)檢測技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )設備的狀態(tài)監測已經(jīng)有許多方法，隨著(zhù)這些監測手段的日益完善，監測點(diǎn)逐漸增多，監測設備的功能逐步強大，通過(guò)先進(jìn)的通訊手段和網(wǎng)絡(luò )化管理，狀態(tài)檢測系統就更為健全。
參考文獻：
[1]陳文偉.決策支持系統教程[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(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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