基于大數據的通信網絡阻塞故障檢測系統設計

蘭海翔，李衛群，張濤

（貴州力創科技發展有限公司，貴州貴陽 550003）

通信網絡體系結構的變化不但會引發嚴重的阻塞故障問題，還有可能對信號參量的正確傳輸行為造成影響。根據網絡連接能力的不同，阻塞故障行為的出現幾率也會不斷變化，一般情況下，待傳輸的數據總量越大，通信網絡阻塞故障行為的發生幾率也就越大[1]。隨著大數據環境逐漸趨于穩定，通信網絡體系中待處理的信號量水平也會不斷增大，由于目標傳輸位置的不同，這些數據信息參量在互聯網主機中會出現明顯的堆積情況，不僅會導致通信網絡連接作用能力的不斷下降，也會影響感知主機對于故障信號的檢測精度水平。

為了適應大數據參量的實時傳輸需求，傳統應答型檢測系統利用耦合電路處理通信網絡中的故障信號篩選問題，再借助FPGA 平臺，將完成篩選的阻塞故障信號排列成線狀或包狀傳輸形式，以便于主機元件對其進行后期的檢測處理。然而該系統并不能對阻塞故障信號進行及時修復，不能完全滿足通信網絡的實際應用需求。為解決此問題，搭建基于大數據的通信網絡阻塞故障檢測系統，利用轉發故障診斷模塊，對阻塞故障信號進行初步的劃分與處理，再借助通信鎖相環結構，完成對已篩選信號參量的擬合與檢測。

1 系統硬件設計

按照大數據CPU 主板連接、轉發故障診斷模塊協調、耦合檢測電路接入的處理流程，完成通信網絡阻塞故障檢測系統的硬件執行環境搭建，具體操作方法如下。

1.1 大數據CPU主板

大數據CPU 主板負責處理通信網絡中的阻塞故障信息，由SSI 芯片、MSI 芯片、CPU 芯片3 類應用架構共同組成。其中，SSI 芯片可維護通信網絡中的信息平衡狀態，一方面對各項阻塞故障數據進行整合與打包處理，另一方面也可避免傳輸信息參量出現明顯堆積的表現行為[2]。MSI 芯片則具備較好的信息上傳能力，可在控制阻塞故障數據傳輸速率的同時，將集合成包狀的信息參量再次打散成隨機分布狀態。CPU 芯片負責與檢測系統的大數據主機建立連接關系，通過分流阻塞故障信息的方式，使得最終檢測結果的數據精度水平得到明顯提升[3]。

1.2 轉發故障診斷模塊

轉發故障診斷模塊可在大數據主機的作用下，對通信網絡擁塞故障信息進行收集處理，再借助板間通信接口、命令行接口，實現對系統檢測處理動作指令的制定。由于故障檢測定時器設備的存在，大數據決策元件可直接干預系統檢測處理動作的執行方向，且隨著待檢測擁塞故障數據傳輸量的增大，大數據決策元件的處理能力也會逐漸增強，在此情況下，檢測定時器設備會啟動其自動計時功能，在整個計時過程中，信息收集指令與大數據決策指令都會保持連續的執行狀態[4]。為避免通信網絡中的擁塞故障數據出現明顯堆積行為，轉發診斷模塊在系統執行過程中始終具備較強的應用能力[5]。轉發故障診斷模塊結構如圖1 所示。

圖1 轉發故障診斷模塊結構

1.3 耦合檢測電路

耦合檢測電路具備較強的電信號轉換能力，可在IN 輸入端與OUT 輸出端之間，借助大數據主機，將通信網絡擁塞故障信號轉換成連貫的電量傳輸信號，并可在多個耦合處理器元件的作用下，將這些電量信號以傳輸電壓的形式分配至下級電阻元件設備之中[6]。一般情況下，一個完整的耦合檢測電路中應同時包含多個耦合處理器元件，其中一部分元件設備用于進行通信網絡擁塞故障信號的轉換處理，另一部分元件設備則可根據電阻結構兩端的電壓分配值水平，對通信網絡中已存儲的擁塞故障信息進行提取，從而使得系統檢測主機能夠在單位時間內，獲得最多的感應信號參量[7]。耦合檢測電路如圖2 所示。

圖2 耦合檢測電路

2 系統軟件設計

在各級硬件設備結構體系的支持下，按照通信鎖相環連接、阻塞故障信號擬合、故障檢測性質判定的處理流程，實現檢測系統的軟件執行環境搭建，軟、硬件設計相結合，完成基于大數據的通信網絡阻塞故障檢測系統設計。

2.1 通信鎖相環

通信鎖相環具備較強的故障信號復位能力，可在大數據CPU 主板元件的作用下，建立一個完整的閉環結構體，且可在數據信息的初始輸入節點處設置嚴格的判別條件，從而避免通信網絡擁塞故障信息在同一時間內全部輸入同一大數據信道中，從而較好地緩解了通信網絡環境中存在的數據信息堆積情況[8]。在復位形態下，通信鎖相環對應大數據主機的順向傳輸形式，此時通信網絡呈現完全開放的連接狀態，各級擁塞故障信息可快速由系統數據庫存儲主機進入下級傳輸信道，實現對個別節點處數據信息錯傳行為的準確感知與檢測[9]。設q0代表鎖相環初始通信節點處的數據判別條件，qn代表鎖相環終止通信節點處的數據判別條件，n代表擁塞故障信息的傳輸迭代次數值，聯立上述物理量，可將通信鎖相環的描述表達式定義為：

其中，x1代表第一個擁塞故障信息參量，xn代表第n個擁塞故障信息參量，β代表大數據通信系數，f代表既定的擁塞故障信息通信上傳指標，Pˉ代表單位時間內的通信網絡擁塞故障信息檢測均值。

2.2 阻塞故障信號擬合

阻塞故障信號擬合是一個完全閉合的數據參量處理環節，可在已知通信鎖相環定義條件的基礎上，將已存儲的信息參量分割成多個結構性文件，再借助系統檢測信道，實現對這些文件信息的傳輸與反饋[10]。在不考慮其他干擾條件的情況下，通信網絡中的阻塞故障信號擬合結果只受到數據信息檢測判別權限這一項物理指標的直接影響[11]。數據信息檢測判別權限在既定檢測時長中，始終表現為階段性變化量，且隨著大數據主機應用能力的增強，轉發故障診斷模塊所需處理的擁塞信號量水平也在不斷增大，但在此情況下，使判別權限指標趨于最小參量數值ΔE，即可獲得最為準確的檢測系統阻塞故障信號擬合處理結果[12]。在上述物理量的支持下，聯立式（1），可將阻塞故障信號擬合結果表示為：

其中，smin代表最小的擁塞故障信息分割系數，smax代表最大的擁塞故障信息分割系數，D1代表第一個信號擬合權限項，Dn代表第n個信號擬合權限項。

2.3 故障檢測性質判定

故障檢測性質判定行為決定了大數據主機對于通信網絡穩定性傳輸能力的維護強度[13]，一般情況下，檢測主機所判定出的擁塞故障信息性質越穩定，系統所具備的信號處理能力也就越強[14]。規定hˉ表示通信網絡在單位時間內所能接收到的擁塞故障信息數據量均值，一般情況下，該項物理量的數值水平越高，與大數據主機匹配的故障檢測性質判定結果也就更為準確[15]。v代表基于大數據體系的傳輸數據量判別條件，受到其他物理系數指標的影響，該項系數值能夠決定通信網絡所具備的基礎數據信息傳輸能力，且二者直接的影響關系通常保持為正向促進作用[16]。在上述物理量的支持下，聯立式（2），可將系統環境中的故障檢測性質判定結果表示為：

其中，g代表通信網絡中阻塞故障信息的穩定傳輸系數，d代表擁塞故障信息的基礎定義項，d′代表參量d的補充說明條件。在各級軟、硬件架構體系的支持下，按照上述搭建流程，實現基于大數據通信網絡阻塞故障檢測系統的順利應用。

3 系統應用能力測試

在多臺通信主機元件的支持下，建立如圖3 所示的網絡連接環境，分別將基于大數據的通信網絡阻塞故障檢測系統、應答型檢測系統與其中一臺網絡基站相連，其中前者作為實驗組，后者作為對照組。同時閉合實驗組、對照組連接按鈕，記錄第三方通信主機中相關實驗指標的實際數值變化形式[17]。

圖3 通信網絡連接原理

UPR、UQR 指標均能反映基站主機對于通信網絡阻塞故障行為的修復能力，一般情況下，兩項指標參量的數值水平越高，基站主機對于通信網絡阻塞故障行為的修復能力也就越強。具體實驗數值變化情況如下，UPR 指標對比如表1 所示，UQR 指標對比如表2 所示。

表1 UPR指標對比

表2 UQR指標對比

表1 中，實驗組UPR 指標保持先上升再下降的數值變化趨勢；表2 中，實驗組UQR 指標則保持階梯狀上升的數值變化狀態；而表1 中，對照組UPR 指標則保持先連續下降再持續穩定的數值變化趨勢；表2 中，對照組UQR 指標則保持連續上升的數值變化趨勢，但實驗后期的數值上升幅度則明顯小于實驗前期。

從極限值角度來看，實驗組的最大數值結果達到了76.1%，而對照組的最大數值結果卻僅能達到41.6%，與實驗組數值水平相比，下降了34.5%。

總結上述實驗數值可知，基于大數據通信網絡阻塞故障檢測系統的UPR 指標與UQR 指標數值水平明顯更高，符合較好修復通信網絡阻塞故障行為的實際應用需求。

4 結束語

與應答型檢測系統相比，大數據體系可針對CPU 主板連接能力進行改進，且由于轉發故障診斷模塊、耦合檢測電路的存在，通信鎖相環結構可得到完美閉合，不僅可實現對阻塞故障信號的擬合處理，也可得到更為準確的故障檢測性質判定結果。從實用性角度來看，UPR 指標與UQR 指標數值水平的提升，足以說明基站主機在通信網絡阻塞故障行為修復方面具備較強的應用能力，不僅可以較好地解決通信網絡的阻塞故障問題，也能夠實現對通信網絡使用環境的穩定性與平衡性維護。