一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器及其构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器及其构建方法。该智能通讯服务器包括有限状态自动机系统、实时数据库和诊断专家系统；在该装置中解析通讯规约的软件架构和解析算法，比较常规的采用大量的条件逻辑判断的算法，能够提高应对规约的复杂性和减少出错几率。本发明专利技术还涉及实现和建立“专家知识库”和“因果推理过程”，可以充分利用通讯服务器中的数据资源和该装置服务对象的专家们的知识，不但可以诊断该装置本身的异常和事件，而且可以诊断其服务对象的异常和事件。

A finite state automaton architecture based on intelligent communication server and its construction method

The invention discloses an intelligent communication server based on the finite state automaton architecture and the construction method thereof. The intelligent communication server includes a finite state automaton system, real-time database and diagnosis expert system; in the device analysis of communication protocol software architecture and algorithm of parsing algorithm using a large number of conditions in comparison with conventional logic judgment, can improve their protocol complexity and reduce the probability of making mistakes. The invention also relates to the realization and the establishment of a \knowledge base\ and \causal reasoning process\, the experts can make full use of communication server in the data resource and the device service object of knowledge, not only can diagnose the device itself and abnormal events, but also can diagnose their service objects and abnormal events.

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器及其构建方法
本专利技术属于电力智能通讯
，涉及一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器及其构建方法。
技术介绍
现有的通讯服务器种类繁多，功能各有特点，但是最主要的功能是“通讯”。通讯需要共同遵守相应的协议，著名的ISO/OSI(国际标准化组织)七层参考模型几乎是家喻户晓了。模型中的“应用层”协议内容最为复杂而且带有行业特色，专业性强。电力行业的应用层以IEC(国际电工委员会)先后发布的IEC61850，IEC61870-5等系列协议为代表，协议文本逻辑性强。尤其是智能电网和数字变电站的建立，IEC61850国际标准的推广通讯服务器需要接入各种IED(Intelligentelectronicdevice)装置，一般而言，新型的IED都应支持IEC61850标准，其通讯规约又包括MMS(ManufacturingMessageSpecification)和GOOSE(GenericObjectOrientedSubstationEvent)，其通讯规约很复杂。现有的通讯服务器在解析通讯报文时主要注重和解决报文的逻辑关系，包含大量的逻辑条件的判断，软件系统设计中对各种逻辑关系的组合难免疏漏，从而造成报文解析出错。“智能通讯服务器”的输入是从通讯的通道而来，正常情况下通道上的输入是按照规约所描述的规律送来的，规约转换一般不会有问题；但是如果通道的质量不高，就难免有“误码”发生，普通的逻辑判断只能处理预先设定的错误，其它随机性错误将产生不可预测的后果。由于通讯服务器需要处理各种各样的应用层通讯规约，报文的“重组”在所难免，所以通讯服务器都会有“实时数据库”。一般实时数据库主要用于存放报文的输入，组织输出报文的数据项等；显然该“实时数据库”的资源利用是不充分的。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器及其构建方法，采用有限状态自动机来避免程序设计中逻辑判断的疏漏，有效地过滤掉随机性的误码，从而提高系统的稳定性和容错性；并进一步结合诊断用专家系统实现其智能化。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，包括有限状态自动机系统、实时数据库和诊断专家系统；所述的有限状态自动机系统包括：状态矩阵，构造有限状态自动机的静态模型和动态模型，根据通讯服务器需要处理的通讯规约文本，构造状态矩阵的数据结构计算机内表示，将规约的解析过程分解成一系列的函数，包括每个状态矩阵元素的状态转换规则及其动作函数；循环线程，是个无限循环的线程，其平时处于休眠状态，当发现有来自输入报文的报文输入，或者有系统事件产生，循环线程被激活，激活后调用状态自动机；状态自动机读取输入报文，根据状态转换矩阵转换状态，并调用相应状态元素的动作函数；输入报文，是报文的应用层数据，包括通道上的输入报文通过物理层，数据链路层、网络层、传输层、会话层和表示层，自下而上最后送达应用层；状态元素的“动作”函数集，接收状态自动机的解析结果，将报文解析功能进行分解而构成诸多函数的集合；输出报文，是报文的应用层数据，自上而下的通过表示层、会话层、传输层、网络层和数据链路层，最后通过物理层发送到通道上去；状态自动机的系列动作函数的协调工作形成所需实时数据写入数据库，或者根据通讯规约形成输出报文输出；所述的实时数据库，是用内存数据库实现通讯服务器所用到的实时数据的计算机内部表示，存放电力系统的实时数据；所述的诊断专家系统包括：知识库，知识规则集合构成知识库；因果推理机，利用知识库进行因果推理：在需要进行故障诊断时启动并调用解析知识规则的函数，通过执行演绎逻辑进行规则解析；值班员答案，在因果推理机解析过程中，如果条件中包含数据点值则读实时数据库，如果包含值班员答案则进行人机交互读取值班员答案；推理结论反馈表，收集因果推理机解析的结论。所述的状态矩阵(A)是由状态元素所构成的矩阵，其表示为：Eij＝{xj，σj，aij}，其中：i为矩阵的第i行，j为矩阵的第j列，xj为该状态元素的输入，σj为该元素的下一个状态；aij为该元素的动作，表示调用一个函数，如果该元素有“输出”也在该函数中实现；还将状态矩阵(A)用一个一维数组来表示，并增加一个索引数组p来指示每一行的起始位置。所述的知识规则定义为：If<条件>Then<后件>；如果<条件>为真，则产生<后件>并将信息传递到下一级相邻的规则，否则信息不再向下一级传递；条件的定义：<条件>：：＝^<条件>|<数据点值>|<值班员答案>|<终结条件>；其中：“^”符号表示“非”，非真为假，非假为真；<数据点值>表示为实时数据库数据点的值；<值班员答案>表示由值班员给出答案的条件；<终结条件>表示不再向下传递的结点，为终结结点；<数据点值>：：＝<模拟量>|<数字量>|<计算量>；其中：<模拟量>表示用浮点数表示的实时数据；<数字量>即开关量实时数据；<计算量>通过算数表达式及逻辑表达式计算后得到的实时数据；知识规则的集合，以及表示规则之间相互关系所形成的树形结构，存放到数据库中即为知识库；知识库通过树形结构读入实时数据库满足计算的实时性的要求。在知识库中存放的树形结构，其结点及其属性用内存数据块来存放，树形结构的支路用索引来表示；树形结构的结点参数包括本结点条件，上级结点条件，关联的专家信息和优先级；树形结构的索引包括：本级结点向前索引、本级结点向后索引、指向上级结点和指向下级结点；所述智能通讯服务器一直在播放背景音乐：根据诊断专家系统的诊断结果播放相对应的音乐，没有事件发生就播放轻松的音乐；如果有事件发生则根据发生事件的严重程度播放能引起人们注意的音乐；值班人员可根据装置的背景音乐来识别装置的工作状态。所述的因果推理机所进行的因果推理是遍历和解析由知识规则所构成的判定树，对判定树遍历和解析过程是演绎过程，其经过的路径构成规则的正向推理链：A→B，B→C，C→D...；因果推理机的函数解析由事件触发，之后搜索知识库中的相应的根结点，逐级解析规则中的<条件>并按条件向下转递；推理的结论一方面通过对话框报告值班员，另一方面则播放相应的背景音乐提醒值班人员；因果推理机还通过诊断对话框接受值班员答案。一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器的构建方法，包括以下操作：1)在嵌入式系统中构造有限状态自动机静态模型，包括计算机数据结构以及相应的动作函数：根据通讯服务器需要处理的通讯规约文本，构造状态矩阵的数据结构计算机内表示，将规约的解析过程分解成一系列的函数，包括每个状态矩阵元素的状态转换规则及其动作函数；2)构造实时数据库：用内存数据库实现通讯服务器所用到的实时数据的计算机内部表示；3)构造有限状态自动机的动态模型，以便智能通讯服务器在运行时即时处理通讯报文的输入，输出以及系统事件；4)构造诊断专家系统用的知识库：邀请专家提供诊断专家系统的知识规则集，使用组态工具录入智能通讯服务器，并自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，其特征在于，包括有限状态自动机系统、实时数据库(F)和诊断专家系统；所述的有限状态自动机系统包括：状态矩阵(A)，构造有限状态自动机的静态模型和动态模型，根据通讯服务器需要处理的通讯规约文本，构造状态矩阵的数据结构计算机内表示，将规约的解析过程分解成一系列的函数，包括每个状态矩阵元素的状态转换规则及其动作函数；循环线程(B)，为无限循环的线程，其平时处于休眠状态，当发现有来自输入报文(C)的报文输入，或者有系统事件产生，循环线程被激活，激活后调用状态自动机；状态自动机读取输入报文，根据状态转换矩阵转换状态，并调用相应状态元素的动作函数；输入报文(C)，是报文的应用层数据，包括通道上的输入报文通过物理层，数据链路层、网络层、传输层、会话层和表示层，自下而上最后送达应用层；状态元素的“动作”函数集(E)，接收状态自动机的解析结果，将报文解析功能进行分解而构成诸多函数的集合；输出报文(D)，是报文的应用层数据，自上而下的通过表示层、会话层、传输层、网络层和数据链路层，最后通过物理层发送到通道上去；状态自动机的系列动作函数的协调工作形成所需实时数据写入数据库，或者根据通讯规约形成输出报文输出；所述的实时数据库(F)，是用内存数据库实现通讯服务器所用到的实时数据的计算机内部表示，存放系统的实时数据；所述的诊断专家系统包括：知识库(G)，知识规则集合构成知识库；因果推理机(I)，利用知识库进行因果推理：在需要进行故障诊断时启动并调用解析知识规则的函数，通过执行演绎逻辑进行规则解析；值班员答案(J)，在因果推理机(I)解析过程中，如果条件中包含数据点值则读实时数据库，如果包含值班员答案则进行人机交互读取值班员答案；推理结论反馈表(H)，收集因果推理机(I)解析的结论。...

【技术特征摘要】
1.一种基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，其特征在于，包括有限状态自动机系统、实时数据库(F)和诊断专家系统；所述的有限状态自动机系统包括：状态矩阵(A)，构造有限状态自动机的静态模型和动态模型，根据通讯服务器需要处理的通讯规约文本，构造状态矩阵的数据结构计算机内表示，将规约的解析过程分解成一系列的函数，包括每个状态矩阵元素的状态转换规则及其动作函数；循环线程(B)，为无限循环的线程，其平时处于休眠状态，当发现有来自输入报文(C)的报文输入，或者有系统事件产生，循环线程被激活，激活后调用状态自动机；状态自动机读取输入报文，根据状态转换矩阵转换状态，并调用相应状态元素的动作函数；输入报文(C)，是报文的应用层数据，包括通道上的输入报文通过物理层，数据链路层、网络层、传输层、会话层和表示层，自下而上最后送达应用层；状态元素的“动作”函数集(E)，接收状态自动机的解析结果，将报文解析功能进行分解而构成诸多函数的集合；输出报文(D)，是报文的应用层数据，自上而下的通过表示层、会话层、传输层、网络层和数据链路层，最后通过物理层发送到通道上去；状态自动机的系列动作函数的协调工作形成所需实时数据写入数据库，或者根据通讯规约形成输出报文输出；所述的实时数据库(F)，是用内存数据库实现通讯服务器所用到的实时数据的计算机内部表示，存放系统的实时数据；所述的诊断专家系统包括：知识库(G)，知识规则集合构成知识库；因果推理机(I)，利用知识库进行因果推理：在需要进行故障诊断时启动并调用解析知识规则的函数，通过执行演绎逻辑进行规则解析；值班员答案(J)，在因果推理机(I)解析过程中，如果条件中包含数据点值则读实时数据库，如果包含值班员答案则进行人机交互读取值班员答案；推理结论反馈表(H)，收集因果推理机(I)解析的结论。2.如权利要求1所述的基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，其特征在于，所述的状态矩阵(A)是由状态元素所构成的矩阵，其表示为：Eij＝{xj，σj，aij}，其中：i为矩阵的第i行，j为矩阵的第j列，xj为该状态元素的输入，σj为该元素的下一个状态；aij为该元素的动作，表示调用一个函数，如果该元素有“输出”也在该函数中实现；还将状态矩阵(A)用一个一维数组来表示，并增加一个索引数组p来指示每一行的起始位置。3.如权利要求2所述的基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，其特征在于，还将状态矩阵(A)进行以下转换：其中，structTran对应Eij，shortin对应xj，shortnext对应σj，Actionaction对应aij；对应同一当前状态的状态元素顺序存放，并按照状态的先后顺序排列，形成了结构数组tran[]；每组状态元素中最前面的一个元素的位置，用索引数组p[]来指示；在每组状态元素的最后增加一个特殊的状态元素，它的输入是“其它”，即与枚举的元素都没有匹配的元素，在结构数组中用0来代表“其它输入”。4.如权利要求3所述的基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，其特征在于，状态自动机的对状态元素的调用如下：①用P表示状态元素表的指针数组，当前状态存于State变量中，将当前状态对应的状态元素的第一个位置送变量pp：pp←p[State]；其中，变量State表示当前状态，变量pp表示当前的转换矩阵索引；②判断pp变量所指的状态元素结构中的输入tran[pp].in是否与输入符号inEle相匹配；如果匹配则转到⑤；如果不匹配则转到③；其中，变量inEle表示输入符号；③进一步判断pp指针是否已到达该状态对应的状态元素的尾部，如果到达尾部即最后一个元素，那么tran[pp].in一定等于<其它输入>，其用0来表示；如果“是”那么也就是匹配了该元素，转到⑤；否则继续转到④；④pp变量向下移一个，之后转到②；⑤与输入符号匹配的状态元素结构中的下一个转变状态是tran[pp].next，如果小于0表示下一个转变状态与当前状态相同，转到框⑦；否则向下转到⑥；⑥该状态元素的“下一个转变状态”送到当前状态变量State←tran[pp].next；⑦调用该状态元素的“动作函数”tran[pp].action；⑧返回。5.如权利要求1所述的基于有限状态自动机架构的智能通讯服务器，其特征在于，所述的知识库中的知识规则定义为：If<条件>Then<后件>；如果<条件>为真，则产生<后件>并将信息传递到下一级相邻的规则，否则信息不再向下一级传递；条件的定义：<条件>：：＝∧<条件>|<数据点值>|<值班员答案>|<终结条件>；其中：“∧”符号表示“非”，非真为假，非假为真；<数据点值>表示为实时数据库数据点的值；<值班员答案>表示由值班员给出答案的条件；<终结条件>表示不再向下传递的结点，为终结结点；<数据点值>：：＝<模拟量>|<数字量>|<计算量>；其中：<模拟量>表示用浮点数表示的实时数据；<数字量>即开关量实时数据；<计算量>通过算数表达式及逻辑表达式计算后得到的实时数据；知识规则的集合，以及表示规则之间相互关系所形成的树形结构，存放到数据库中即为知识库；知识库通过树形结构读入实时数据库满足计算的实时性的要求。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宝生，李明松，王升星，
申请(专利权)人：昆明自动化成套集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53