基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，包括：步骤一，建立通信系统状态机模型；步骤二，建立通信系统状态空间可靠性模型；步骤三，根据通信系统状态空间可靠性模型，识别出日志数据中落入异常态的空间点，在向故障态跳转之前进行拦截。针对现存轨道交通通信系统中大量丢失通信数据的问题，建立综合考虑硬件设备、软件及外部环境因素的通信系统可靠性分析模型，有效利用通信日志数据进行预测，分析通信系统的状态空间，发现潜在缺陷，从而可以将故障状态进行拦截。

【技术实现步骤摘要】
基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法
本专利技术涉及轨道交通通信
，尤其涉及信号系统通信数据可靠性分析方法。
技术介绍
在轨道交通信号系统领域中，通信系统的可靠性和有效性是信号系统可用性的重要影响因素之一，因此提高通信系统的可靠性和有效性是信号系统集成的重要任务。已建轨道交通项目在列车运行过程中，通信丢失或者通信无效发生的频率非常高，相应也产生了大量通信日志数据，虽然得益于容错设计在大部分情况下短时的通信丢失对于列车运行没有直接影响，信息校验机制也保证了信息传输的安全，但对于通信系统来说，会极大地影响其可靠性和可用性。而且如果对丢失通信告警不做任何处理，极有可能对信号系统可用性造成严重的影响。现有对通信系统可靠性的研究多从经典可靠性建模方法出发，比如马尔科夫链等，仅对网络结构或设备的可靠性进行分析，没有综合硬件、软件以及外界环境的角度充分考虑导致传输失效的原因。现有的方法主要从设备技术改进的角度出发，提出改进措施，需要对现有的设备或技术进行大量更换，需要花费大量的人力和物力。并且硬件设备的随机故障和耗损型故障是无法避免的，因此通过更换现有设备或改进技术仍然无法解决设备在使用过程中由于性能退化导致的通信故障问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，针对现存轨道交通通信系统中大量丢失通信数据的问题，建立综合考虑硬件设备、软件及外部环境因素的通信系统可靠性分析模型，有效利用通信日志数据进行预测，分析通信系统的状态空间，发现潜在缺陷，从而可以将故障状态进行拦截。实现上述目的的技术方案是：一种基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，包括：步骤一，建立通信系统状态机模型；步骤二，建立通信系统状态空间可靠性模型；步骤三，根据通信系统状态空间可靠性模型，识别出日志数据中落入异常态的空间点，在向故障态跳转之前进行拦截。优选的，所述的步骤一，包括：用维度分析法确定数据通信系统的关键元素；确定空间维下通信系统的独立状态；确定空间维下状态跳转条件；建立空间维下状态机模型；建立综合空间维和时间维的通信系统状态机模型。优选的，所述的用维度分析法确定数据通信系统的关键元素，指：建立一个由空间维和时间维组成的多维体，把数据通信系统的状态按照空间维和时间维进行切割，放在这个多维体上；空间维是指影响数据通信系统的空间维分布元素，包括通信系统架构内的元素；时间维是指影响数据通信系统的外界环境因素，体现为时间特性元素；然后确定数据通信系统的空间维分布元素，包括构成通信系统的所有硬件，以及加载在硬件上的软件。优选的，所述的确定空间维下通信系统的独立状态，指：在空间维下将通信系统状态分为正常通信状态S0，通信异常状态S1和通信故障状态S2。优选的，所述的建立空间维下状态机模型，指：将某一时间下某一空间点n的空间元素叠加在一起，可以得到特定时间下某一空间点的状态跳转模型，将特定时间下所有空间点的状态跳转模型叠加在一起，即可得到整个数据通信系统的状态跳转模型：（1）其中，N为该通信系统空间元素的组合集；代表空间点的状态跳转模型的并集；考虑时刻通信系统的状态跳转模型（2）当时，两个或两个以上的空间点同时发生状态跳转的概率趋于0，因此可得（3）其中，为发生状态跳转的空间点；由于在特定时间下空间点原始状态之间是独立，（1）式可以写成：（4）代入公式（3）化简后可以得到（5）公式（5）的左侧为整个空间维下空间点的状态从时刻到的变化，公式（5）的右侧为发生状态跳转的空间点的状态变化，将所有时刻的状态跳转模型叠加在一起则可以得到空间维下通信系统的状态机模型；所述的建立综合空间维和时间维的通信系统状态机模型，指：将时间维元素加入到时间维下状态跳转条件中，然后将时间维下系统状态跳转条件加入到空间维下的状态机模型，得到综合空间维和时间维的通信系统状态机模型。优选的，所述的步骤二，包括：根据通信系统日志数据类型，选择合适的可靠性模型，建立空间点m在时间的可靠性模型（6）其中，是指在空间点的第n个空间元素；定义确定态S0可靠性数值为，令S1态初始阈值为,S2态的初始阈值为，其中；基于统计学习的方法为模糊态选取阈值，建立基于状态空间的通信系统可靠性预计模型。优选的，所述的基于统计学习的方法为模糊态选取阈值，建立基于状态空间的通信系统可靠性预计模型，包括：为模糊态选取阈值：将历史通信日志数据分为训练集和测试集；用训练集训练到S0，S1，S2状态的映射模型，结合系统维护记录，用测试集选取最优模型，为S1态和S2态选取合适的阈值；建立可靠性预计模型：将训练集中所有落入S2的空间点记为SS2集，找出SS2集通信日志中所有的可靠性模型，建立可靠性时间序列（7）通过预测训练得到时刻的可靠性预计模型（8）。优选的，所述的步骤三，包括：分析通信日志，预计落入异常态的空间点将来时刻的状态，识别出即将落入通信故障S2态的空间点；分析故障趋势空间点的缺陷，通过改进缺陷，进行故障拦截。优选的，所述的分析故障趋势空间点的缺陷，通过改进缺陷，进行故障拦截，指：将多元素可靠性模型进行相关性分析，并进行对数变换，得到以下模型：其中，是空间点m的因子在时间的可靠性模型的显性系数；当没有显性因子时，说明光考虑空间维不能找到原因，因此需要结合时间维度分析时间序列的自相关系数；通过以上系数的显著性得到具体的影响因素，然后通过改进缺陷进行故障拦截。本专利技术的有益效果是：本专利技术充分考虑硬件设备、软件及外部环境因素对通信系统的影响，建立综合可靠性评估模型，将状态机模型和可靠性模型结合起来，利用深度学习的算法进行模糊状态的判断和特征提取，并将特征分类，与影响状态转变的因素结合起来，提供故障状态拦截的方法。可以有效利用通信日志数据进行预测，分析通信系统的状态空间，发现潜在缺陷，从而可以将故障状态进行拦截，提高通信系统可用性。能够最大程度地保留现有通信系统设备，不需要大量更新通信技术或更换通信设备。附图说明图1是本专利技术的基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法的流程图；图2是本专利技术中数据通信系统维度分析模型；图3是本专利技术中通信系统状态机模型。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。请参阅图1，本专利技术的基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，包括下列步骤：步骤一：建立通信系统状态机模型。具体包括：（1）用维度分析法确定数据通信系统的关键元素。某地铁信号系统设计的VOBC-MAU数据通信日志的数据内容有以下两类：i.MSGID803：列车#{Name}VOBCID#{FaultCode.Parm5}车头位置#{FrontPos}里程#{Mileage}km报告:VOBC和MAU#{FaultCode.Parm2}之间通信丢失,时间=#{FaultCode.Timestamp}ii.MSGID805：列车#{Name}VOBCID#{FaultCode.Parm5}车头位置#{FrontPos}里程#{Mileage}km报告:VOBC和MAU#{FaultCode.Parm2}之间通信建立,时间=#{FaultCode.Timestamp}以上MSGID803和MSGID805这两类日志信息频繁出现在通信报警日志中，但他们并不能直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，其特征在于，包括：步骤一，建立通信系统状态机模型；步骤二，建立通信系统状态空间可靠性模型；步骤三，根据通信系统状态空间可靠性模型，识别出日志数据中落入异常态的空间点，在向故障态跳转之前进行拦截。

【技术特征摘要】
1.一种基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，其特征在于，包括：步骤一，建立通信系统状态机模型；步骤二，建立通信系统状态空间可靠性模型；步骤三，根据通信系统状态空间可靠性模型，识别出日志数据中落入异常态的空间点，在向故障态跳转之前进行拦截。2.根据权利要求1所述的基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，其特征在于，所述的步骤一，包括：用维度分析法确定数据通信系统的关键元素；确定空间维下通信系统的独立状态；确定空间维下状态跳转条件；建立空间维下状态机模型；建立综合空间维和时间维的通信系统状态机模型。3.根据权利要求2所述的基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，其特征在于，所述的用维度分析法确定数据通信系统的关键元素，指：建立一个由空间维和时间维组成的多维体，把数据通信系统的状态按照空间维和时间维进行切割，放在这个多维体上；空间维是指影响数据通信系统的空间维分布元素，包括通信系统架构内的元素；时间维是指影响数据通信系统的外界环境因素，体现为时间特性元素；然后确定数据通信系统的空间维分布元素，包括构成通信系统的所有硬件，以及加载在硬件上的软件。4.根据权利要求3所述的基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，其特征在于，所述的确定空间维下通信系统的独立状态，指：在空间维下将通信系统状态分为正常通信状态S0，通信异常状态S1和通信故障状态S2。5.根据权利要求4所述的基于状态机模型的信号系统通信数据可靠性分析方法，其特征在于，所述的建立空间维下状态机模型，指：将某一时间下某一空间点n的空间元素叠加在一起，可以得到特定时间下某一空间点的状态跳转模型，将特定时间下所有空间点的状态跳转模型叠加在一起，即可得到整个数据通信系统的状态跳转模型：（1）其中，N为该通信系统空间元素的组合集；代表空间点的状态跳转模型的并集；考虑时刻通信系统的状态跳转模型（2）当时，两个或两个以上的空间点同时发生状态跳转的概率趋于0，因此可得（3）其中，为发生状态跳转的空间点；由于在特定时间下空间点原始状态之间是独立，（1）式可以写成：（4）代入公式（3）化简后可以得到（5）公式（5）的左侧为整个空间维下空间点的状态从时刻到的变化，公式（5）的右侧为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红霞，黄雷，
申请(专利权)人：上海电气泰雷兹交通自动化系统有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31