摘　要：

摘　要：Petri網(wǎng)在路由信道變遷和功率耗散過(guò)程中，易產(chǎn)生路由引擎故障，通過(guò)故障診斷增強(qiáng)Petri網(wǎng)的自適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)路由修復(fù)，降低網(wǎng)絡(luò)功耗。構(gòu)建Petri網(wǎng)位置信息路由信道模型和能量消耗模型，測(cè)試Petri網(wǎng)絡(luò)路由引擎轉(zhuǎn)發(fā)損耗和功率放大損耗，把網(wǎng)絡(luò)簇頭節(jié)點(diǎn)幀級(jí)偏移輸入相關(guān)矩陣，構(gòu)建Petri網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)射和接收信號(hào)的路由節(jié)點(diǎn)耦合狀態(tài)方程，優(yōu)化故障特征目標(biāo)函數(shù)，在混疊譜頻段實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)能量均衡處理。

關(guān)鍵詞：

關(guān)鍵詞：信道　功耗測(cè)試　Petri網(wǎng)　故障診斷

　隨機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信組網(wǎng)的發(fā)展，Petri網(wǎng)以其檢測(cè)區(qū)域大、體積小、能耗低、計(jì)算能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而受到人們的關(guān)注，在綜合信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信與系統(tǒng)構(gòu)建中得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)經(jīng)典的Petri網(wǎng)由四元組（通信資源庫(kù)所，變遷，輸入函數(shù)，輸出函數(shù)）組成，通過(guò)自組織網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、信息感知采集、對(duì)象信息處理等子模塊，得到Petri網(wǎng)數(shù)據(jù)傳感隨機(jī)分布單元、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊單元。Petri網(wǎng)基本功能是通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)階段各自采集的數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行傳輸匯總，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間分散范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和數(shù)據(jù)通信。然而，在Petri網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)信道密集，進(jìn)行路由表轉(zhuǎn)發(fā)和鏈路估計(jì)中會(huì)在網(wǎng)絡(luò)密集信道中產(chǎn)生間歇性混疊譜，從而導(dǎo)致Petri網(wǎng)在路由信道變遷和功率耗散過(guò)程中，易產(chǎn)生配網(wǎng)和路由引擎故障，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)功率耗散和通信故障。因此，需要一種有效的自適應(yīng)強(qiáng)的Petri網(wǎng)故障診斷方法。

   本文提出一種基于網(wǎng)絡(luò)密集信道混疊譜功耗測(cè)試的Petri網(wǎng)故障診斷算法。采用路由引擎鏈路轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)密集信道間歇性混疊譜頻段功耗測(cè)試，通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載與功耗的均衡性，測(cè)試Petri網(wǎng)的能量消耗和信道傳輸性能，實(shí)現(xiàn)故障診斷。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行性。

1　Petri網(wǎng)密集信道模型與路由設(shè)計(jì)

1.1　網(wǎng)絡(luò)信道模型與能量消耗參量分析

　Petri網(wǎng)絡(luò)作用一種新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)層節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)發(fā)送隊(duì)列通過(guò)路由引擎和鏈路估計(jì)器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)包的收發(fā)，網(wǎng)絡(luò)Sink節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的線性采樣和衡量，生成一條多分簇路由鏈。隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，所有節(jié)點(diǎn)的剩余能量變低，產(chǎn)生能量耗散和功率損失。在這一過(guò)程中，由于路由收發(fā)節(jié)點(diǎn)引擎的故障，產(chǎn)生數(shù)據(jù)包的碰撞和信道擁堵，從而導(dǎo)致在Petri網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟包和通信受阻等故障。為提高網(wǎng)絡(luò)通信的容錯(cuò)機(jī)能，根本上保證通信網(wǎng)服務(wù)控制標(biāo)準(zhǔn)化水平和安全性能，需要對(duì)Petri網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷。首先設(shè)計(jì)Petri網(wǎng)密集信道模型，采用在Petri網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位置信息的路由協(xié)議設(shè)計(jì)中，引入路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，采用信道鏈路角度原理，考慮到一個(gè)傳送節(jié)點(diǎn)(中間節(jié)點(diǎn)) S，在對(duì)下一跳節(jié)點(diǎn)做出選擇時(shí)，只考慮它的相鄰節(jié)點(diǎn)集內(nèi)位置在Sink節(jié)點(diǎn)一側(cè)角度估計(jì)原理，由Sink選取簇頭，對(duì)簇頭分布進(jìn)行均勻間隔分布，得到路由節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模型。

1.2　混疊譜特征分析

分析上述構(gòu)建的Petri網(wǎng)位置信息路由信道模型可見(jiàn)，在路由信道變遷和功率耗散過(guò)程中，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)在每輪向其相應(yīng)的簇頭發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)，產(chǎn)生能量消耗，此時(shí)每個(gè)批次的功耗的統(tǒng)計(jì)特征用表示，通過(guò)每個(gè)批次的功耗的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)，產(chǎn)生不等長(zhǎng)的間歇性密集信道，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)密集信道的混疊譜功耗測(cè)試，實(shí)現(xiàn)路由表修復(fù)和網(wǎng)絡(luò)故障診斷，具有可行性。傳統(tǒng)方法中，也有通過(guò)采用混疊譜特征提取的方法進(jìn)行故障診斷，但單純通過(guò)混疊譜疊加編碼和路由收發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征分析的無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)Petri網(wǎng)的故障診斷，需要進(jìn)行算法改進(jìn)。

2　Petri網(wǎng)故障診斷算法改進(jìn)與關(guān)鍵技術(shù)描述

2.1　網(wǎng)絡(luò)密集信道中混疊譜功耗測(cè)試算法

基于上述的路由設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建，在提取到密集信道中的混疊譜特征的基礎(chǔ)上，采用混疊譜對(duì)能量耗散的功耗測(cè)試算法實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的診斷，Petri網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量的大小是保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的關(guān)鍵指標(biāo)，也是實(shí)現(xiàn)路由修復(fù)和故障診斷的重點(diǎn)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量()小于某個(gè)規(guī)定的能量閾值()時(shí)，將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)故障，網(wǎng)絡(luò)密集信道中混疊譜功耗測(cè)試，由于初始路由路徑中的節(jié)點(diǎn)因能量消耗過(guò)快而造成路由故障，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)密集信道混疊譜特征提取的方法實(shí)現(xiàn)功耗測(cè)試。

2.2　故障診斷算法實(shí)現(xiàn)

基于上述改進(jìn)實(shí)現(xiàn)，基于網(wǎng)絡(luò)密集信道混疊譜功耗測(cè)試，實(shí)現(xiàn)Petri網(wǎng)絡(luò)故障診斷，通過(guò)上述得知，在Petri網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)包發(fā)送時(shí)，Source節(jié)點(diǎn)發(fā)射電路損耗的能量滿足，、分別為Petri網(wǎng)中相鄰節(jié)點(diǎn)模型中功率放大所需要的能量，對(duì)信道的混疊譜功耗測(cè)試，路由開(kāi)始修復(fù)，根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)找到路徑的路由協(xié)議，傳輸期望值越小傳輸代價(jià)越少，鄰居節(jié)點(diǎn)收包數(shù)越優(yōu)，進(jìn)而判別網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障節(jié)點(diǎn)的定位。利用混疊譜功耗測(cè)試優(yōu)化算法去修復(fù)第二個(gè)低于能量閾值的節(jié)點(diǎn)，依次循環(huán)，直至初信息到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)，混疊譜功耗低于給定能量閾值，把產(chǎn)生故障的中間節(jié)點(diǎn)全部被替換掉，實(shí)現(xiàn)對(duì)Petri網(wǎng)故障的有效診斷。

3　仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了測(cè)試本文算法性能，驗(yàn)證采用基于密集信道混疊譜功耗測(cè)試的Petri網(wǎng)故障診斷算法在進(jìn)行路由修復(fù)和故障節(jié)點(diǎn)定位中的性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)0基于。Petri網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)中，共有10個(gè)簇，每個(gè)簇5個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)置鏈路容量為4Mbps，延時(shí)20ms。

4　結(jié)語(yǔ)

在Petri網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)信道密集，在進(jìn)行路由表轉(zhuǎn)發(fā)和鏈路估計(jì)中，會(huì)中產(chǎn)生間歇性混疊譜，通過(guò)信道變遷和功率耗散，易產(chǎn)生Petri網(wǎng)路由故障，對(duì)其有效的故障診斷實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能的提高。本文提出一種基于網(wǎng)絡(luò)密集信道混疊譜功耗測(cè)試的Petri網(wǎng)故障診斷算法，根據(jù)密集信道的多路徑衰減特征，在輸出傳輸過(guò)程中，由Sink選取簇頭，并取對(duì)數(shù)似然比，得到Petri網(wǎng)絡(luò)的故障節(jié)點(diǎn)的故障特征。通過(guò)提取密集信道中信號(hào)混疊譜中特征，進(jìn)行功率測(cè)試，得到能量控制閾值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Petri網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)修復(fù)和故障診斷。研究結(jié)果表明，采用本文方法進(jìn)行Petri網(wǎng)故障診斷，故障節(jié)點(diǎn)定位準(zhǔn)確，信道中的混疊特性得到有效衰減，有效克服了Petri網(wǎng)絡(luò)通信的串?dāng)_，提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和通信性能。各項(xiàng)性能指標(biāo)較傳統(tǒng)方法優(yōu)越。

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