基于信道混叠谱功耗测试的Petri网故障诊断策略

摘　要：

摘　要：Petri网在路由信道变迁和功率耗散过程中，易产生路由引擎故障，通过故障诊断增强Petri网的自适应性，实现路由修复，降低网络功耗。构建Petri网位置信息路由信道模型和能量消耗模型，测试Petri网络路由引擎转发损耗和功率放大损耗，把网络簇头节点帧级偏移输入相关矩阵，构建Petri网络节点之间发射和接收信号的路由节点耦合状态方程，优化故障特征目标函数，在混叠谱频段实现自适应能量均衡处理。

关键词：

关键词：信道　功耗测试　Petri网　故障诊断

　随机计算机网络和无线通信组网的发展，Petri网以其检测区域大、体积小、能耗低、计算能力强等特点，而受到人们的关注，在综合信息处理和网络通信与系统构建中得到广泛应用。一个经典的Petri网由四元组（通信资源库所，变迁，输入函数，输出函数）组成，通过自组织网络构建、信息感知采集、对象信息处理等子模块，得到Petri网数据传感随机分布单元、数据处理单元和通信模块单元。Petri网基本功能是通过无线通信技术，将网络阶段各自采集的数据可以通过网络系统进行传输汇总，实现对空间分散范围内的网络传输和数据通信。然而，在Petri网中，网络信道密集，进行路由表转发和链路估计中会在网络密集信道中产生间歇性混叠谱，从而导致Petri网在路由信道变迁和功率耗散过程中，易产生配网和路由引擎故障，导致网络功率耗散和通信故障。因此，需要一种有效的自适应强的Petri网故障诊断方法。

   本文提出一种基于网络密集信道混叠谱功耗测试的Petri网故障诊断算法。采用路由引擎链路转发机制进行网络密集信道间歇性混叠谱频段功耗测试，通过检测网络的负载与功耗的均衡性，测试Petri网的能量消耗和信道传输性能，实现故障诊断。仿真实验验证了算法的可行性。

1　Petri网密集信道模型与路由设计

1.1　网络信道模型与能量消耗参量分析

　Petri网络作用一种新型的拓扑结构层节点数据分发网络，数据发送队列通过路由引擎和链路估计器，实现网络通信数据包的收发，网络Sink节点实现对外界环境的线性采样和衡量，生成一条多分簇路由链。随着网络的运行，所有节点的剩余能量变低，产生能量耗散和功率损失。在这一过程中，由于路由收发节点引擎的故障，产生数据包的碰撞和信道拥堵，从而导致在Petri网络中产生数据丢包和通信受阻等故障。为提高网络通信的容错机能，根本上保证通信网服务控制标准化水平和安全性能，需要对Petri网络进行故障诊断。首先设计Petri网密集信道模型，采用在Petri网节点位置信息的路由协议设计中，引入路由转发机制，采用信道链路角度原理，考虑到一个传送节点(中间节点) S，在对下一跳节点做出选择时，只考虑它的相邻节点集内位置在Sink节点一侧角度估计原理，由Sink选取簇头，对簇头分布进行均匀间隔分布，得到路由节点数据传输模型。

1.2　混叠谱特征分析

分析上述构建的Petri网位置信息路由信道模型可见，在路由信道变迁和功率耗散过程中，簇内节点在每轮向其相应的簇头发送的数据长度时，产生能量消耗，此时每个批次的功耗的统计特征用表示，通过每个批次的功耗的统计特征进行路由转发，产生不等长的间歇性密集信道，通过对网络密集信道的混叠谱功耗测试，实现路由表修复和网络故障诊断，具有可行性。传统方法中，也有通过采用混叠谱特征提取的方法进行故障诊断，但单纯通过混叠谱叠加编码和路由收发数据统计特征分析的无法有效实现对Petri网的故障诊断，需要进行算法改进。

2　Petri网故障诊断算法改进与关键技术描述

2.1　网络密集信道中混叠谱功耗测试算法

基于上述的路由设计和网络模型构建，在提取到密集信道中的混叠谱特征的基础上，采用混叠谱对能量耗散的功耗测试算法实现对网络故障的诊断，Petri网络节点能量的大小是保证整个网络生命周期的关键指标，也是实现路由修复和故障诊断的重点。假设节点的剩余能量()小于某个规定的能量阈值()时，将产生网络故障，网络密集信道中混叠谱功耗测试，由于初始路由路径中的节点因能量消耗过快而造成路由故障，可以通过网络密集信道混叠谱特征提取的方法实现功耗测试。

2.2　故障诊断算法实现

基于上述改进实现，基于网络密集信道混叠谱功耗测试，实现Petri网络故障诊断，通过上述得知，在Petri网络进行数据包发送时，Source节点发射电路损耗的能量满足，、分别为Petri网中相邻节点模型中功率放大所需要的能量，对信道的混叠谱功耗测试，路由开始修复，根据每个节点找到路径的路由协议，传输期望值越小传输代价越少，邻居节点收包数越优，进而判别网络故障节点，实现对故障节点的定位。利用混叠谱功耗测试优化算法去修复第二个低于能量阈值的节点，依次循环，直至初信息到达Sink节点，混叠谱功耗低于给定能量阈值，把产生故障的中间节点全部被替换掉，实现对Petri网故障的有效诊断。

3　仿真实验与结果分析

为了测试本文算法性能，验证采用基于密集信道混叠谱功耗测试的Petri网故障诊断算法在进行路由修复和故障节点定位中的性能，进行仿真实验0基于。Petri网络模型设计中，共有10个簇，每个簇5个节点，设置链路容量为4Mbps，延时20ms。

4　结语

在Petri网中，网络信道密集，在进行路由表转发和链路估计中，会中产生间歇性混叠谱，通过信道变迁和功率耗散，易产生Petri网路由故障，对其有效的故障诊断实现网络数据传输性能的提高。本文提出一种基于网络密集信道混叠谱功耗测试的Petri网故障诊断算法，根据密集信道的多路径衰减特征，在输出传输过程中，由Sink选取簇头，并取对数似然比，得到Petri网络的故障节点的故障特征。通过提取密集信道中信号混叠谱中特征，进行功率测试，得到能量控制阈值，可以实现对Petri网络故障节点修复和故障诊断。研究结果表明，采用本文方法进行Petri网故障诊断，故障节点定位准确，信道中的混叠特性得到有效衰减，有效克服了Petri网络通信的串扰，提高了网络数据转发和通信性能。各项性能指标较传统方法优越。

参考文献：

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