本發(fā)明涉及車載網(wǎng)絡(luò)通信，尤其涉及一種面向車載光纖通道網(wǎng)絡(luò)的多優(yōu)先級差分故障預(yù)測與主動預(yù)防方法。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車智能化和自動駕駛技術(shù)的迅猛發(fā)展，車載網(wǎng)絡(luò)通信逐漸向高速率、低延遲、高可靠性的方向發(fā)展。近年來，光纖通道(fiber?channel，簡稱fc)因其具有高速率、低時延和高可靠性的特點，逐漸應(yīng)用于汽車電子系統(tǒng)中，如高級駕駛輔助系統(tǒng)(adas)、自動駕駛系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)等。

2、然而，傳統(tǒng)光纖通道技術(shù)最初設(shè)計用于數(shù)據(jù)中心環(huán)境，未充分考慮車載應(yīng)用場景的特殊要求。車載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜且動態(tài)性強，任何鏈路或節(jié)點的故障，尤其是實時性和可靠性較高的關(guān)鍵業(yè)務(wù)鏈路出現(xiàn)異常，都會對車輛的安全性造成嚴重影響?，F(xiàn)有的fc網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)多采用事后被動檢測方式，無法提前預(yù)知故障風(fēng)險，實時性不足；并且缺乏對鏈路異常趨勢的精準分析與主動干預(yù)機制，使得網(wǎng)絡(luò)安全與穩(wěn)定性難以得到有效保障。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在公開一種面向車載光纖通道網(wǎng)絡(luò)的多優(yōu)先級差分故障預(yù)測與主動預(yù)防方法，能夠提前預(yù)測潛在故障風(fēng)險并采取主動預(yù)防措施，有效提升車載網(wǎng)絡(luò)運行的安全性與穩(wěn)定性，包裝車輛駕駛的安全。

2、本發(fā)明方法具體包括如下步驟：

3、接收各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點周期性上報的狀態(tài)報告幀，從所述狀態(tài)報告幀中獲取各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所連接鏈路的狀態(tài)信息，基于各狀態(tài)信息計算得到對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值、各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的貝葉斯概率異常值和貝葉斯概率異常趨勢值；

4、基于各所述狀態(tài)信息、網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值、貝葉斯概率異常值和貝葉斯概率異常趨勢值進行網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險預(yù)測；

5、基于預(yù)測的故障風(fēng)險下發(fā)攜帶網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化。

6、進一步的，所述狀態(tài)信息包括鏈路丟幀率、丟幀率差分趨勢值、鏈路往返時延、高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值、高優(yōu)先級鏈路往返延遲趨勢差分值和誤碼率；

7、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基于發(fā)送的故障診斷幀和接收的對應(yīng)響應(yīng)幀計算得到所連接鏈路的狀態(tài)信息，包括：

8、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基于當(dāng)前周期所發(fā)送的故障診斷幀的幀總數(shù)和所接收到的對應(yīng)響應(yīng)幀的幀總數(shù)計算得到所連接鏈路的鏈路丟幀率；

9、基于當(dāng)前周期和上一周期的鏈路丟幀率計算得到所連接鏈路的丟幀率差分趨勢值；

10、基于當(dāng)前周期發(fā)送故障診斷幀的時間和接收對應(yīng)響應(yīng)幀的時間計算得到所連接鏈路的鏈路往返時延；

11、基于所連接的高優(yōu)先級業(yè)務(wù)鏈路在當(dāng)前周期的鏈路往返時延和上一周期的高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值計算得到該鏈路當(dāng)前周期的高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值；

12、基于當(dāng)前周期和上一周期的高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值計算得到該鏈路的高優(yōu)先級鏈路往返延遲趨勢差分值；

13、基于所連接鏈路在單位時間或單位比特傳輸量下累計的比特錯誤率確定所連接鏈路的誤碼率。

14、進一步的，所述基于各狀態(tài)信息計算得到對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值、各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的貝葉斯概率異常值和貝葉斯概率異常趨勢值包括：

15、基于當(dāng)前周期的各所述狀態(tài)信息確定各鏈路狀態(tài)，基于各鏈路狀態(tài)和各鏈路優(yōu)先級權(quán)重計算得到網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值；所述鏈路狀態(tài)包括正常和異常；

16、基于當(dāng)前周期各所述狀態(tài)信息和相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)計算得到各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的貝葉斯概率異常值和貝葉斯概率異常趨勢值。

17、進一步的，所述中心管理節(jié)點基于當(dāng)前周期各所述狀態(tài)信息確定各鏈路狀態(tài)包括：

18、當(dāng)鏈路滿足以下至少一種情況，則確定該鏈路異常，否則該鏈路正常，所述情況包括：

19、鏈路丟幀率大于等于丟幀率閾值；

20、鏈路往返時延持續(xù)n個周期超過時延閾值；n為正整數(shù)；

21、通過該鏈路發(fā)送的故障診斷幀連續(xù)兩次在限定時間內(nèi)未收到響應(yīng)幀；

22、在通過該鏈路發(fā)送兩個故障診斷幀并收到對應(yīng)的響應(yīng)幀的周期內(nèi)，誤碼率超過當(dāng)前鏈路基準的預(yù)設(shè)倍數(shù)。

23、進一步的，基于各所述狀態(tài)信息、網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值、貝葉斯概率異常值和貝葉斯概率異常趨勢值進行網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險預(yù)測包括：

24、當(dāng)鏈路丟幀率大于等于丟幀率閾值或丟幀率差分趨勢值在連續(xù)第一設(shè)定數(shù)的周期內(nèi)的累計值大于丟幀率差分趨勢閾值時，預(yù)測存在單點鏈路間歇性故障風(fēng)險；

25、當(dāng)鏈路往返時延在連續(xù)第二設(shè)定數(shù)的周期內(nèi)超過鏈路往返差分閾值時，預(yù)測存在鏈路傳輸性能異常風(fēng)險；

26、當(dāng)高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值大于等于加權(quán)移動均值閾值，或高優(yōu)先級鏈路往返延遲趨勢差分值在連續(xù)第三設(shè)定數(shù)的周期內(nèi)的累計值大于高優(yōu)先級趨勢累計閾值時，預(yù)測存在高優(yōu)先級鏈路性能下降風(fēng)險；

27、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值大于等于設(shè)定健康閾值，或其增長趨勢大于指數(shù)增長率閾值時，預(yù)測存在網(wǎng)絡(luò)擁塞風(fēng)險；

28、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的貝葉斯概率異常值大于等于異常概率設(shè)定閾值，或貝葉斯概率異常趨勢值在連續(xù)第四設(shè)定數(shù)的周期內(nèi)的累計值大于設(shè)定異常趨勢閾值，預(yù)測存在隱性或間歇性節(jié)點故障風(fēng)險。

29、進一步的，所述基于預(yù)測的故障風(fēng)險下發(fā)攜帶網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀包括：

30、當(dāng)預(yù)測存在單點鏈路間歇性故障風(fēng)險時，中心管理節(jié)點下發(fā)攜帶鏈路隔離或鏈路激活指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀；

31、當(dāng)預(yù)測存在鏈路傳輸性能異常風(fēng)險時，中心管理節(jié)點下發(fā)攜帶鏈路激活或拓撲重構(gòu)指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀；

32、當(dāng)預(yù)測存在高優(yōu)先級鏈路性能下降風(fēng)險時，中心管理節(jié)點下發(fā)攜帶鏈路激活或拓撲重構(gòu)指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀；

33、當(dāng)預(yù)測存在網(wǎng)絡(luò)擁塞風(fēng)險時，中心管理節(jié)點下發(fā)攜帶鏈路激活或拓撲重構(gòu)指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀；

34、當(dāng)預(yù)測存在隱性或間歇性節(jié)點故障風(fēng)險時，中心管理節(jié)點下發(fā)攜帶鏈路隔離或拓撲重構(gòu)指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀。

35、進一步的，中心管理節(jié)點使用如下計算公式計算得到網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值：

36、

37、其中，tsi(k)表示第k個周期的網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值；n表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點個數(shù)；i、j分別表示其中的第i、j網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；lij(k)表示鏈路(i,j)的鏈路狀態(tài)；pij表示鏈路(i,j)的優(yōu)先級權(quán)重。

38、進一步的，中心管理節(jié)點使用如下計算公式計算得到各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的貝葉斯概率異常值：

39、

40、其中，x為表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路的隨機變量，其值為由鏈路丟幀率、鏈路往返時延、高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值、網(wǎng)絡(luò)整體健康指數(shù)值、誤碼率、節(jié)點cpu負載情況、節(jié)點溫度構(gòu)成的特征向量；

41、p(fault)為先驗概率，表示在沒有觀察到當(dāng)前數(shù)據(jù)x之前，中心管理節(jié)點對相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路處于故障狀態(tài)的預(yù)估概率，基于歷史統(tǒng)計、經(jīng)驗數(shù)據(jù)或系統(tǒng)設(shè)計中的失效率估計對其賦值；

42、p(x|fault)表示在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路真實處于故障狀態(tài)時，觀測到當(dāng)前數(shù)據(jù)x的可能性；

43、p(normal)代表沒有觀察當(dāng)前數(shù)據(jù)x時，估計該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路保持正常工作的概率；

44、p(x|normal)代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路正常時觀察到x的概率；

45、使用如下計算公式計算得到貝葉斯概率異常趨勢值：

46、δp(fault|x)k＝p(fault|x)k-p(fault|x)k-1。

47、進一步的，所述鏈路往返差分閾值的計算方法為：

48、rttthreshold(k)＝μrtt(k)+α·σrtt(k)；

49、其中，rttthreshold(k)為第k周期的鏈路往返差分閾值；w為歷史窗口長度，指第k周期之前的周期數(shù)；rtt(i)為第i周期的鏈路往返時延；α表示差分靈敏度因子；σrtt(k)為歷史標準差，

50、進一步的，所述高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值的計算方法為：

51、rttewma(k)＝β·rtt(k)+(1-β)·rttewma(k-1)；

52、其中，rttewma(k)為第k周期的高優(yōu)先級鏈路往返加權(quán)移動均值；rtt(k)為第k周期的鏈路往返時延；β表示權(quán)重因子；

53、所述高優(yōu)先級鏈路往返延遲趨勢差分值的計算方法為：

54、δrttewma(k)＝rttewma(k)-rttewma(k-1)。

55、本發(fā)明至少可以實現(xiàn)下述之一的有益效果：

56、通過設(shè)定并監(jiān)測多個差分指標對網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險進行預(yù)測，能夠更精準地識別故障的早期跡象，相比傳統(tǒng)的故障檢測方法，可以更早地發(fā)現(xiàn)潛在問題，減少由于網(wǎng)絡(luò)通信故障對車輛運行造成的影響。

57、通過預(yù)測網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險，采取主動預(yù)防措施，基于預(yù)測的故障風(fēng)險下發(fā)攜帶網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀對車載網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，能夠在故障預(yù)測的基礎(chǔ)上，主動預(yù)防措施能夠根據(jù)優(yōu)先級合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)先保障關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸，從而提高整個車載網(wǎng)絡(luò)的運行效率和可靠型。

58、通過采取主動預(yù)防措施，還可以降低因網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生頻率和嚴重程度，提高了車載光纖通道網(wǎng)絡(luò)的整體可靠性，從而規(guī)避由于網(wǎng)絡(luò)通信故障導(dǎo)致的車輛運行故障，降低了車輛的運行維護成本。

59、通過構(gòu)建專用的故障診斷幀、狀態(tài)報告幀和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化指令幀，結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有fc網(wǎng)絡(luò)標準幀結(jié)構(gòu)兼容性良好，易于實現(xiàn)，適合廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

60、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實現(xiàn)和獲得。