統(tǒng)計(jì)決策法運(yùn)用于ADSL測試診斷系統(tǒng)的研究

摘要　ADSL在線測試診斷系統(tǒng)是在寬帶運(yùn)維系統(tǒng)中承擔(dān)故障定位、故障診斷的重要環(huán)節(jié)，本文介紹了一種ADSL測試診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)決策法，使測試結(jié)果具有更優(yōu)的精度。

1、引言

　　ADSL測試系統(tǒng)用于對ADSL用戶集中的、自動的故障測試與診斷，通過與用戶故障處理系統(tǒng)互聯(lián)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)ADSL故障的集中受理、集中派修和集中管理。ADSL測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶故障處理系統(tǒng)針對ADSL用戶的集中測試，為運(yùn)營商提供了一個直觀、有效、便捷的故障診斷處理平臺。

　　目前，寬帶在線測試有軟件測試系統(tǒng)和硬件測試系統(tǒng)。軟件測試系統(tǒng)是利用內(nèi)置在每塊ADSL線路板的芯片中的測試功能，測試結(jié)果送到網(wǎng)管上進(jìn)行分析和保存。對于不具備測試功能SELT（單端線路測試）、DELT（雙端線路測試）的芯片，現(xiàn)有的軟件測試系統(tǒng)還不能解決。硬件測試系統(tǒng)的基本組成是測試接入矩陣和寬帶測試頭，一個完整的測試分為3部分，分別是物理層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層測試。

　　硬件測試系統(tǒng)的可操作性強(qiáng)，并且一些電信局已經(jīng)配置了這樣的測試系統(tǒng)。網(wǎng)上情況較為復(fù)雜，硬件測試系統(tǒng)是基于幾個瞬時測試值來判斷影響線路質(zhì)量的因素，影響線路質(zhì)量的因素中有些是和時間有關(guān)的，幾次瞬時的測試結(jié)果的信息不完整，本文提出的診斷系統(tǒng)的基本原理是統(tǒng)計(jì)決策法，可以在使用人沒有經(jīng)驗(yàn)、或者有經(jīng)驗(yàn)介入的情況下，通過測試系統(tǒng)長時間、周期性、對一個端口或者對多個端口輪詢提取數(shù)據(jù)，綜合判斷，可以在原有硬件測試方案的基礎(chǔ)上直接改造。

　　本文介紹的方法可以進(jìn)一步提高線路的診斷能力，提高預(yù)檢測的能力，更準(zhǔn)確地查找故障，更深入地挖掘速率潛力。

2、系統(tǒng)組成

　　目前寬帶在線測試系統(tǒng)硬件方案的基本組成是測試接入矩陣和寬帶測試頭。本文提出的診斷系統(tǒng)方便實(shí)用，即使用一套軟件運(yùn)行在網(wǎng)管上，在以往的硬件方案的基礎(chǔ)上不額外增加硬件。軟件可以通過接口（例如RS232）和寬帶測試頭通信，主要完成測試命令的下發(fā)、測試結(jié)構(gòu)上報(bào)以及正常的握手信息。本軟件可以控制寬帶測試硬件，進(jìn)行復(fù)位、加載、配置參數(shù)、接口通信等操作。軟件包括主程序部分、數(shù)據(jù)庫、用戶界面部分、數(shù)據(jù)收集分類和處理部分、驅(qū)動部分等。

3、程序設(shè)計(jì)流程圖


圖1　程序流程

　　本系統(tǒng)由主界面進(jìn)入?yún)��?shù)設(shè)置界面及診斷結(jié)果界面。在設(shè)置參數(shù)時，既可以使用者自行設(shè)置，也可以選取記錄在數(shù)據(jù)庫中的歷史設(shè)置值。參數(shù)設(shè)置界面完成設(shè)置任務(wù)。程序根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)選擇合適的測試流程。系統(tǒng)將對電話號碼所對應(yīng)的硬件地址發(fā)送抓線的命令，根據(jù)測試流程下發(fā)相應(yīng)的測試指令。每個測試項(xiàng)目的分項(xiàng)得到的測試結(jié)果將通過硬件測試系統(tǒng)接口上報(bào)，系統(tǒng)先進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和分類，然后根據(jù)不同的情況選擇不同的算法進(jìn)行處理，處理之后形成綜合診斷結(jié)果，顯示在診斷結(jié)果界面上。

　　3.1　程序組成

　　本系統(tǒng)的程序由數(shù)據(jù)庫、界面部分、驅(qū)動部分、診斷處理部分等組成。

　　3.1.1　數(shù)據(jù)庫建立

　　數(shù)據(jù)庫部分包括用戶的設(shè)置記錄、寬帶測試頭上報(bào)的信息和診斷記錄等。本系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫是為了方便用戶直接選取以往所設(shè)置的參數(shù)以及查閱上報(bào)的數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)庫記錄了歷次診斷的結(jié)果。每條記錄由若干個字段構(gòu)成。用戶可以查到指令碼、測試項(xiàng)目、數(shù)據(jù)內(nèi)容、單位、設(shè)定等。

　　3.1.2　人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)

　　用戶界面部分是完成用戶和本系統(tǒng)的信息交互。為了實(shí)現(xiàn)有效的交互功能，我們設(shè)計(jì)了一系列友好的人機(jī)界面：數(shù)據(jù)庫查詢主界面、新記錄確認(rèn)界面、診斷結(jié)果顯示界面。

　　診斷結(jié)果窗口顯示診斷的結(jié)果以及幫助和排除故障的建議。

　　3.1.3　驅(qū)動程序

　　驅(qū)動部分對寬帶測試頭完成數(shù)據(jù)和命令的傳送。通過串口對硬件測試頭發(fā)出控制命令，并對被測用戶進(jìn)行自動抓線。硬件測試頭收到命令后，會執(zhí)行自動抓線、啟動測試、上報(bào)結(jié)果。

　　3.1.4　診斷處理

　　本部分功能為數(shù)據(jù)收集分類和處理，完成寬帶測試頭傳送的測量結(jié)果的收集和分類，并通過數(shù)值計(jì)算完成對線路的診斷。

　　3.2　診斷部分

　　用戶線路的常見問題主要有線路太長、多條橋接抽頭、混合線徑、加感線圈、噪聲干擾、接觸不良、阻抗失配、絕緣老化、接地不良等。這些問題影響到ADSL的測試結(jié)果，測試項(xiàng)目主要有DMT測試、縱向平衡度測試、DMM測試、TDR測試、ATU-R（ADSL transceiver unitremote terminal end ADSL收發(fā)單元-遠(yuǎn)端）仿真測試、ATU-C （ ADSL transceiver unit-central office end ADSL收發(fā)單元-局端）仿真測試、PING測試、噪聲測試、頻率響應(yīng)測試。這些測試項(xiàng)目的結(jié)果反映被測對象的特征，在統(tǒng)計(jì)學(xué)中把特征定義在一個特征空間中（特征空間中的每一點(diǎn)為特征向量），利用統(tǒng)計(jì)決策的原理對特征空間進(jìn)行劃分，以區(qū)分具有不同特征的對象，從而達(dá)到分類的目的，最終用來判斷開通速率、故障種類、故障位置。

　　其理論依據(jù)是同類型的被測對象，在相同的條件下（線長、故障等），應(yīng)具有相同或相似的特征，從而表現(xiàn)出同類型的某些內(nèi)在的相似性，即測試項(xiàng)目結(jié)果將集群在同一特征空間區(qū)域；而不同的條件下其特征將不同，集群在不同的特征空間區(qū)域。診斷分為兩大類，即已知故障的類別或者出現(xiàn)某類故障的先驗(yàn)概率的情況下的診斷，稱為監(jiān)督診斷；如果故障的類別未知，這時的診斷稱為非監(jiān)督診斷。

　　對于監(jiān)督診斷，其原理是將每次硬件測試頭所上報(bào)的結(jié)果當(dāng)作一個樣本，首先根據(jù)類別的先驗(yàn)知識確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則，選擇測試項(xiàng)目，利用一定數(shù)量的己知故障樣本的測量值確定判別函數(shù)（判別規(guī)則）中的待定參數(shù)，然后將未知故障的樣本的測量值代入判別函數(shù)，再根據(jù)判別準(zhǔn)則對該樣本的所屬類別做出判定。監(jiān)督診斷分訓(xùn)練、診斷和輸出3個階段。其數(shù)值計(jì)算部分采用費(fèi)歇爾判別。

　　非監(jiān)督診斷是在對發(fā)生故障的情況無所了解，僅根據(jù)多次上報(bào)的測量結(jié)果進(jìn)行自身的相似性比較和閾值比較，根據(jù)統(tǒng)計(jì)特征及自然點(diǎn)群的分布情況來劃分故障類別的分類處理，事后再對已分出的各類故障的屬性進(jìn)行確認(rèn)，也稱為聚類。

　　用戶使用該軟件時，可以選擇診斷方式，診斷流程如圖2所示。


圖2　監(jiān)督診斷和非監(jiān)督診斷流程

　　一般來說，監(jiān)督診斷比非監(jiān)督診斷的精度高、準(zhǔn)確性好，但是，它的工作量也比非監(jiān)督診斷的工作量大得多。首先，監(jiān)督診斷要事先確定診斷模板和測試樣本，并且樣本要有代表性和足夠的數(shù)量；由于系統(tǒng)的復(fù)雜性以及干擾因素的多樣性，有時僅僅考慮在某一特定時間內(nèi)的樣本還是不夠的，為了提高精度，還必須多選擇一些訓(xùn)練樣本。非監(jiān)督診斷簡單、速度快，并且容易實(shí)現(xiàn)，但若故障的特征分布出現(xiàn)交疊，則使用這種方法將產(chǎn)生較大的診斷錯誤。

4、結(jié)論

　　根據(jù)該系統(tǒng)的測試結(jié)果診斷線路故障，其效果好于以前的硬件測試方案，尤其是線路噪音較為嚴(yán)重時，測量準(zhǔn)確度有明顯提高。

　　利用寬帶測試診斷系統(tǒng)，在安裝ADSL前，能單端測出線路的質(zhì)量狀況，并能評估該線路達(dá)到的最大速率；在開通ADSL時，能夠驗(yàn)證開通的速率；在線路提速前可以進(jìn)行二次測試，以便對線路進(jìn)行再次評估；當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，可以對線路進(jìn)行診斷，并且診斷的準(zhǔn)確度高。

　　利用寬帶測試診斷系統(tǒng)，能夠避免盲目裝機(jī)，提高裝機(jī)成功率，提高排障的成功率，對維護(hù)人員的要求降低。寬帶線路測試是寬帶運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的核心，提高測試準(zhǔn)確度很有意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　1　中國電信.不對稱數(shù)字用戶線（ADSL）設(shè)備技術(shù)規(guī)范書，1998，9

　　2　馬永軍，方凱，王定成，方廷鍵，陳衛(wèi).基于支持向量機(jī)和距離度量的管道內(nèi)表面圖像分類方法研究.數(shù)據(jù)采集與處理.2002,6 P151-155

　　3　王鋒，史樹國，王偉娜.ADSL寬帶測試系統(tǒng)的演變及發(fā)展.電信科學(xué)，2005，07 P65-67.