[發明專利]基于工業以太網故障診斷方法中決策樹的創建方法

有效

• 申請號: 201410677493.2
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104506340A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 孟瑾;吳雪芹;王德吉;張乾;蔡保國;孟霞;劉博
• 申請（專利權）人: 河南中煙工業有限責任公司
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明涉及工業以太網控制系統技術領域，尤其涉及一種基于工業以太網故障診斷方法中決策樹的創建方法。

背景技術

PROFINET由PROFIBUS國際組織(PROFIBUS?International，PI)推出，是新一代基于工業以太網技術的自動化總線標準。作為一項戰略性的技術創新，PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術，可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線(如PROFIBUS)技術，保護現有投資。

在過去的幾年間，工業機網絡的規模經歷了爆炸式的增長。網絡的應用已經深入到人們生產的每一個角落，成為必不可少的基礎設施。隨著對網絡依賴性的加強，人們對網絡的可靠性也提出了更高的要求：第一，有穩定、高效、安全的網絡環境：第二，當網絡發生故障時，能夠及時的檢測出故障原因并修復。可以看出，網絡故障診斷對保持網絡的健康狀態具有重要的意義。然而在當今網絡環境下，網絡故障診斷遇到了前所未有的困難，其主要表現在以下幾個方面；控制器網絡無論從規模上，還是從網絡復雜性和業務多樣性上都有了巨大的發展。大規模網絡的故障關系錯綜復雜，故障原因和故障現象之間的對應關系模糊，大大提高了故障診斷的難度。

網絡設備的復雜性也提高了故障診斷的難度。網絡設備的復雜性有兩個含義：第一是新的網絡設備不斷推出，功能越來越多，越來越復雜；第二是設備提供商數量眾多，產品規格和標準不統一。

隨著PROFINET的廣泛應用，控制器技術和網絡通信技術得到迅速發展，新的數字通信網絡不僅擁有多種業務流量，而且采用了多種融合的網絡傳輸技術。不斷采用的網絡新技術對網絡故障診斷提出了越來越高的要求；正是由于上述困難的存在，傳統的依靠網絡專家人工方式進行的故障診斷已經不能滿足需要了。當代網絡呼喚智能化的故障診斷技術，以實現網絡故障診斷的自動化，將人從繁重的診斷工作中解放出來。

智能化網絡故障診斷技術有下列四個方面的難點：

第一，故障發現網絡故障發生的不確定性和網絡軟硬件構架的動態變化，使得包括專家?在內的知識受到了局限。

第二，故障定位一個設備產生故障會影響很多和它相連的設備或子系統，甚至會導致網絡的癱瘓，這種現象就叫做故障關聯。

第三，故障檢測常規的故障檢測方法需要建立數學模型，而數學模型的復雜性和精確性難以滿足高速網絡的實時需求；簡化的數學模型又導致實際控制效果不能令人滿意。

第四，故障表示由于網絡應用的多樣性與不斷更新，現在還不能找到一個明確的函數能表示所有的應用層故障。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于工業以太網故障診斷方法中決策樹的創建方法，能夠為工業以太網故障診斷提供有效的推理決策及數據支持，保證工業以太網故障診斷的準確實施和工作。

本發明采用的技術方案為：

一種基于工業以太網故障診斷方法中決策樹的創建方法，所述的決策樹包括決策屬性節點、屬性值分枝和葉節點，決策屬性節點是進行分類的決策屬性的集合，屬性值分枝是按照決策屬性進一步劃分的取值特性的屬性值的集合，葉節點是決策或分類結果的集合；

決策樹的創建方法包括以下步驟：

A：首先，根據用戶的實際需要選擇類別標識屬性和決策樹的決策屬性集，類別標識屬性是指根據用戶實際需要選取的某一特定屬性，決策屬性集是指在除了類別標識屬性之外的所有屬性中選擇的屬性集；

B：根據貪心算法構造決策樹，貪心算法指以自頂向下遞歸規律，各個擊破的方式，貪心算法步驟如下：

B1：樹從代表訓練樣本的單個節點開始；

B2：如果訓練樣本均在同一個類，則該節點成為葉節點，并用該類標記，否則，選擇最有分類能力的屬性節點作為決策樹的當前葉節點；

B3：根據當前節點屬性取值的不同，將訓練樣本數據集劃分為若干子集，每個取值形成一個分枝；

B4：針對步驟B3得到的一個子集，重復進行步驟B3，遞歸形成每個劃分樣本上的決策樹；

B5：遞歸劃分步驟當且僅當下列條件之一成立時停止：

(1)給定節點的所有樣本屬于同一類。

(2)沒有剩余屬性可以用來進一步劃分樣本；在這種情況下，使用多數表決，將給定的節點轉換成樹葉，并以樣本中元組個數最多的類別作為類別標記，同時也可以存放該節點樣本的類別分布。

(3)如果某一分枝沒有樣本，則以樣本的多數類創建一個葉節點。