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《中国科学院研究生院(软件研究所)》 2005年
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卫星网络故障检测与诊断相关技术的研究

侯霞  
【摘要】:在卫星网络中加入星间链路大大提高了网络的连通性和自治性,同时也使得整个网络更为复杂。在这类网络中,要想实现系统的可靠性和容错性,网络的故障检测与诊断是至关重要的。但是目前卫星网络故障诊断方面的研究仍然处于探索阶段。 本文着重提出了基于系统级诊断技术的卫星网络故障检测与诊断方法,并从系统建模、测试模型、诊断算法设计与评估等方面对此问题进行了系统地研究。系统级诊断技术将故障检测与诊断融为一体,可以对具有星间链路的卫星网络进行大粒度的故障诊断,其原理简单、易行,能够避免涉及过多的卫星专业知识。同时,由于卫星核心器件是电子、电气设备,在设备故障检测中经常需要进行电磁场分析和计算,因此本文初步探讨了卫星设备检测中需要用到的电磁场数值计算问题,以对系统级故障检测与诊断方法诊断粒度的细化提供支持。本文的主要工作包括: (1)提出卫星及卫星网络的建模方法。根据卫星的通信原理,从卫星中抽象出“端口”的概念作为通信节点;提出了“双层节点图”的概念,用于对网络拓扑和测试结构进行建模;界定了端口的故障类型,据此对系统级诊断中的通用测试无效模型进行扩展。 (2)设计了基于系统级诊断的卫星网络故障检测与诊断机制。特别是,从扩展后的测试模型中归纳出诊断规则,在此基础上,提出了一种卫星网络故障诊断算法,证明了诊断正确的充分条件;从理论上对系统级方法的通信开销和诊断时延进行了分析。 (3)提出了一个仿真框架,用于对卫星网络系统级故障检测与诊断方法进行验证和分析。通过仿真对算法在多种卫星网络、多种条件中的性能进行了深入研究。实验结果表明算法能够适用于任何网络拓扑,并具有良好的鲁棒性。 (4)提出了一种求解不规则区域静电磁场的边值问题的小波插值Galerkin算法,推导出了该方法在Sobolev空间中的误差界限。
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