通信设备孪生建模方法与流程

背景技术：

1、通信设备是保障通络网络稳定运行的硬件基础，对其监测是必要的，且多数通信设备均安装在户外，甚至是人迹罕至的区域，因此研究合理的方式对通信设备进行监测更是必要的。

2、数字孪生技术旨在通过孪生建模，在数字空间中映射物理世界的运行规律，该技术适用于优化通信设备的监测方法，因此对通信设备孪生建模方法进行研究是必要的。

3、中国专利号cn202310448253.4公开了一种通信网络数字孪生的设备状态估测方法，包括以下步骤：采集每台通信网络设备的运行数据，建立每台通信网络设备的数字孪生模型；将每台通信网络设备的数字孪生模型进行关联，构建通信网络设备数字孪生模型之间的关联模型；结合每台网络设备的动态参数样本、控制参数样本、静态参数样本，创建深度模拟神经网络，生成每个网络设备的个体数字孪生预警模型、网络设备群数字孪生预警模型；建立异常监控神经网络，通过对系统运行数据的监测，触发数字孪生系统的重建模，若网络设备的接入变化触发网络设备群数字孪生预警模型。本技术根据通信网络的拓扑变化，动态更新调整通信网络设备群的数字孪生状态估测方法。该发明实现了通信网络设备群的孪生建模及动态调整，但其动态调整仅采集每台网络设备的动态参数样本、控制参数样本和静态参数样本，未对设备所在环境进行分析。

4、综上，现有技术缺少一个通信设备孪生建模的技术方案。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种通信设备孪生建模方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术公开了以下技术方案：

3、一种通信设备孪生建模方法，该方法预设有监测周期p，包括：

4、s1：获取单体通信设备的运行数据、功能数据、环境数据、通信数据和异常数据；

5、s2：利用所述运行数据、所述功能数据、所述环境数据、所述通信数据和所述异常数据进行单体通信设备的孪生建模，得到第一孪生模型，所述第一孪生模型用于对单体通信设备进行监测；

6、s3：利用所述功能数据和所述通信数据将单体通信设备划分为若干设备集合，并对所述设备集合进行孪生建模，得到第二孪生模型，所述第二孪生模型用于对所述设备集合进行监测；

7、s4：对所述第一孪生模型和所述第二孪生模型进行融合，得到第三孪生模型，所述第三孪生模型用于对该模型内的监测数据进行整合；

8、s5：对所述第二孪生模型进行设备自检，所述设备自检用于筛选出所述设备集合中不利于整体通信的单体通信设备。

9、作为优选，所述运行数据包括单体通信设备运行时的电流数据、电压数据和功率数据；

10、所述功能数据包括单体通信设备与预设的功能表对应的功能编号；所述功能表存储有单体通信设备的功能对应的功能编号；

11、所述环境数据包括单体通信设备运行环境的温度数据、湿度数据、灰尘浓度数据、电磁干扰数据、降雨数据、风向风速数据和振动数据；

12、所述通信数据包括单体通信设备进行通信时的通信对象编号及对应的通信时间；

13、所述异常数据包括单体通信设备出现异常时的异常类型及对应的异常时间。

14、作为优选，所述的得到第一孪生模型，具体包括以下步骤：

15、a1：基于时间序列对所述运行数据、所述环境数据和所述异常数据进行特征提取，得到与所述异常数据对应的所述运行数据的特征和所述环境数据的特征之间的第一关系；

16、a2：将所述运行数据、所述功能数据、所述环境数据、所述通信数据、所述异常数据和所述第一关系存入预设的孪生模型框架，得到所述第一孪生模型。

17、作为优选，所述的所述第一孪生模型用于对单体通信设备进行监测，具体包括实时环境监测和老化监测；

18、所述实时监测监测包括：

19、b11：获取实时运行数据和实时环境数据，并与所述第一关系进行比较；

20、所述老化监测包括以下步骤：

21、b21：利用老化指数公式计算老化指数，所述老化指数用于表征单体通信设备在一个监测周期内的老化程度，所述老化指数公式具体为：

22、

23、tenv＝ttemp+th+tdc+tei+tr+tw+tv

24、其中，ttemp为单体通信设备在异常温度数据下的运行时长，th为单体通信设备在异常湿度数据下的运行时长，tdc为单体通信设备在异常灰尘浓度数据下的运行时长，tei为单体通信设备在异常电磁干扰数据下的运行时长，tr为单体通信设备在异常降雨数据下的运行时长，tw为单体通信设备在异常风向风速数据下的运行时长，tv为单体通信设备在异常振动数据下的运行时长，tenv为单体通信设备在异常环境数据下的运行时长之和，且所有运行时长的单位为小时，|lntenv|为tenv的自然对数的绝对值，α为tenv的自然对数的绝对值的控制参数，当tenv＜1时α＝0，否则α＝1，nm为一个老化监测周期内所有单体通信设备的维修总次数，| |为绝对值运算符，indexaging为老化指数。

25、作为优选，所述的将单体通信设备划分为若干设备集合，具体包括以下步骤：

26、c1：获取所述功能数据和所述通信数据；

27、c2：将具有相同的所述功能编号的单体通信设备划分为同一个设备集合，并将该次划分的结果定义为第一设备集合；

28、c3：获取所述第一设备集合中各个单体通信设备对应的所述通信对象编号，将该所述通信对象编号对应的单体通信设备划分入所述第一设备集合，并更新所述第一设备集合，得到所述设备集合并输出。

29、作为优选，所述的得到第二孪生模型，具体包括以下步骤：

30、d1：将具有相同的所述功能编号定义为第二关系，将单体通信设备之间存在所述通信记录定义为第三关系；

31、d2：将所述第二关系、所述第三关系和所述设备集合存入存入预设的孪生模型框架，得到所述第二孪生模型。

32、作为优选，所述的所述第二孪生模型用于对所述设备集合进行监测，具体包括功能监测和联动监测；

33、所述功能监测执行以下步骤：

34、e11：获取一个监测周期内编号为i的单体通信设备的功能执行结果并计数，将该计数结果用nfe_i进行表示；

35、e12：在所述功能执行结果中筛选并计数功能执行结果为失败的个数，将该计数结果用nfe_i进行表示；

36、e13：利用第一功能执行结果公式计算所述设备集合的功能执行完成度，所述第一功能执行结果公式具体为：

37、

38、其中，dcfe_set为所述设备集合的功能执行完成度功，∑为求和符号；

39、所述联动监测包括以下步骤：

40、e21：获取单体通信设备的实时通信记录，对正在进行通信的单体通信设备进行捕捉；

41、e22：利用捕捉到的单体通信设备的所述第三关系捕捉与该单体通信设备对应的单体通信设备；

42、e23：对步骤e21-e22中捕捉到的通信设备进行联动监测，所述联动监测用于对单体通信设备间的通信通道进行监测。

43、作为优选，所述的得到第三孪生模型，具体包括：

44、利用单体通信设备的编号i将所述第一孪生模型纳入所述第二孪生模型，将纳入所述第一孪生模型的所述第二孪生模型定义为所述第三孪生模型。

45、作为优选，所述的所述第三孪生模型用于对该模型内的监测数据进行整合，具体包括以下步骤：

46、f1：获取所述实时环境监测、所述老化监测、所述功能监测和所述联动监测产生的监测数据；

47、f2：当所述实时运行数据和所述实时环境数据满足所述第一关系时发出报警信息；

48、f3：预设老化指数阈值，当所述老化指数大于或等于所述老化指数阈值时发出报警信息；

49、f4：预设功能执行完成度阈值，当所述功能执行完成度大于或等于所述功能执行完成度阈值时发出报警信息；

50、f5：当进行联动监测时，出现所述通信通道中断时发出报警信息。

51、作为优选，所述的所述设备自检用于筛选出所述设备集合中不利于整体通信的单体通信设备，具体包括以下步骤：

52、g1：利用第二功能执行结果公式计算所述设备集合中的单体通信设备的功能执行完成度，所述第二功能执行结果公式具体为：

53、

54、其中，dcfe_i为所述设备集合中的单体通信设备的功能执行完成度；

55、g2：获取编号为i的单体设备的np个监测周期的所述设备集合中的单体通信设备的功能执行完成度，并计算其中，为编号为i的单体设备的np个监测周期的所述设备集合中的单体通信设备的功能执行完成度之和，为在编号为i的单体设备的np个监测周期的所述设备集合中的单体通信设备的功能执行完成度之和的平均值；

56、g3：预设自检阈值当时发出报警信息。

57、有益效果：本技术的通信设备孪生建模方法，通过获取运行数据、功能数据、环境数据、通信数据和异常数据为构建第一孪生模型和第二孪生模块提供了数据基础；通过第一孪生模型实现监测单体通信设备；通过第二孪生模型实现监测设备集合；通过构建第三孪生模型整合该模型内的监测数据；通过对第二孪生模型进行设备自检实现更新设备集合中不利于整体通信的单体通信设备。