统计决策法运用于ADSL测试诊断系统的研究

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　　1、引言

　　ADSL测试系统用于对ADSL用户集中的、自动的故障测试与诊断，通过与用户故障处理系统互联，进一步实现ADSL故障的集中受理、集中派修和集中管理。ADSL测试系统实现了用户故障处理系统针对ADSL用户的集中测试，为运营商提供了一个直观、有效、便捷的故障诊断处理平台。

　　目前，宽带在线测试有软件测试系统和硬件测试系统。软件测试系统是利用内置在每块ADSL线路板的芯片中的测试功能，测试结果送到网管上进行分析和保存。对于不具备测试功能SELT（单端线路测试）、DELT（双端线路测试）的芯片，现有的软件测试系统还不能解决。硬件测试系统的基本组成是测试接入矩阵和宽带测试头，一个完整的测试分为3部分，分别是物理层、链路层和网络层测试。
　　硬件测试系统的可操作性强，并且一些电信局已经配置了这样的测试系统。网上情况较为复杂，硬件测试系统是基于几个瞬时测试值来判断影响线路质量的因素，影响线路质量的因素中有些是和时间有关的，几次瞬时的测试结果的信息不完整，本文提出的诊断系统的基本原理是统计决策法，可以在使用人没有经验、或者有经验介入的情况下，通过测试系统长时间、周期性、对一个端口或者对多个端口轮询提取数据，综合判断，可以在原有硬件测试方案的基础上直接改造。

　　本文介绍的方法可以进一步提高线路的诊断能力，提高预检测的能力，更准确地查找故障，更深入地挖掘速率潜力。

　　2、系统组成

　　目前宽带在线测试系统硬件方案的基本组成是测试接入矩阵和宽带测试头。本文提出的诊断系统方便实用，即使用一套软件运行在网管上，在以往的硬件方案的基础上不额外增加硬件。软件可以通过接口（例如RS232）和宽带测试头通信，主要完成测试命令的下发、测试结构上报以及正常的握手信息。本软件可以控制宽带测试硬件，进行复位、加载、配置参数、接口通信等操作。软件包括主程序部分、数据库、用户界面部分、数据收集分类和处理部分、驱动部分等。

　　本系统由主界面进入参数设置界面及诊断结果界面。在设置参数时，既可以使用者自行设置，也可以选取记录在数据库中的历史设置值。参数设置界面完成设置任务。程序根据当前状态选择合适的测试流程。系统将对电话号码所对应的硬件地址发送抓线的命令，根据测试流程下发相应的测试指令。每个测试项目的分项得到的测试结果将通过硬件测试系统接口上报，系统先进行数据的收集和分类，然后根据不同的情况选择不同的算法进行处理，处理之后形成综合诊断结果，显示在诊断结果界面上。

　　3.1　程序组成

　　本系统的程序由数据库、界面部分、驱动部分、诊断处理部分等组成。

　　3.1.1　数据库建立

　　数据库部分包括用户的设置记录、宽带测试头上报的信息和诊断记录等。本系统建立数据库是为了方便用户直接选取以往所设置的参数以及查阅上报的数据，而且数据库记录了历次诊断的结果。每条记录由若干个字段构成。用户可以查到指令码、测试项目、数据内容、单位、设定等。

　　3.1.2　人机界面程序设计

　　用户界面部分是完成用户和本系统的信息交互。为了实现有效的交互功能，我们设计了一系列友好的人机界面：数据库查询主界面、新记录确认界面、诊断结果显示界面。

　　诊断结果窗口显示诊断的结果以及帮助和排除故障的建议。

　　3.1.3　驱动程序

　　驱动部分对宽带测试头完成数据和命令的传送。通过串口对硬件测试头发出控制命令，并对被测用户进行自动抓线。硬件测试头收到命令后，会执行自动抓线、启动测试、上报结果。

　　3.1.4　诊断处理

　　本部分功能为数据收集分类和处理，完成宽带测试头传送的测量结果的收集和分类，并通过数值计算完成对线路的诊断。

　　3.2　诊断部分

　　用户线路的常见问题主要有线路太长、多条桥接抽头、混合线径、加感线圈、噪声干扰、接触不良、阻抗失配、绝缘老化、接地不良等。这些问题影响到ADSL的测试结果，测试项目主要有DMT测试、纵向平衡度测试、DMM测试、TDR测试、ATU-R（ADSL transceiver unitremote terminal end ADSL收发单元-远端）仿真测试、ATU-C （ ADSL transceiver unit-central office end ADSL收发单元-局端）仿真测试、PING测试、噪声测试、频率响应测试。这些测试项目的结果反映被测对象的特征，在统计学中把特征定义在一个特征空间中（特征空间中的每一点为特征向量），利用统计决策的原理对特征空间进行划分，以区分具有不同特征的对象，从而达到分类的目的，最终用来判断开通速率、故障种类、故障位置。

　　其理论依据是同类型的被测对象，在相同的条件下（线长、故障等），应具有相同或相似的特征，从而表现出同类型的某些内在的相似性，即测试项目结果将集群在同一特征空间区域；而不同的条件下其特征将不同，集群在不同的特征空间区域。诊断分为两大类，即已知故障的类别或者出现某类故障的先验概率的情况下的诊断，称为监督诊断；如果故障的类别未知，这时的诊断称为非监督诊断。

　　对于监督诊断，其原理是将每次硬件测试头所上报的结果当作一个样本，首先根据类别的先验知识确定判别函数和相应的判别准则，选择测试项目，利用一定数量的己知故障样本的测量值确定判别函数（判别规则）中的待定参数，然后将未知故障的样本的测量值代入判别函数，再根据判别准则对该样本的所属类别做出判定。监督诊断分训练、诊断和输出3个阶段。其数值计算部分采用费歇尔判别。

　　非监督诊断是在对发生故障的情况无所了解，仅根据多次上报的测量结果进行自身的相似性比较和阈值比较，根据统计特征及自然点群的分布情况来划分故障类别的分类处理，事后再对已分出的各类故障的属性进行确认，也称为聚类。

　　一般来说，监督诊断比非监督诊断的精度高、准确性好，但是，它的工作量也比非监督诊断的工作量大得多。首先，监督诊断要事先确定诊断模板和测试样本，并且样本要有代表性和足够的数量；由于系统的复杂性以及干扰因素的多样性，有时仅仅考虑在某一特定时间内的样本还是不够的，为了提高精度，还必须多选择一些训练样本。非监督诊断简单、速度快，并且容易实现，但若故障的特征分布出现交叠，则使用这种方法将产生较大的诊断错误。

　　4、结论

　　根据该系统的测试结果诊断线路故障，其效果好于以前的硬件测试方案，尤其是线路噪音较为严重时，测量准确度有明显提高。

　　利用宽带测试诊断系统，在安装ADSL前，能单端测出线路的质量状况，并能评估该线路达到的最大速率；在开通ADSL时，能够验证开通的速率；在线路提速前可以进行二次测试，以便对线路进行再次评估；当线路出现故障时，可以对线路进行诊断，并且诊断的准确度高。

　　利用宽带测试诊断系统，能够避免盲目装机，提高装机成功率，提高排障的成功率，对维护人员的要求降低。宽带线路测试是宽带运行维护系统的核心，提高测试准确度很有意义。