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通信装备组网方案自动生成及关键技术研究

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通信与信息处理 《自动化技术与应用 2009年第28卷第1 2期 Communication and Information Processi 通信装备组网方案自动生成及关键技术研究 陈英梅1,周 林2。郭 辉3,欧阳超2 (1.西安通信学院四系,陕西西安710106;2.西安通信学院九队,陕西西安710106; 3.中国人民61541,北京100094) 摘 要:介绍了绀flIJ疗案fj动 戚拒通信装备组嗣仿真训i练系统中的作j}j;…t5 Ca: 7 "々家系统在自动 置系统 {’1运用的研究现状;提出 J 通信 备组嘲方棠自动q:成系统的总体框架和主要恂成模块,并对其涉及的火键技术进行_r分析和研究.结台系统特点指出 卜・步研究 . 论i 论述r系统实现的可行性。 关键词:组 方案;自动 :成;々宋系统;信息提取 巾罔分类 ‘:TN914 文献 {! 码:t3 艾章编号:l003 7241(2009)12 0039 04 Automatic Generation of Communication Equipments Organizing Scheme Design And Key Tech nology Research CHEN Ying-mei ,ZHOU Lin ,GUO Hui。,OUYANG chao (1.Dept 4,Xi’all communication insittute,xi’an 710106 China;2.Xi’an communication instiutte,xi’all 710106 China; 3.PLA61541 troop,beijing 100094China) Abstract:The article introduces the function of the automatic generation system in simulation training system of communication equipments organizing。It summarizes the application condition of expert systems in automatic configuration systems, and presents the automatic generation system’S mainly frame.It also analyses the key technologies involved in the system,and point out the next research emphases,considering the characteristic of the system.At last it demonstrates the feasibility of the system realization theoretically. Key words:organizing scheme;automatic generation;expert systems;information extraction 1 引言 使其完成通信组网的任务,实现通信装备组网方案的 组网方案自动生成作为通信装备组网仿真训练系 自动生成,将大大提高通信装备组网方案拟制的效率 统的重要组成部分,能够根据通信任务实时地生成正 和正确性,为仿真训练系统的自动评估提供参考标准。 确的组网方案,对于实现仿真训练系统对操作结果的 近年来,专家系统得到了广泛应用和发展,尤其是在自 自动评估具有重要作用。通信装备组网方案类似于作 动配置领域的应用成果为问题的解决提供了很好的思 战通信计划…,通常是由通信部门根据上级的通信指 路,文章借鉴专家系统的思想提出了构建通信装备组 示、本级首长决心、的作战任务、本的通信 网方案自动生成系统的总体框架、主要模块、关键技 实力、首长对通信联络的要求、既设通信设施以及作 术以及下一步实现的方法。 战环境特点等条件,经过综合分析研究拟制完成。然 而,这种人工作业的方式不仅耗时费力、容易出现人 2 专家系统在自动配置领域的研究 为错误,也不能满足组网仿真训练系统实现自动评估 现状 的需要。如果能够把通信装备组网的知识赋予计算机 根据通信任务自动生成通信组网方案的系统还未见 报道,但利用专家系统的思想实现对某个系统的自动配 收稿日期:2 0 0 9—06—1 8 置却有较多的研究,并取得了很好的成果。具有代表性 《自动化技术与应用》2009年第28卷第1 2期 通信与信息处理 Communication and Information Processing 的是20世纪80年代卡内基大学的John McDermott等人 为美国DEC公司的VAX—lI计算机研发的自动配置系统 XCON系统【 ,该系统是一个基于规则的专家系统,拥 有至少6 2 0 0条规则,能够根据客户订货单上对设备的要 求,确定所需组件及组件之间的连接关系。系统的使用 突破了之前依靠人工配制订单带来的瓶颈,给Dec公司带 通信装备组网知识和装备数据输入知识库,理论上就可 以按要求自动生成相关的通信装备组网方案。 4 关键技术 4.1信息抽取 由于系统的输入是自然语言形式的通信任务文 本,因此必须从中提取出通信装备组网所需的信息,用 于推理机进行推理,最终生成组网方案。信息抽取技 术是从自然语言文本中抽取预先指定的实体、关系等 信息,形成结构化的数据并填人数据库的过程f5】。信息 抽取技术由简到难可以分为实体识别、实体关系识别 和事件模板构造三个方面,其处理的主要对象是自然 语言文本,其文本类型一般可分为三种:非结构化文 本、半结构化文本和结构化文本。信息抽取实现方法 主要有两种: 来了巨大的收益;在开发XCON系统的同时,DEC公司还 开发了基于规则的销售员辅助专家系统XSEL系统【引, 该系统能根据销售员输入的客户订单内容,采用交互的 方式协助销售员选择恰当的电脑配件。SICONFEX系 】 是1985年由Lehmann等人为西门子公司开发的,它是一 个为SI COMP电脑配置操作系统的专家系统,其功能与 X C O N系统相似而实现方式却不同。虽然这些系统的表 现形式不尽相同,但其实现的核心都是基于专家系统的 思想。因此,我们试图提出并实现一个基于专家系统思 想的通信装备组网方案自动生成系统。 (1)基于规则的方法。目前大多数信息抽取采用基 于规则的方法,它由人工制定规则或模版,采用有限状 3 系统方案设计 系统数据流程及主要模块如图i所示,主要包含四 个主要模块:信息抽取模块、知识库模块、推理机模块 以及综合数据库模块。 专家、知识工程抑 输入通信任务 态自动机来实现。基于规则的方法在抽取特定领域的 实体被证明是十分有效。 (2)基于统计的方法。主要利用人工标注语料,通 过机器学习的方式来识别实体。当面对海量数据时,基 于统计的方法优于基于规则的方法。 基于统计的方法其优点是人工代价少,学习速度 快,但缺点是识别的准确率不高,一般需要大规模的语 料进行训练。基于规则的方法对语言和文本格式等依 赖较强,在性能上要优于统计的方法,但在系统健壮性 和灵活性方面没有统计的方法好。 鉴于通信任务文本的内容和格式通常都是相对固 定的,并且篇幅不长的特点,比较适合用基于规则的方 图1 系统数据流程及主要模块 法来实现信息抽取。其具体实现过程是:首先,要确定 通信任务文本中包含的关键要素,如业务开设时限要 求、业务开设的类型规模及地域要求、既有的通信要 系统输入是文本形式的通信任务,通过信息提取模 块从文本中提取出通信装备组网所需的关键信息;然后, 将提取的信息传人推理机中,推理机按照既定的推理机 制,调用知识库中关于通信装备组网的知识和综合数据 素、装备的类型和数量等等。然后,制定相应的规则, 对文本中的关键要素进行匹配提取。 例如以下是一段在某战术想定下的通信任务: 库的数据,构建起符合要求的通信装备组网方案。 同时,专家和工程师可以通过人机交互界面对知识 库中的知识进行添加、删除和更新等操作。当通信装备 属性改变时,通过人机交互界面对综合数据库中装备信 息进行修改。分析系统的框架结构可以发现,这样的结 “在幸+时之前,在A、B两地之间各开通一个通信 节点,AB间相距70kinI在各节点局开通话路通信2O路、 数据通信l 0路,实现两地之间的数据通信和语音通信; 通过距A地较近的友邻M军的地域网与外部实施 网络相连,进行数据和话音传送和交换;现有的通信装备 有某型节点交换车2辆,某型入口交换节点车l辆、某 构理论上对任何通信网系统都是适用的,只要将相关的 通1言与信息处理 《自动化技术与应用》2009年第28卷第1 2期 Communication and Information Processin 型网络管理车1辆。” 法等按照面向对象程序设计原则组成一种混合知识表 信息抽取模块将从上述的通信任务中抽取关键信 达形式,采用类来进行数据抽象,并把作用在该抽象数 息如:“两地开通节点通信连接”、“两地相距70km”、 据上的操作封装在类中,即以对象为中心,将对象的属 “话路20路”、“数据l 0路”等等。 性、动态行为和特征、相关领域知识和数据处理方法等 4.2知识表示 有关知识“封装”在表达对象的结构中。它引入了对象 知识库是专家系统的重要组成部分,根据专家系统 类的概念及消息传递,实现了数据抽象、信息隐蔽和类 应用领域的不同,知识的表示也有所不同,主要有以下 之间的继承性,更加接近于人类的思维,更能体现人类 几种表示方法}6l: 思维的自然性。 (1)一阶谓词逻辑表示方法。谓词逻辑是一种表达 综合分析各种知识表示方法的优缺点,结合系统设 能力很强的形式语言,并且有许多成熟的推理方法。因 计的特点,面向对象的知识表示法具有许多与人类思维 此,谓词逻辑及其推理方法就成为知识表示和机器推理 过程相类似的特性,能有效地表达通信网组织的相关知 的基本方法之一,另外,谓词逻辑推理中的替换合一技 识,是下一步研究的重点。 术也是符号推理中模式匹配的基本技术。但其存在一 4.3推理机制 定的局限性:推理过程冗长;对现实世界的知识不能明确 推理机制是构建专家系统的核心模块,推理机针对 地加以区分,其中隐藏着许多非确定性。 当前问题的条件或已知信息,反复调用知识库中的知 (2)产生式规则表示法。产生式规则是一种知识描 识,以得到问题求解结果。 述或约定法则,与自然推理过程类似,且易于在计算机 推理方式可以有正向和反向推理两种。正向推理 中实现,目前已经成为专家系统中应用最多的一种知识 是从前件匹配到结论,反向推理先假设一个结论成立, 表示方法。它采用if..…・then……的形式,if后面跟的 看他的条件有没有得到满足。推理机就如同专家解决 是条件(前件),then后面的是结论(后件),条件与结论可 问题的思维方式,知识库通过推理机来实现其价值。 以通过逻辑运算and、or、not进行复合。产生式规则 随着知识库中存储知识的不断增长,系统的性能会 的理解非常简单:如果前提条件得到满足,就产生相应 受到影响,为了提高推理机推理的效率,必须设计一种 的动作或结论,知识库其实就是一个规则集。其优点在 好的数据结构,加快推理的速度和准确率。根据专家系 于:与人的思维过程相似;以唯一的结构表示知识能够让 统的推理策略和逻辑推理过程可知,推理过程是具有阶 别人容易理解;单个规则能够自由方便添加、删除或修 段性或顺序性的。文献【8】提出了新的基于产生式规则 改[7】。但也有不足:效率较低;不能表示结构性知识。 的推理树结构,采用分层分类别的存储方法,大大提高 (3)语义网络表示法。语义网络是Quillian于1968 了推理机的推理效率。对于通信装备组网方案自动生 年提出的一种知识表示形式,作为人的记忆过程模型。 成系统来说,推理过程也具有一定的顺序性,比如在处 后来又朝着多种不同的方向拓广,其主要优点是:提供 理一个通信任务时首先解决干线通信组织问题,之后再 了表示对象与概念间关系的极其自然的框架;能很好地 逐步确定各个局部通信组织等等。文献【9】建立了基于 表示分类层次知识。其缺点在于:缺乏连接的命名标 B P神经网络推理模型的测试设备智能故障诊断系统, 准,没有公认的形式表示体系;对于一个产生否定结果的 介绍了神经网络推理机的实现技术,证明了将神经网络 查询,可能要搜索很多甚至所有的连接。 应用于专家系统中弥补了传统专家系统的不足,具有很 (4)框架表示法。以框架理论为基础发展起来的一 强的实用价值。神经网络和专家系统的结合大多是用 种适应性强、概括性高、结构化良好、推理方式灵活、 来解决故障诊断问题,对于如何用来解决自动配置问题 又能把陈述性知识与过程性知识相结合的知识表示方 需要进一步的深入研究。 法,但也有短处:对知识的管理即知识之间的一致性和 4.4数据库构建 完整性存在问题;推理方法不固定、泛用性高,因而加重 综合数据库用于存储推理过程中所需的原始数据、 了用户方面的负担。 中间结果和最终结论。通信任务都基于一定类型和规 (5)面向对象表示法。面向对象的知识表示方法将 模的通信装备,因此构建通信装备数据库是必要的,它 多种单一的知识表示方法比如规则表示法、框架表示 不仅包括装备自身的信息如名称、接口、性能等等,同 (下接第46页) ./ 《自动化技术与应用》2009年第28卷第12期 通信与信息处理 Communication and lnformation Processin 系统开机后,进行各模块初始化,然后是驾驶员身 份认证,认证成功后,系统开始正常工作。GPS模块开始 接收、提取定位数据,并将提取的定位信息存储在数据 参考文献: 【l】D.IBRAHIM,GPSIM:A Personal Computer-Based GPS Simulator System[J].The Journal of navigation,2001, sPring:126-135. 存储器等待编辑成短消息发送出去。G SM模块依据事 先设定、驾驶员操作或监控中心命令将GPS定位信息 发送给监控中心,若收到监控信息发送来的新短消息,则 读取其内容后进行相关处理。若出现状态报警、紧急报 警等警情,控制器进行中断动作,按预先设定进行警情 处理,并将警情及时地编辑成短消息发送出去。 【2 DEREKENARI2】S G,GAROFALAKIS J,MAKRIS C, eta1.Integrating GIS.GPS and GSM technologies for the effctieve management of ambulances[J】.Computers,Envi— ronment and Urban Systems,2001,25(3):267-278. 【3】胡小刚,邓中亮.基于单片机的GPS车载终端设计【J】.微 型机与应用,2004,(2):24-26. 【4】熊志昂,李红瑞,赖顺香等.GPS技术与工程应用【M】.北 京:国防工业出版社,2005,4. 【5】BORENOVIC,MILOS N.Enhanced ce11-1D+TA GSM positioning technique[C】.The Intemational Conference on Computer as a Too1.20o5.1176-1 179. 5 结束语 该车载终端经长时间试运行,工作稳定,可靠性可 以达到相当高的水平,但对当地的GSM网络要求较高, 要求其信号覆盖好、工作稳定, 否则会出现时延大的 【6】鲍远律,刘振安.卫星定位、交通监控与数字地图【M】. 北京:国防工业出版社,2006. 问题。以该终端为底层的G P S车辆监控系统可广泛应 用于交通物流行业,为城市交通管理、出租车安全防 范、公交车业务调度、公共卫生急救调度、社会货运物 流配送、大型企业物流、公共信息导航、海关贸易监管 【7】于晓刚,王卫东.基于GSM的GPS车辆定位监控系统移 动终端的设计【C】.第二十届电工理论学术年会论文集,2008. 作者简介:宋清昆(1 9 6 4一),男,教授,研究方向:智能控制、 过程优化控制。 等领域,具有极高的经济和社会效益。 (上接第4l页) 时还包括了装备间的关系,作为推理的支持部分,保证 装备数据的正确性,使推理得以顺利进行。 一【2】ⅥRGINIA E.BARKER,DENNIS E.O’ CONNOR. Expert Systems for Configuration at Digital:XCON and Beyond【J】.Communications of the ACM,1989,(32):298-318. 【3】STEPHEN POLIT,Rl and BEYOND:AI Technol- 个好的数据库设计对数据库应用系统的设计与 实现至关重要,如果数据库设计不合理,不但会造成数 据冗余和不一致,而且还会引起数据的操作异常。要按 照关系数据库设计的三个步骤【1o1:需求分析、概念结构 og3r Transfer at DEC[J】.the ai magazine,1985:76-78. [4】BERND NEUMANN.Configuration Expert Systems: A Case Study and Tutofial[A1.Proc.1988 SGAICO Confer- ence on Artificial Intelligence in Manufacturing[C】, Assembly,and Robotics,Oldenbourg,Munich 分析和逻辑结构分析,对装备数据库进行设计,得到符 合系统需要的数据库。 【5】郑彦宁,邓擘.信息抽取技术在情报学中的应用分析[J]. 情报理论与实践,2008,5:769-772. 5 结束语 根据通信任务文本实现通信装备组网方案的自动 生成,对构建通信装备组网仿真训练系统以及作战中的 【6】于萍,吴业福.面向对象知识表示在起重机专家系统中 的应用【J】.计算机技术与发展,2008,(18):204-206. 【7】LO K.L.,NASHID I.Expert Systems and Their Application to Power Systems.I.Components and methods 通信装备组网方案拟制都具有重要意义,将大大提高拟 制通信装备组网方案的效率和正确性。文中借鉴专家 系统的思想,提出了实现组网方案自动生成的系统框 架,并对所需的关键技术进行了深入的分析,结合系统 特点指出了下一步研究的重点。 f knowloedge representation[J].Power Engineering,1993,7 (1):41—45. 【8】黄务兰.一种新的基于产生式规则的推理树结构【J】.微 电子学与计算机,2007,(24):76-78. [9黄华,李艾华,9]刘军玉.基于神经网络专家系统的某测试 设备故障诊断【J].仪表技术,2008,(11):4-6. 【lO】萨师煊,王珊.数据库系统概论[M】.北京:高等教育出 版社,2002. 参考文献: 【1]王应泉,李军,张建军等.通信参谋业务技能[M】.北京: 军事科学出版社,2004. 作者简介:陈英梅(1 9 6 9一),女,副教授,主要从事电子技术 应用教学与研究。 

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