一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法技术方案

一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，所述方法包括以下步骤：通过Petri网络、元件状态和状态转移构建信息物理系统运行过程模型；基于改进的蒙特卡洛模拟，对所述信息物理系统运行过程模型进行故障辨识；改变信息物理系统中S_元和T_元相关参数，观察某一元件或过程对信息物理系统可靠性影响，确定信息物理系统中元件和转移的薄弱环节；实现对故障传播的控制；从元件和故障信息传递两方面保证信息物理系统可靠运行。本发明专利技术既实现了系统运行可靠性的分析，同时可以分析出各个元件和过程对于系统故障传播的影响，采用相应措施可以抑制故障传播，从而保证系统有效运行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法
本专利技术涉及信息物理系统领域，尤其涉及一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法。
技术介绍
信息物理系统是多维异构的感知、通信和计算单元与物理设备的深度耦合的新型智能复杂系统，是实现大规模信息网络的可观测性和复杂动态控制的关键支撑技术。信息物理系统可靠性评价较为复杂，物理层面和信息层面交互和相互影响机理尚难以明确，对构建传统的诸如串并联模型、分布模型和马尔科夫链等无法描述系统运行过程，也就对系统可靠性评价无能为力，因此需要找到新的模型对信息物理系统的运行性可靠性进行评价。然而，已有的基于Petri网的系统可靠性评价研究多是采用故障树的分析方法，将故障树依据一定的规律等效为Petri网络，与实际系统运行状况存在一定差距。同时，信息物理系统中，物理和信息子系统间的相互作用更加复杂，因此对于整个系统的可靠性分析则更需要考虑信息层面和物理层面间的相互作用和影响。采用Petri网对系统可靠性展开评价，具有模型简单易懂的优势，将系统故障树的各种逻辑连接关系简化为只由S_元和T_元组成的图形化网络，故障的传播关系明确。但是此种方法，仅仅考虑了单一系统层面的故障传播，对于系统间相互作用对故障传播的影响并未明确，适用于相对简单的系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，本专利技术定义系统功能为导向的信息物理系统可靠性函数，建立包括元件状态和状态转移的系统运行模型，采用基于改进的蒙特卡洛模拟的故障辨识，确定系统元件和转移的薄弱环节，实现系统运行，详见下文描述：一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，所述方法包括以下步骤：通过Petri网络、元件状态和状态转移构建信息物理系统运行过程模型；基于改进的蒙特卡洛模拟，对所述信息物理系统运行过程模型进行故障辨识；改变信息物理系统中S_元和T_元相关参数，观察某一元件或过程对信息物理系统可靠性影响，确定信息物理系统中元件和转移的薄弱环节；实现对故障传播的控制；从元件和故障信息传递两方面保证信息物理系统可靠运行。其中，所述信息物理系统运行过程模型具体为：决定信息物理系统的输入和输出之间的运行模型；确定每一个S_元和T_元的概率分布；产生每一个S_元和T_元的随机值，将这些值代入到运行模型中计算出信息物理系统的输出值；将信息物理系统的输出数据拟合成经验分布，通常包括均值和方差。进一步地，所述方法还包括：在Petri网络和信息物理系统特征的基础上，提取结构化信息，根据节点可靠性和交互过程可靠性来计算信息物理系统的可靠性。其中，所述方法还包括：按照物理过程、通信过程和信息过程建立信息物理系统运行流程，基于Petri网建立信息物理系统故障传播过程。其中，所述改变信息物理系统中S_元和T_元相关参数，观察某一元件或过程对信息物理系统可靠性影响，确定信息物理系统中元件和转移的薄弱环节具体为：当信息物理系统运行Petri网模型不为空时，计算可靠性；否则采用基于改进的蒙特卡洛模拟模拟信息物理系统运行过程，需要重复多次；选定需要分析的S_元或T_元，改变其可靠性参数，重复运行，确定该元件或过程对运行及故障传播的影响。所述当信息物理系统运行Petri网模型不为空时，计算可靠性具体为：a)若信息物理系统运行中存在选择结构，计算各最小选择结构的等价可靠性，然后跳到步骤b)；否则，直接跳到步骤b)；b)若信息物理系统运行中存在顺序结构，计算各最小顺序结构的等价可靠性，然后跳到步骤c)；否则，直接跳到步骤c)；c)若信息物理系统运行中存在循环结构，计算各最小循环结构的等价可靠性，然后跳到步骤d)；否则，直接跳到步骤d)；d)若信息物理系统运行中存在并联结构，计算各最小与并联结构的等价可靠性，然后跳到步骤e)；否则，直接跳到步骤e)；e)若信息物理系统运行中存在复合结构，计算此最小复合结构的等价可靠性。进一步地，所述从元件和故障信息传递两方面保证信息物理系统可靠运行具体为：采用元件后备保护、及时更换故障设备等措施降低元件故障概率，采用通信拓扑优化策略提高信息传递的效率和正确率。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、定义系统功能为导向的信息物理系统可靠性函数，明确了包含信息、通信和物理层面的复杂网络可靠性评价导向，建立信息物理系统可靠运行表征方法；2、建立包括元件状态和状态转移的系统运行模型，包括五种基本运行结构，采用基于改进的蒙特卡洛模拟的可靠性计算方法，避免了同构故障树和马尔科夫链等方法的繁琐过程，运行分析直观、有效；3、改变相应状态和转移可靠性参数，确定系统元件和转移的薄弱环节，可以实现对故障传播的控制；4、从元件和故障信息传递两个方面保证系统可靠运行，包括采用元件后备保护、及时更换故障设备等措施降低元件故障概率，采用通信拓扑优化策略提高信息传递的效率和正确率。附图说明图1为基于Petri网的信息物理系统运行基本结构示意图；其中，每个复杂的系统可以分解为简单的子过程，采用Petri网络建模进行组合。图2为信息物理系统故障传播控制流程图；其中，整个运行分为物理过程、通信过程和信息过程三个层面，且充分考虑了各个层面之间的相互影响，实现了信息与物理的深度融合。图3为信息物理系统运行架构示意图；该图包括系统运行模型、模型化简、随即过程模拟等。图4为配电网信息物理系统运行结构示意图；图5为配电网信息物理系统模拟运行结果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。蒙特卡洛模拟又称为随机模拟，在系统可靠性分析时非常有效，适用于多变量且过程复杂的随机系统。但是Petri网和蒙特卡洛模拟方法结合的系统可靠性分析方法尚未提出。当信息物理系统物理层面发生故障时，信息层面将会出现突然的信息涌现，数据量大大增加，可能会发生数据拥塞、数据延迟和数据抖动等问题，会造成通信和信息层面传输的故障，进一步加重网络故障风险，使得信息层面监控的作用无法正常发挥。与此同时，信息层面正常的作用可以使得故障网元/元件承载功能的顺利转移，从系统功能层面上来说，整个系统并未失效，因此信息层面从定性分析上来讲，可以提高信息物理系统的可靠性。因此，需要在系统评价时重点分析网络中信息层面、通信层面以及物理层面的特征及相互作用，定义完整的系统运行和风险传播模型。实施例1本专利技术实施例提供了一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，参见图1至图3，该方法包括以下步骤：101：通过Petri网络、元件状态和状态转移构建信息物理系统运行过程模型；102：基于改进的蒙特卡洛模拟，对信息物理系统运行过程模型进行故障辨识；103：改变信息物理系统S_元和T_元相关参数，观察某一具体系统元件或过程对信息物理系统可靠性影响，确定信息物理系统中元件和转移的薄弱环节；实现对故障传播的控制；104：从元件和故障信息传递两方面保证信息物理系统可靠运行。即，包括：采用元件后备保护、及时更换故障设备等措施降低元件故障概率，采用通信拓扑优化策略提高信息传递的效率和正确率。其中，步骤101中的信息物理系统运行过程模型具体为：决定信息物理系统的输入和输出之间的运行模型；确定每一个S_元和T_元的概率分布；产生每一个S_元和T_元的随机值，将这些值代入到运行模型中计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：通过Petri网络、元件状态和状态转移构建信息物理系统运行过程模型；基于改进的蒙特卡洛模拟，对所述信息物理系统运行过程模型进行故障辨识；改变信息物理系统中S_元和T_元相关参数，观察某一元件或过程对信息物理系统可靠性影响，确定信息物理系统中元件和转移的薄弱环节；实现对故障传播的控制；从元件和故障信息传递两方面保证信息物理系统可靠运行。

【技术特征摘要】
1.一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：通过Petri网络、元件状态和状态转移构建信息物理系统运行过程模型；基于改进的蒙特卡洛模拟，对所述信息物理系统运行过程模型进行故障辨识；改变信息物理系统中S_元和T_元相关参数，观察某一元件或过程对信息物理系统可靠性影响，确定信息物理系统中元件和转移的薄弱环节；实现对故障传播的控制；从元件和故障信息传递两方面保证信息物理系统可靠运行。2.根据权利要求1所述的一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，其特征在于，所述信息物理系统运行过程模型具体为：决定信息物理系统的输入和输出之间的运行模型；确定每一个S_元和T_元的概率分布；产生每一个S_元和T_元的随机值，将这些值代入到运行模型中计算出信息物理系统的输出值；将信息物理系统的输出数据拟合成经验分布，通常包括均值和方差。3.根据权利要求1所述的一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：在Petri网络和信息物理系统特征的基础上，提取结构化信息，根据节点可靠性和交互过程可靠性来计算信息物理系统的可靠性。4.根据权利要求1所述的一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：按照物理过程、通信过程和信息过程建立信息物理系统运行流程，基于Petri网建立信息物理系统故障传播过程。5.根据权利要求1所述的一种用于对信息物理系统故障传播的控制方法，其特征在于，所述改变信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨挺，黄志勇，盆海波，侯昱丞，刘佳林，赵英杰，王萌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12