基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高校用戶網(wǎng)絡(luò)故障急診系統(tǒng)

高慧，浩慶波

（1.曲阜師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心，山東日照，276800；2.曲阜師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心，山東濟(jì)寧，273100）

1 高校用戶網(wǎng)絡(luò)故障的特點(diǎn)

1.1 多樣性

高校用戶在網(wǎng)絡(luò)使用過程中遇到的故障情況是多種多樣的，其次，造成高校用戶網(wǎng)絡(luò)故障的因素是多種多樣的。最后，造成網(wǎng)絡(luò)故障的因素和網(wǎng)絡(luò)故障之間的關(guān)系是復(fù)雜的。

1.2 非線性

故障產(chǎn)生的因素和故障情況之間不是一對(duì)一的關(guān)系，可能多個(gè)因素導(dǎo)致了某一故障情況的產(chǎn)生，也可能某個(gè)故障因素會(huì)造成多種故障情況。因素和結(jié)果之間不是一對(duì)一的線性關(guān)系。

1.3 復(fù)雜性

網(wǎng)絡(luò)故障因素和故障之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，眾多故障產(chǎn)生的因素和故障結(jié)果構(gòu)建成了一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為了及時(shí)的定位故障原因，以故障情況作為輸入，經(jīng)過層層的計(jì)算和誤差分析以及誤差信號(hào)的反向傳播，最終輸出故障定位，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有效的解決了這一難題。

2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

BP算法的基本思想是：學(xué)習(xí)的過程分為信號(hào)的正向傳播和誤差的反向傳播兩個(gè)過程。圖1清楚的表達(dá)了算法的信號(hào)流向。

圖1 BP算法信號(hào)流向圖

BP算法的程序?qū)崿F(xiàn)步驟為：首先，初始化：權(quán)值矩陣W、V賦值為隨機(jī)數(shù)，設(shè)定樣本模擬計(jì)數(shù)器P以及訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù)器q都初始化為1，誤差E設(shè)置為0，學(xué)習(xí)率η設(shè)置為大于0小于等于1的任意小數(shù)，訓(xùn)練之后能達(dá)到的精度 EMN初始化為正小數(shù)。其次，輸入訓(xùn)練樣本并計(jì)算每層的輸出：取當(dāng)前故障情況的編號(hào)樣本和故障因素的編號(hào)樣本分別作為輸入樣本和期望輸出，計(jì)算出Y和O的分量 yj, ok。第三步，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差：假設(shè)訓(xùn)練樣本為P對(duì)，本次取所有樣本輸出誤差的二次方 ( Ep)2的求和再開方。第四步，誤差反向展開：計(jì)算各層的誤差信號(hào)

第五步，調(diào)整各層的權(quán)值：計(jì)算W、V中的各個(gè)分量。

第六步，檢查所有的樣本是否完成了一次訓(xùn)練：如果p＜P，那么p、q都加1，返回第二步，否則轉(zhuǎn)到第七步。第七步，檢查最終誤差是都達(dá)到了精度的要求：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)的總誤差為ERMN，若 ERMN＜EMN，那么訓(xùn)練結(jié)束，否則，設(shè)E等于0，p等于1，返回第二步。

3 高校網(wǎng)絡(luò)故障急診系統(tǒng)

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高校用戶網(wǎng)絡(luò)故障急診系統(tǒng)的檢測原理如圖2所示。

圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測網(wǎng)絡(luò)故障原理圖

高校用戶上網(wǎng)設(shè)備主要有路由器、電腦、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒4類。故障相應(yīng)分為路由器WAN口燈不亮，路由器無信號(hào)、電腦本地連接為紅色叉號(hào)、電腦本地連接為感嘆號(hào)、電腦無法上網(wǎng)、手機(jī)無法連接無線、手機(jī)無法上網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)機(jī)頂盒無法加載視頻、登陸認(rèn)證失敗9類。網(wǎng)絡(luò)故障原因分為線路不通、路由器配置不正確、電腦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置不正確、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備異常、網(wǎng)卡禁用、未進(jìn)行登陸認(rèn)證6類。分別給網(wǎng)絡(luò)故障現(xiàn)象和故障原因按上序編號(hào)，符合則編號(hào)為1，否則為0。例如，X=（1，0，0，1，1，0，0，0，0）表示故障情況為路由器WAN燈不亮，電腦本地連接為嘆號(hào)，電腦無法上網(wǎng)，那么期望輸出的故障原因是 d=（1，0，0，0，0，0），即線路不通。系統(tǒng)根據(jù)用戶的選擇進(jìn)行計(jì)算，判定故障原因，并反饋出相應(yīng)的解決辦法。

4 總結(jié)

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高校用戶網(wǎng)絡(luò)故障急診系統(tǒng)很有針對(duì)性的解決了高校網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率低的問題，用戶不僅可以第一時(shí)間自檢網(wǎng)絡(luò)故障。該系統(tǒng)仍存在一定缺陷，首先BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率低，容易形成局部極小值而達(dá)不到全局優(yōu)化，其次，本系統(tǒng)為了避免用戶的程序安裝采用了小程序的形式，需要在用戶手機(jī)開通了運(yùn)營商流量的前提下使用，沒有完全做到脫機(jī)服務(wù)。在接下來的研究中，文章將繼續(xù)優(yōu)化核心算法，并尋找更獨(dú)立的服務(wù)方式。