CN111162958B - 基于聚类分析算法的1553b总线数据故障测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，包括以下步骤：采集待测控制***历史正常运行状态下通信协议的正常数据帧的数据值，构建数据集；根据通信协议数据帧的字段数对数据集进行空间建模；对建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集；对若干个正常数据子集取并集获得正常数据集，取正常数据集的补集作为故障数据集；在故障数据集的范围内随机生成故障帧数据，将故障帧数据发送至待测控制***进行测试。本发明针对控制***不同的通信协议，生成不同的故障集，自适应性更强，且大大提高故障生成的准确性和便利性，进一步提高测试方法对待测试控制***的测试效率和测试准确率。

Description

基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，具体涉及控制***通信测试领域，特别涉及一种基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法。
背景技术
1553B总线，是美国军方专为飞机上设备制定的一种信息传输总线标准，也就是设备间传输的协议，具有双向输出特性，实时性和可靠性高，广泛应用在当代的运输机和相当数量的民航客机以及军用飞机上，航天***也广泛的应用这一总线。
1553B数据总线用的是指令/响应型通信协议，具有3种类型的终端，分别为：
1)总线控制器(BC)，是在总线上唯一被安排为执行建立和启动数据传输任务的终端；2)远程终端(RT)，是用户子***到数据总线上的接口，在BC的控制下提取数据或接受数据；3)总线监控器(BM)，“监控”总线上的信息传输，以完成对总线上的数据源进行记录和分析，但其本身不参与总线的通信。
1553B总线上的信息是以消息的形式调制成曼彻斯特码进行传输的。每条消息最长由32个字组成，所有的字分为三类：命令字、数据字和状态字。每类字的长度为20位，有效信息位是16位，每个字的前3位为单字的同步字头，而最后1位是奇偶校验位。有效信息(16位)及奇偶校验位在总线上以曼彻斯特码的形式进行传输。同步字头占3位，先正后负为命令字和状态字，先负后正为数据字。
在通信过程中，由于单个数据帧发送迅速、帧间隔时间短、数据发送的流程切换快，同时由于操作人员的疏忽，极易引起帧数据发送错误。另外，通常1553B所使用的场景中，***部件故障的可能性和故障造成后果的严重性较其他***更高，故接收帧数据的控制***需要有强大的健壮性和鲁棒性作为保障。通过高效、准确的故障生成算法对应用1553B总线的控制***的性能进行测试是必不可少的，但目前针对1553B总线数据故障的测试尚存在研究空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于对高鲁棒性控制***进行高强度的容错性性能测试的故障测试方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，包括以下步骤：
步骤1、针对待测控制***，采集其历史正常运行状态下通信协议的正常数据帧的具体数据值，构建数据集；
步骤2、根据所述通信协议数据帧的字段数对所述数据集进行空间建模；
步骤3、对步骤2建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集；
步骤4、对所述若干个正常数据子集取并集获得正常数据集，取正常数据集的补集作为故障数据集；
步骤5、在所述故障数据集的范围内随机生成故障帧数据，将该故障帧发送至待测控制***进行测试。
进一步地，步骤2根据所述通信协议数据帧的字段数对所述数据集进行空间建模，具体包括：
从通信协议数据帧的若干字段中自定义选取n个字段作为有效字段；
根据有效字段的个数n，对所述数据集进行空间建模，具体是将步骤1采集的每一数据帧对应的数据值转换为n维空间中的坐标点。
进一步地，步骤3所述对步骤2建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集，具体包括：
步骤3-1、确定聚类的最佳数量k；
步骤3-2、基于所述数量k，利用聚类化方法对步骤2建模后的数据进行聚类化处理；
步骤3-3、对每一个聚类的数据进行筛选，具体包括：从该聚类中自定义选取一个数据点，以该数据点距离聚类中心的距离为半径，以聚类中心为原点，绘制球区域，将位于该球区域***的数据点剔除，由此获得k个正常数据子集。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：对通信协议的正常数据帧进行聚类化分析，将正常数据和故障数据分离，获得该通信协议数据帧对应的故障值集合，该种方式针对控制***不同的通信协议，生成不同的故障集，自适应性更强，且大大提高故障生成的准确性和便利性，进一步提高测试方法对待测试***的测试效率和测试准确率。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法的流程图。
图2为本发明实施例中空间建模后的数据点阵图。
图3为本发明实施例中对图2数据集进行聚类处理后的结果图。
图4为本发明实施例中对图3聚类后的数据进行筛选后的正确数据集范围图。
具体实施方式
结合图1，本发明提出了一种基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，包括以下步骤：
步骤1、针对待测控制***，采集其历史正常运行状态下通信协议的正常数据帧的具体数据值，构建数据集；
步骤2、根据通信协议数据帧的字段数对数据集进行空间建模；
步骤3、对步骤2建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集；
步骤4、对若干个正常数据子集取并集获得正常数据集，取正常数据集的补集作为故障数据集；
步骤5、在故障数据集的范围内随机生成故障帧数据，将该故障帧发送至待测控制***进行测试。
进一步地，步骤2根据通信协议数据帧的字段数对数据集进行空间建模，具体包括：
从通信协议数据帧的若干字段中自定义选取n个字段作为有效字段；
根据有效字段的个数n，对数据集进行空间建模，具体是将步骤1采集的每一数据帧对应的数据值转换为n维空间中的坐标点。
进一步地，步骤3对步骤2建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集，具体包括：
步骤3-1、确定聚类的最佳数量k；
步骤3-2、基于聚类数量k，利用聚类化方法对步骤2建模后的数据进行聚类化处理；
步骤3-3、对每一个聚类的数据进行筛选，具体包括：从该聚类中自定义选取一个数据点，以该数据点距离聚类中心的距离为半径，以聚类中心为原点，绘制球区域，将位于该球区域***的数据点剔除，由此获得k个正常数据子集。
进一步优选地，步骤3-1确定聚类的最佳数量k具体采用手肘法实现。
进一步优选地，步骤3-2中聚类化方法具体采用k-means聚类化方法。
实施例
结合图1，本发明基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，包括以下内容：
1、针对待测控制***，采集其历史正常运行状态下通信协议的正常数据帧的具体数据值，构建数据集。
2、根据通信协议数据帧的字段数对数据集进行空间建模：
从通信协议数据帧的若干字段中自定义选取2个字段作为有效字段；
根据有效字段的个数，对数据集进行空间建模，具体是将上述过程1中采集的每一数据帧对应的数据值转换为2维空间中的坐标点，获得二维数据点阵图如图2所示。
3、对建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集：
3-1、利用手肘法确定聚类的最佳数量为k＝4；
3-2、利用聚类化方法对上述过程2建模后的数据进行聚类化处理，结果如图3所示；
3-3、对每一个聚类的数据进行筛选，具体包括：从该聚类中自定义选取一个数据点，以该数据点距离聚类中心的距离为半径，以聚类中心为原点，绘制球区域，将位于该球区域***的数据点剔除，由此获得4个正常数据子集，结果如图4所示。
4、对4个正常数据子集取并集获得正常数据集，取正常数据集的补集作为故障数据集。
5、在故障数据集的范围内随机生成故障帧数据，自定义配置故障帧数据发送周期及发送时延，之后将故障帧数据写入1553B板卡并发送至待测控制***进行测试。

Claims (3)

1.一种基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、针对待测控制***，采集其历史正常运行状态下通信协议的正常数据帧的具体数据值，构建数据集；
步骤2、根据所述通信协议的正常数据帧的字段数对所述数据集进行空间建模，具体包括：
从通信协议的正常数据帧的若干字段中自定义选取n个字段作为有效字段；
根据有效字段的个数n，对所述数据集进行空间建模，具体是将步骤1采集的每一正常数据帧对应的数据值转换为n维空间中的坐标点；
步骤3、对步骤2建模后的数据进行聚类化处理，获得若干个正常数据子集，具体包括：
步骤3-1、确定聚类的最佳数量k；
步骤3-2、基于所述数量k，利用聚类化方法对步骤2建模后的数据进行聚类处理；
步骤3-3、对每一个聚类的数据进行筛选，具体包括：从该聚类中自定义选取一个数据点，以该数据点距离聚类中心的距离为半径，以聚类中心为原点，绘制球区域，将位于该球区域***的数据点剔除，由此获得k个正常数据子集；
步骤4、对所述若干个正常数据子集取并集获得正常数据集，取正常数据集的补集作为故障数据集；
步骤5、在所述故障数据集的范围内随机生成故障帧数据，自定义配置故障帧数据发送周期及发送时延，之后将故障帧数据写入1553B板卡并发送至待测控制***进行测试。
2.根据权利要求1所述基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，其特征在于，步骤3-1所述确定聚类的最佳数量k具体采用手肘法实现。
3.根据权利要求1所述基于聚类分析算法的1553B总线数据故障测试方法，其特征在于，步骤3-2所述聚类化方法具体采用k-means聚类化方法。
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