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基于三層節點架構的故障定位算法TNSFLA

發布時間:2015-11-30 10:40

摘 要:網絡故障管理技術是通信系統中網絡管理的核心,是維持網絡高效運行的關鍵因素,而故障定位檢測作為網絡故障管理的關鍵功能之一,其技術、算法實現的好壞將決定整個網絡自動化的成敗。本文即針對目前網絡系統中由于不同程度的告警丟失和虛假告警的情況,造成故障檢測精確度降低、無法快速診斷的問題,提出了相應的解決方案。

關鍵詞:網絡故障管理;故障定位;分層診斷;TNSFLA
  正文:本文針對網絡故障發生時產生不同程度的告警丟失和虛假告警的情況,造成故障檢測精確度降低、無法快速診斷的問題,提出了一種基于三層節點架構的故障定位算法(TNSFLA,Three-layer Node Structure-based Fault Location Algorithm),該算法利用網絡系統接收到的告警信息來建立故障隊列集合,通過對隊列中故障節點發生概率的檢測,從中選擇最可能產生告警的故障作為最優解。
1、TNS架構包括:
  (1)故障節點集合Λ;(2)告警節點集合Μ;(3)癥狀節點集合S={ s_node1, s_node2 ,, s_nodem },其中s_nodei表示癥狀節點i,(4)故障集合與癥狀集合之間的相關矩陣Dm,n。為了方便算法的描述,本文對上述TNS架構做出兩點假設,一是故障節點集合Λ中的各個節點之間相互獨立;二是故障節點和癥狀節點之間因果強度不變,即矩陣Dm,n中元素的大小不發生改變。為此,可以得出故障定位在本架構中的數學表示式,即在故障節點集Λ中獲取一個故障診斷隊列,使得該隊列在告警發生時的概率p(β Μ)最大,也即該故障隊列的置信度最高。
2、算法TNSFLA的設計和實現:
  算法TNSFLA的故障定位過程分為兩個階段,故障診斷隊列創建階段和診斷隊列元素選擇階段。其中,第一個階段創建能夠解釋網絡系統接收到的告警節點集對應的癥狀集合的故障子集;第二個階段對階段一中創建的故障診斷隊列的各個元素,計算各個故障發生的置信度,從中選出置信度最大的故障診斷元素作為最終的結果。
  2.1 其中診斷隊列最優解的具體選取過程:(1) 首先來計算隊列中各個子集元素的置信度,比較這些置信度的大小,并選擇發生概率最大的一個作為最終結果。(2) 若其中有兩個以上的元素置信度相同,則繼續對這些子集元素內包含的故障節點和虛假故障節點進行比較,首先比較故障節點的個數,選取故障節點個數最少的那個子集作為最終解。(3) 若仍然有兩個以上子集故障節點個數相同,則比較他們內部虛假故障節點的個數,選擇虛假故障節點最少的那個子集作為最終解。
  2.2 算法TNSFLA的執行過程示例:假設系統依次接收到了告警集合Μ = {e_node1, e_node2, e_node4, e_node5, e_node6},設max_true_fault = 3,max_false_fault = 2.算法的處理過程如下:
  (1)初始化故障集合隊列β=Φ,根據網絡故障系統接收到的告警節點集Μ得到對應的癥狀節點集S ={s_node1, s_node2, s_node4, s_node5 , s_node6};
  (2)求得癥狀節點s_node1,對應的故障子集F1 = { f_node1, f_node2, if_node1},創建β1={{ f_node1},{ f_node2},{ if_node1}};
  (3)求得癥狀節點s_node2,對應的故障子集F2 = { f_node2, f_node3, if_node2},由于β1中故障節點元素{f_node2}可以解釋癥狀節點s_node2,所以將{ f_node2}直接加入到隊列集合β2中,然后遍歷集合β1-β2中的其它元素,根據算法TNSFLA的3點啟發性判斷能否將故障加入。
  (4)依次處理癥狀s_node4, s_node6,;處理完所有事件后,得到能夠解釋系統告警即{e_node1, e_node2, e_node4, e_node5, e_node6}的故障子集為{{ f_node2, f_node4},{ if_node1, f_node3, f_node4,}, { f_node1, f_node2, if_node6}, {f_node2, if_node4, if_node6},{ f_node1, f_node3, if_node6}}。最后根據最優解選取的方法,分別求取這些故障診斷子集的置信度,獲取最終的故障原因。
3、仿真結果與分析:
  將仿真場景中網絡節點的數目設置為1~100個,通過不同數目節點的設置構建不同的網絡實驗場景。同時對窮舉法(ES,Exhaustive Search)、基于拉格朗日松弛法的故障定位算法(LRA,Lagrangian Relaxation Algorithm)進行了實現,將其作為本文算法的對比方案。仿真結果表明,當網絡系統中存在告警丟失和虛假故障的情況下,該算法在故障檢測率、誤檢率以及定位時間方面體現出極大的優越性。
參考文獻
[1]潘朝陽, 曾勁柏, 黎連業等. 計算機網絡故障診斷與排除. 北京: 清華大學出版社, 2007
[2]張新. 分層分布式網絡故障管理研究: [博士學位論文]. 西安: 西安電子科技大學,2007

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