基于FTA和比较模型的网络故障诊断算法

作者:朱云鹏;陈卓 刊名:计算机工程与应用 上传者:郭金宝

【摘要】针对网络故障特点,将MM*模型和FTA方法引入网络故障诊断建模中,设计了一种用FTA方法进行网络故障的系统分析与诊断,并定量求解出所有故障可能的最小割集,然后用MM*模型从最小割集中选取测试点对进行单点故障检测与定位的网络故障诊断算法。实验结果表明,该算法有效提高了网络故障诊断的效率和准确率,具有较好的实用性。

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1引言网络故障诊断以网络原理、网络配置和网络运行的知识为基础,从网络的故障现象出发,根据特定的故障检测与定位算法获取故障的详细信息并告警显示。网络故障诊断技术为网络系统正常运行提供了基本保证,是伴随着网络的可靠性、安全性的发展而发展起来的一门学科,它的出现、兴起与迅速发展,是实际应用需求与多学科理论发展共同作用的结果[1-2]。我国计算机网络故障诊断水平相对落后,虽然在故障诊断专家系统方面开展了一定的研究,但专门针对网络故障智能诊断技术的研究还刚刚开始。国外的网络故障诊断技术正从初级向高级、从不完善向完善、从分散向集中的目标发展。一个由国际科学应用公司(SAIC)领导的小组获得美国陆军的通信/电子司令部资助,为美国国防部设计、开发和装备“联合网络管理系统”(JNMS)提供先进的故障诊断技术和保障,并提供技术支持训练、测试、保障及软件维护,预计在2008年10月前该系统正式运行。网络故障诊断的技术难点主要包括:网络故障模型建立、网络故障关联与传播、网络故障检测与定位、网络故障表示等问题。近年来,随着网络技术与多种学科理论的融合发展,网络故障诊断技术逐步向标准化、集中式、智能化、可扩展性的方向发展[3-4]。针对网络结构和网络故障的特点,将MM*模型和FTA方法引入网络故障建模中,设计了一种用网络故障树进行FTA系统诊断,找出故障原因的最小集合,然后用MM*模型进行单点故障检测与定位的网络故障诊断算法。实验证明,该方法有效提高了网络故障诊断的效率和准确率。2基于FTA的网络故障MM*诊断技术2.1FTA网络故障建模故障树分析法(FaultTreeAnalysis,FTA)是系统可靠性和安全分析的一种技术[5]。它采用逻辑的方法进行定性和定量分析,通过树形分支结构从故障结果开始,由顶向下寻找出所有可能导致故障的原因。FTA把系统不希望发生的故障状态定义为“顶事件”,通过分析寻找出导致顶事件故障发生的所有可能的直接原因,称为“原因事件”。接着分析寻找每一个原因事件发生的所有可能原因,以此类推,直至追踪到最后一级基本事件,也即“底事件”。各个基本事件由AND、OR等逻辑门连接接入上一级原因事件。可以根据网络的拓扑结构,将网络划分成分层树形结构(如图1),然后建立网络故障的FTA模型(如图2)。网络故障树构造步骤如下:步骤1基于网络拓扑图构建网络的分层树形结构,每层包括设备、本层设备间的链路以及本层与上一层相连的链路;步骤2将网络系统故障作为顶事件,逐级向下寻找原因事件直至底事件;l1lmR1Rnliljh1StT0orI1IkororL1N1LkNkorandandor……………图3故障树的符号简图步骤3确定上、下级原因事件之间的连接逻辑门。若导致本级原因事件的下一级原因事件相互是串联关系,采用与门(and)连接。若是并联关系则用或门(or)连接。为进一步对系统进行定性和定量分析,必须求解全体最小割集。割集是导致系统失效的最小的组元集合。最小割集的组合对应了系统故障的所有可能基本原因的组合。求解最小割集的基本步骤如下:步骤1从顶事件逐级向下,根据每个交叉点不同的逻辑关系,若是或门则将其每个输入事件列入不同的行,若是与门则将其输入事件列入同一行,以此类推,直至不可再分的底事件为止。所得的各个集合为故障树的割集。步骤2将故障树表达的逻辑关系表示成结构函数的形式,再运用布尔代数规则中的吸收率(A+AB=A)和分配律(A+(B+C)=AB+AC)将结构函数等价变换,得到最小割集的组合。根据上述步骤,求解网络故障树的最小割集的算法描述如下:CutsetArrayse

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