面向信息网络的快速故障诊断方法研究

摘要

在信息网中，故障诊断与定位是故障管理的重要组成部分，已经成了一个挑战性问题。故障诊断与定位的目标是及时识别和定位网络中的故障，以此减少故障对于网络正常运行的影响。已有的方法都是通过被动搜集网络告警，或在网络中部署探测站通过在探测路径上发送探测包来获取探测路径通过的网络节点或链路的状态。然而，如何权衡故障定位时间与故障探测代价仍是值得考虑的问题。由于多层网络（覆盖网，虚拟网等）通过底层网络资源的抽象与隔离提高了底层网络的资源利用效率，保证了服务质量，增加了网络灵活性，已被广泛应用。但是，多层网络也给故障诊断带来了新的挑战，如底层网络信息的不可获得性，多层故障和动态症状-故障因果关系等。如何建立合适的模型定位出底层网络故障和虚拟层网络故障是问题的关键。 为解决以上问题，本文首先介绍了信息网络故障诊断的概念与当前该领域面临的挑战，陈述了故障的定义。 其次，对多层信息网络故障定位问题进行分析和总结，讨论了多层网络探测信息获取技术和故障定位模型的发展状况，相应介绍了被动监测和主动探测，主被动结合探测和终端用户观察的探测信息获取技术，和依赖矩阵模型、基于图论的故障传播模型、依赖矩阵模型和症状-故障-行动模型等模型的原理以及其优缺点。从故障定位模型、信息获取方式、故障定位计算、网络异构性、运行效率与成本多个方面重点综述了多层网络故障定位方法，讨论了每种方法的优点和局限性。对多层网络故障定位研究的不足和亟待进一步研究解决的问题进行了探讨。 然后，对于一般的信息网络提出了随机游走算法，解决了已存的非适应性探测节点故障定位方法局限于只定位单节点故障和只处理小型网络的问题。通过图上的随机游走构造d-分离矩阵，并把它看作二进制监测矩阵。根据二进制监测矩阵在网络中发送探测包，并返回测试结果，由d-分离矩阵的性质可以精确定位大型信息网络中多个故障节点。通过理论分析与大量的仿真对比证明了随机游走算法的高效性。 接下来，对于多层信息网络提出了多层故障定位方法解决了已有算法中被忽略的底层故障和独立虚拟故障存在交集导致定位准确率低，误诊率高的问题。采用逐层策略解决底层网络信息的不可获得性。通过改进的过滤算法过滤虚假故障，采用假设选择算法推出最可能发生的故障集。提出的多层故障定位方法提高了故障定位精度，降低了误诊率。 最后总结了全文，并对故障定位技术相关研究的不足和亟待进一步研究解决的问题进行了分析与讨论。

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