[发明专利]一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法

说明书

本发明提供一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法，步骤有：步骤A：构建多模式下的动态多层耦合网络；步骤B：定位复杂系统故障时段；步骤C：定位复杂系统故障节点。本发明针对传统可靠性分析手段常应用于单故障源头、静态分析的场景，在难以对具有动态传播、级联失效、多元故障、不确定性等特点的复杂系统实现故障定位的难点，运用复杂网络理论提出了一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法，该方法无需计算对比所有节点特征信息，可较少占用计算机算力的前提下快速地定位复杂系统的故障节点，具有良好的实际应用价值。

技术领域

本发明提出了一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法，它涉及一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法，属于复杂性科学领域和可靠性技术领域。

背景技术

21世纪以来，以互联网为首的信息科学的进步在带动了世界工业与经济水平的快速发展的同时也给系统科学与系统工程带来了冲击。传统的简单系统无法解决日益多元化的应用需求，嵌入式技术、物联网、人工智能等新兴技术在大幅度提升系统性能的同时使得系统结构变得越来越复杂。以信息物理系统为例，其系统内部结构的信息层、物理层、网络层、决策层存在多层次非线性耦合关系，系统内部动态运行时存在功能涌现。当复杂系统发生失效时，其日益复杂的拓扑结构与非线性耦合的动力学特性使得故障具有动态传播、级联失效、多元故障等特点，如软硬件综合系统其失效模式常常为软硬件多元耦合失效、智能电网在单节点故障后故障随负载发生级联失效等等，且由于耦合故障的复杂性使即使执行相同测试用例时，复杂系统的故障也具有不确定性。而传统的可靠性分析手段常应用于单故障源头、静态分析的场景，对于这些机理复杂、结构耦合的故障类型使采用传统可靠性方法难以有效地实现故障定位分析，如何实现复杂系统故障定位成为一个亟待解决的问题。

复杂网络理论作为一种抽象描述复杂系统整体结构与系统内部个体间交互规律的模型方法，对于解决这个问题提供了一种新的解决思路。基于复杂网络理论的动态多层耦合网络是对复杂系统内部不同层次的动态运行机制的抽象模型，其形式为一组时间切片下的静态多层耦合网络的集合，静态多层耦合网络由多个单层网络以及单层网络间的耦合边集组成。相比于传统可靠性模型，该模型可以更真实反应复杂系统正常运行以及故障运行情况下系统内部动态演化机理，结合网络模型的统计指标，可以更高效地分析故障传播路径、探究级联失效机理、实现多故障源定位等可靠性分析与提升任务。

本发明针对于以上的问题提出了一种有效的解决方案。本方案主要对如何对复杂系统的故障定位问题提出了一套解决方案，首先执行高故障概率的测试用例，分别建立复杂系统正常与故障的动态耦合网络模型，然后基于复杂网络统计指标实现复杂系统故障粗略定位，定位复杂系统发生性能降级甚至崩溃的时间段，然后实现该时间段下的复杂系统故障精细定位，通过依次分析该时间段内各个时间切片下静态多层耦合网络中统计指标突变的节点，最终实现复杂系统的故障定位。本发明采用的基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法，解决了运用传统可靠性分析手段难以实现对复杂系统的动态传播、级联失效、多元故障等复杂故障进行定位的问题。

发明内容

本发明主要提供一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法。传统可靠性分析手段常应用于单故障源头、静态分析的场景，在实现具有动态传播、级联失效、多元故障、不确定性等特点的复杂系统故障定位任务时存在局限性，难以实现故障定位分析。于是我们提出一种基于复杂网络理论可以有效实现复杂系统故障定位的方法。

针对以上的技术问题以及本发明的目的，本文提出了一种基于动态多层耦合网络的复杂系统故障定位方法，方案包括如下部分：

(一)发明目的