[发明专利]用于故障诊断的概率探针选择方法、系统、设备及应用

说明书

本发明属于网络通信技术领域，公开了一种用于故障诊断的概率探针选择方法、系统、设备及应用，在故障检测阶段利用概率贪婪探针选择方法从可用探针集中选择能够覆盖所有网络节点的最少探针；并由探测站发送这些探针以检测网络中是否存在故障节点，一旦存在失效探针，说明网络中可能存在故障节点；触发故障定位过程，利用概率最小搜索探针选择方法对故障节点进行准确定位。本发明建立了大量的仿真实验评估所提算法的性能，结果显示该算法具有高故障定位准确率、低探测成本以及极强适应能力；在不确定性环境下，采用用于故障定位的概率最小搜索探针选择方法，能够降低不确定性因素的影响、提高故障定位准确率。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种用于故障诊断的概率探针选择方法、系统、设备及应用。

背景技术

目前：近年来，随着全球互联网用户、移动智能设备、网络用户服务需求的增加，通信网络的规模和复杂程度呈急速增长趋势，这给网络管理系统运行带来了巨大的挑战，其核心问题为故障管理。由于环境因素或设备老化易导致网络部件发生故障，这在大规模通信网络中是不可避免的，因此对通信网络进行实时故障诊断至关重要。对于通信网络，故障诊断过程包括两部分：故障检测和故障定位。故障检测是识别网络中是否存在故障的过程。在故障定位阶段利用现有信息推断故障的具体位置。为了保证网络的正常运行，快速准确的故障检测和定位方法是目前所亟需的。

传统的网络故障诊断多采用被动监测的方法，即在网络设备上部署监测代理来监测网络。网络管理系统将网络故障状态通过监测代理产生的告警作为网络的症状来推断出准确的故障状态。但被动监测方法主要局限性在于网络规模和复杂程度的急速增大使得故障告警和实际故障之间的关系变得更为复杂。告警也可能在传输的过程中被干扰、中断或丢失，且需部署远大于故障数量的监测代理。因此采用该方法准确识别网络故障的位置更为困难、所需成本更高。

近年来，主动探测的方法受到越来越多的关注，其根据在网络中发送称为探针的数据包的探测结果来检测网络中是否存在故障，即为故障检测过程。如果在该过程中检测出故障，那么为推断其准确位置，故障定位过程将被触发。如果未检测到故障，则设定合理的周期时间再次对网络进行检测。因此该方法具有快速准确推断网络健康状况的能力以及尽可能降低故障诊断成本的优点。

已有的采用主动探测的故障诊断方法大多以确定性环境为实际假设背景，其需要关于网络的完全信息状态，即节点与探针之间的关系应当是确定的。但在实际生活中，由于包括环境噪声在内的许多因素，网络中存在一定程度的不确定性以及不可靠性。因此在确定性环境下进行实验在多数实际情况下是不适合的，而应在与实际环境更为相似的不确定性环境(NDE)下进行实验。在该环境下所提网络故障诊断算法更具有实际意义，这也正是本发明所关注的研究方向。

主动探测技术主要由预计划探测和自适应探测组成，其能够获得端到端的性能统计信息，如延迟、吞吐量和丢包率等，从而具有及时响应的能力。预计划探测方法首次由Brodie等人提出，利用节点与探针之间的依赖关系建立依赖矩阵以选择探针。虽然其操作简单，但未考虑不确定性因素的影响，且需要向网络中所有目标节点发送探针进行故障检测，从而产生大量的管理流量。与预计划探测不同，Natu等人提出的自适应探测以故障检测和故障定位结果相互作用的方式，在故障定位阶段向故障检测阶段识别出的健康区域发送少量探针，向问题区域发送较多探针进行故障定位。这种探测技术能够极大程度减少探针使用数量，从而有效降低探测成本。Rish等人提出一种利用信息论的方法选择一组信息量最大的探针作为目标探针集的技术。Anuja和Tayal等人考虑在节点流量动态变化的网络中探针选择的问题。他们采用对链路赋予代表当前链路流量的权值，利用Dijkstra最短路径算法选择合适探针。Carmo等人讨论了在无线多跳网络中使用主动探测方案进行入侵检测的技术。探测站的选择也会影响探测效率和成本，因此有大量工作针对网络故障定位中探针集约简的探测站部署方法进行研究。但上述所提及的方法均基于网络节点与探针之间的依赖关系是完全确定的假设，而在实际NDE下是不适用的。