第1期 齐小刚，等：多层信息网络故障定位综述 ·47· 验概率等，这对于故障诊断是十分关键的。此 包的发送端和接收端。如果在探测路径发送端发 外，完全地监控所有底层网络和虚拟层网络是不 送的探测包可以被接收端接收，则表明该探测路 可行的，故障诊断必须依赖于不准确和不完全的 径是连通的，测试结果表示为“1”，即该探测路径 信息，这就导致了故障诊断的不确定性。 通过的节点都是正常的；反之，该探测路径是不 2)动态症状-故障因果关系。虚拟节点和链 连通的，测试结果表示为“0”，即该探测路径上至 路与底层节点映射的灵活性和动态性使得虚拟层 少存在一个故障节点。与被动监测相比，主动探 网络和底层网络的因果关系变得不可预测。在多 测中探测包的使用有助于NMS对于大量的网络 层网络中作为故障诊断基础的症状-故障因果关 故障事件反应更快、更精确，这与传统的被动接 系是动态和不可预测的。 收告警的方法有着极大不同。由于探测站配置和 3)多层故障。多层网络服务性能的下降可能 探测路径选择的过程可以控制，所以主动探测是 由于虚拟层或底层网络的部件故障引起的。由于 灵活的。 底层网络部件和虚拟层网络部件存在映射关系， 主动探测包括2种：预计划探测策略和适应 底层网络部件故障会导致对应的虚拟层网络部件 性探测策略。预计划探测策略首次由Brodie等例 故障。虚拟层网络部件和底层网络部件的映射关 提出，Brodie等解决的是单节点故障定位问题，通 系使得多层网络故障定位变得更加复杂。因此， 过使用依赖矩阵来解释探测选择问题，依赖矩阵 本文把虚拟层故障分为独立虚拟层故障和相关虚 D是r×矩阵，其中，r是网络中探测路径的数量， 拟层故障。在虚拟层网络中由于软件错误引起的 n是网络中节点的数量。如果探测P经过节点W;, 故障称为独立虚拟层故障。相关虚拟层故障是由 矩阵元素D(i,》=1,否则D(i,》=0。预计划探测 底层部件的故障而引起的虚拟层故障，如果底层 策略需要解决的问题是：如何在给定的网络拓扑 故障部件恢复正常了，相关虚拟层故障也就不存 中构建合适的探测路径，使得网络中的每条节点 在了。 发生故障时能够返回不同的测试结果。考虑花费 问题，尽量少地部署探测站和构造探测路径也 2多层网络探测信息获取策略 此类问题的考虑方向。然而，Brodie等使用的预 计划探测策略存在一些限制：只假设单个节点发 2.1被动监测策略 生故障，未考虑测试结果丢失、虚假测试结果以 被动监测策略通过在网络设备上放置监测代 及动态的探测路径等的影响。随后，Tapoleai等o1 理来监测网络。网络中的任意部件的故障将会由 采用预计划探测策略针对全光网络中的单链路和 监测代理产生告警，接着告警被NMS作为负面 多链路故障提出多种故障定位方法。然而，这些 症状来分析网络中故障部件的精确位置。由于NMS 方法只适用于小型网络。Xuan等山采用预计划 被动地等待监测代理发送告警，所以这种方法是 探测策略提出的算法解决了大型网络中多个链路 被动性的。与传统网络相比，多层网络不仅具有 故障定位问题。由于多层网络具有多层故障，且 底层网络还有抽象的虚拟层网络，因此多层网络 底层部件的故障会导致虚拟层部件的故障，多层 的被动监测可逐层进行，即分别在底层网络和虚 网络的预计划探测策略可逐层进行，即分别在底 拟层网络采用被动监测策略建立模型，以此来定 层网络和虚拟层网络采用预计划探测策略建立模 位出底层网络故障部件和虚拟层网络故障部件。 型。首先，在底层网络中采用预计划探测策略定 噪声的干扰会造成被动监测症状的丢失，或 位出底层故障部件。其次，对底层故障部件进行 虚假症状的存在，因此多层网络的被动监测策略 故障恢复，则相关虚拟故障部件也被恢复。最 面临着如何获得和保持准确信息的挑战，6-，因 后，在虚拟层网络中采用预计划探测策略来定位 为故障定位的准确性直接取决于所建模型中信息 出独立虚拟层故障。适应性探测策略的使用在文 的准确性。 献[9]中定义，由Natu等6进行了深入探究和 22主动探测策略 论述，并在此基础上提出了基于确定性模型以及 主动探测策略与被动监测不同，通过在多个 非确定性模型的适应性探测算法。在这种探测策 网络节点上配置探测站并沿着探测路径发送数据 略中，不是发送探测包来定位所有可能的故障， 包（探测包）来测量探测站节点之间（端到端）的 而是首先发送少量探测包来监测所有的网络部件 连通性以获取探测路径通过的网络部件的二进制 的状态。这些探测包可以监测是否有故障发生， 状态信息⑧。探测路径两端的探测站节点为探测 但不能够定位故障的确切位置。基于探测结果，验概率等，这对于故障诊断是十分关键的。此 外，完全地监控所有底层网络和虚拟层网络是不 可行的，故障诊断必须依赖于不准确和不完全的 信息，这就导致了故障诊断的不确定性。 2) 动态症状–故障因果关系。虚拟节点和链 路与底层节点映射的灵活性和动态性使得虚拟层 网络和底层网络的因果关系变得不可预测。在多 层网络中作为故障诊断基础的症状–故障因果关 系是动态和不可预测的。 3) 多层故障。多层网络服务性能的下降可能 由于虚拟层或底层网络的部件故障引起的。由于 底层网络部件和虚拟层网络部件存在映射关系， 底层网络部件故障会导致对应的虚拟层网络部件 故障。虚拟层网络部件和底层网络部件的映射关 系使得多层网络故障定位变得更加复杂。因此， 本文把虚拟层故障分为独立虚拟层故障和相关虚 拟层故障。在虚拟层网络中由于软件错误引起的 故障称为独立虚拟层故障。相关虚拟层故障是由 底层部件的故障而引起的虚拟层故障，如果底层 故障部件恢复正常了，相关虚拟层故障也就不存 在了。 2 多层网络探测信息获取策略 2.1 被动监测策略 被动监测策略通过在网络设备上放置监测代 理来监测网络。网络中的任意部件的故障将会由 监测代理产生告警，接着告警被 NMS 作为负面 症状来分析网络中故障部件的精确位置。由于 NMS 被动地等待监测代理发送告警，所以这种方法是 被动性的。与传统网络相比，多层网络不仅具有 底层网络还有抽象的虚拟层网络，因此多层网络 的被动监测可逐层进行，即分别在底层网络和虚 拟层网络采用被动监测策略建立模型，以此来定 位出底层网络故障部件和虚拟层网络故障部件。 噪声的干扰会造成被动监测症状的丢失，或 虚假症状的存在，因此多层网络的被动监测策略 面临着如何获得和保持准确信息的挑战 [1, 6-7] ，因 为故障定位的准确性直接取决于所建模型中信息 的准确性。 2.2 主动探测策略 主动探测策略与被动监测不同，通过在多个 网络节点上配置探测站并沿着探测路径发送数据 包 (探测包) 来测量探测站节点之间 (端到端) 的 连通性以获取探测路径通过的网络部件的二进制 状态信息[8]。探测路径两端的探测站节点为探测 包的发送端和接收端。如果在探测路径发送端发 送的探测包可以被接收端接收，则表明该探测路 径是连通的，测试结果表示为“1”，即该探测路径 通过的节点都是正常的；反之，该探测路径是不 连通的，测试结果表示为“0”，即该探测路径上至 少存在一个故障节点。与被动监测相比，主动探 测中探测包的使用有助于 NMS 对于大量的网络 故障事件反应更快、更精确，这与传统的被动接 收告警的方法有着极大不同。由于探测站配置和 探测路径选择的过程可以控制，所以主动探测是 灵活的。 r ×n r n Pi Nj D(i, j) = 1 D(i, j) = 0 主动探测包括 2 种：预计划探测策略和适应 性探测策略。预计划探测策略首次由 Brodie 等 [9] 提出，Brodie 等解决的是单节点故障定位问题，通 过使用依赖矩阵来解释探测选择问题，依赖矩阵 D 是 矩阵，其中， 是网络中探测路径的数量， 是网络中节点的数量。如果探测 经过节点 ， 矩阵元素 ，否则 。预计划探测 策略需要解决的问题是：如何在给定的网络拓扑 中构建合适的探测路径，使得网络中的每条节点 发生故障时能够返回不同的测试结果。考虑花费 问题，尽量少地部署探测站和构造探测路径也是 此类问题的考虑方向。然而，Brodie 等使用的预 计划探测策略存在一些限制：只假设单个节点发 生故障，未考虑测试结果丢失、虚假测试结果以 及动态的探测路径等的影响。随后，Tapolcai 等 [10-13] 采用预计划探测策略针对全光网络中的单链路和 多链路故障提出多种故障定位方法。然而，这些 方法只适用于小型网络。Xuan 等 [11]采用预计划 探测策略提出的算法解决了大型网络中多个链路 故障定位问题。由于多层网络具有多层故障，且 底层部件的故障会导致虚拟层部件的故障，多层 网络的预计划探测策略可逐层进行，即分别在底 层网络和虚拟层网络采用预计划探测策略建立模 型。首先，在底层网络中采用预计划探测策略定 位出底层故障部件。其次，对底层故障部件进行 故障恢复，则相关虚拟故障部件也被恢复。最 后，在虚拟层网络中采用预计划探测策略来定位 出独立虚拟层故障。适应性探测策略的使用在文 献[9]中定义，由 Natu 等 [6, 13-14]进行了深入探究和 论述，并在此基础上提出了基于确定性模型以及 非确定性模型的适应性探测算法。在这种探测策 略中，不是发送探测包来定位所有可能的故障， 而是首先发送少量探测包来监测所有的网络部件 的状态。这些探测包可以监测是否有故障发生， 但不能够定位故障的确切位置。基于探测结果， 第 1 期 齐小刚，等：多层信息网络故障定位综述 ·47·