第1期 齐小刚，等：多层信息网络故障定位综述 ·53· 障定位、计算后验概率和执行更新。算法的步骤 考察与验证状态或节点之间的独立性，建立面向 如下。 实际网络的通用故障定位技术，提高故障定位算 1)时间信息处理。假设时间片1的模型 法的运行速度和准确性，将成为本研究领域的核 为FoM(F,S,PF,Ps),时间片2的模型为 心问题。 FDM2(F2,S2,PF2,PF2s2),最终合成的期望模型为 5开放性研究问题和未来研究方向 FDM(Fi Si PFi PFuSi) 2)噪声处理。去除噪声共分为2个步骤：先 综合上述分析，现有故障定位技术相关研究 根据症状与故障之间的关系，过滤掉虚假故障： 的不足和亟待进一步研究解决的问题如下。 再根据症状之间的关系，过滤掉被动症状。 1)现有的故障定位模型对于资源映射特性的 3)诊断算法。通过分析观测到的症状S。.,找 考虑有待完善，研究虚拟网络的故障定位模型还 出一系列可能解释当前症状的假设集合（一组 非常有限。已有的研究工作仍然缺乏对信息获取 故障的集合)，通过计算假设集合的信度B(H,S), 和模型建立过程的研究。由于信息获取的复杂性 输出信度最大的一个或者多个假设的集合作为最 以及与之相关的诸多问题，建立精确的网络模型 终定位结果。 被认为是一个独立的过程，而且大多数的研究方 4)计算后验概率和执行更新。为了提高动态 案假设上述模型是事先存在的。随着新的网络环 环境下的故障诊断算法性能，在每个时间片诊断 境部署，在很长一段时间内，已有的或遗存的网 结束后，修正每个时间窗口内的先验故障概率。 络环境仍然会与新技术共存，网络管理方案应该 对于每一个故障节点，使用贝叶斯公式计算其后 能够管理网络的异构性。此外，基于网络的服务 验概率，利用后验概率和传播概率，更新当前节 通常会穿越已有的或新的网络、物理的或虚拟的 点故障的概率，将本次计算结果作为下一个时间 网络部件，因此异构网络部件的共存需要从端到 片的先验概率，然后进入下一个时间片继续处理。 端的角度实现网管系统的无缝管理。 使用动态贝叶斯模型的故障诊断方法面临的 2)网络的动态性、探测效率、探测代价、网络 挑战如下。 开销等约束关系难以权衡，研究高动态网络特性 1)故障探测中考虑时间信息处理的动态贝叶 的故障探测信息获取技术仍然是一个空白区域。 斯模型计算复杂度高。使用基于时间信息处理的 使用探测来诊断网络需要在网络中的一个或多个 动态贝叶斯模型在时间片内是静态贝叶斯网络模 位置上放置探测站，接着选择探测瞄准不同的网 型。这种方法可以处理各种不同的动态系统，但 络节点和链路。探测站需要探测编码的安装、操 是静态贝叶斯网络模型本身的复杂度会增加动态 作、维护，探测包的发送需要额外的网络流量花 贝叶斯网络模型的计算复杂度。 费以及收集、存储和分析测试结果，探测站和探 2)故障诊断精度不高的问题。在DBN模型 测路径的部署增加了网络管理的花费。未来的可 中，可以拆分故障节点为独立的簇来减少诊断时 行方法是优化探测站的选择和探测路径数量的设 间和进行推断。然而簇的使用降低了故障诊断的 定并最小化监测花费，提出综合考虑探测效率 精度。 探测代价的探测信息获取技术。为了适应基础设 3)网络虚拟化的动态性特点容易造成网络模 施的频繁变化，有必要建立基于预测思想的下 型知识不准确、网络信息传输时噪声增大等问 代网络管理系统。该系统不仅具有检测和定位的 题，给故障诊断带来挑战。 功能，还应当从最近的网络部件状态信息中捕捉 可以看出，现有工作在研究面向高动态网络 和预防故障的发生，提供更好的网络稳定性和服 的故障管理与定位方面充分考虑了状态的迁移、 务交付，以及网络管理（如资源提供、监控、分析 故障节点间的条件独立性、网络的规模和时间复 与通知等)一体化解决方案。 杂度等方面。然而，过于复杂的定位技术在实际 3)现有的故障定位中的独立性假设较强，设 的网络管理和故障定位中并不具备通用性，并且 计面向不同定位需求的通用故障定位算法仍然充 已有方法均基于探测到的故障信息和事先收集的 满挑战。近年来，虽然已经出现了多种近似的解 症状-故障关系以及假定网络状态或故障节点之 决方案，但权衡网络故障诊断准确性和网络控制 间是独立的，而这些与实际信息网络的状态累积 开销仍然是一个挑战性的问题。目前为止，还没 (如拥塞导致的故障)和网络互联（如网络中存在 有直接的证据证明网络状态前后之间或故障节点 的数据流)的本质有些是不相符的。因此，重新 之间的独立性假设的合理性，更没有建立面向实障定位、计算后验概率和执行更新。算法的步骤 如下。 FDM1 ( Fi,1,S i,1,PFi,1,PFi,1,S i,1 ) FDM2 ( Fi,2,S i,2,PFi,2,PFi,2,S i,2 ) FDM ( Fi,t ,S i,t ,PFi,t ,PFi,t,S i,t ) 1 ) 时间信息处理。假设时间 片 1 的模型 为 ，时间 片 2 的模型为 ，最终合成的期望模型为 。 2) 噪声处理。去除噪声共分为 2 个步骤：先 根据症状与故障之间的关系，过滤掉虚假故障； 再根据症状之间的关系，过滤掉被动症状。 H t i B ( H t i ,S o,t ) 3) 诊断算法。通过分析观测到的症状 So，t，找 出一系列可能解释当前症状的假设集合 (一组 故障的集合)，通过计算假设集合的信度 ， 输出信度最大的一个或者多个假设的集合作为最 终定位结果。 4) 计算后验概率和执行更新。为了提高动态 环境下的故障诊断算法性能，在每个时间片诊断 结束后，修正每个时间窗口内的先验故障概率。 对于每一个故障节点，使用贝叶斯公式计算其后 验概率，利用后验概率和传播概率，更新当前节 点故障的概率，将本次计算结果作为下一个时间 片的先验概率，然后进入下一个时间片继续处理。 使用动态贝叶斯模型的故障诊断方法面临的 挑战如下。 1) 故障探测中考虑时间信息处理的动态贝叶 斯模型计算复杂度高。使用基于时间信息处理的 动态贝叶斯模型在时间片内是静态贝叶斯网络模 型。这种方法可以处理各种不同的动态系统，但 是静态贝叶斯网络模型本身的复杂度会增加动态 贝叶斯网络模型的计算复杂度。 2) 故障诊断精度不高的问题。在 DBN 模型 中，可以拆分故障节点为独立的簇来减少诊断时 间和进行推断。然而簇的使用降低了故障诊断的 精度。 3) 网络虚拟化的动态性特点容易造成网络模 型知识不准确、网络信息传输时噪声增大等问 题，给故障诊断带来挑战。 可以看出，现有工作在研究面向高动态网络 的故障管理与定位方面充分考虑了状态的迁移、 故障节点间的条件独立性、网络的规模和时间复 杂度等方面。然而，过于复杂的定位技术在实际 的网络管理和故障定位中并不具备通用性，并且 已有方法均基于探测到的故障信息和事先收集的 症状–故障关系以及假定网络状态或故障节点之 间是独立的，而这些与实际信息网络的状态累积 (如拥塞导致的故障) 和网络互联 (如网络中存在 的数据流) 的本质有些是不相符的。因此，重新 考察与验证状态或节点之间的独立性，建立面向 实际网络的通用故障定位技术，提高故障定位算 法的运行速度和准确性，将成为本研究领域的核 心问题。 5 开放性研究问题和未来研究方向 综合上述分析，现有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如下。 1) 现有的故障定位模型对于资源映射特性的 考虑有待完善，研究虚拟网络的故障定位模型还 非常有限。已有的研究工作仍然缺乏对信息获取 和模型建立过程的研究。由于信息获取的复杂性 以及与之相关的诸多问题，建立精确的网络模型 被认为是一个独立的过程，而且大多数的研究方 案假设上述模型是事先存在的。随着新的网络环 境部署，在很长一段时间内，已有的或遗存的网 络环境仍然会与新技术共存，网络管理方案应该 能够管理网络的异构性。此外，基于网络的服务 通常会穿越已有的或新的网络、物理的或虚拟的 网络部件，因此异构网络部件的共存需要从端到 端的角度实现网管系统的无缝管理。 2) 网络的动态性、探测效率、探测代价、网络 开销等约束关系难以权衡，研究高动态网络特性 的故障探测信息获取技术仍然是一个空白区域。 使用探测来诊断网络需要在网络中的一个或多个 位置上放置探测站，接着选择探测瞄准不同的网 络节点和链路。探测站需要探测编码的安装、操 作、维护，探测包的发送需要额外的网络流量花 费以及收集、存储和分析测试结果，探测站和探 测路径的部署增加了网络管理的花费。未来的可 行方法是优化探测站的选择和探测路径数量的设 定并最小化监测花费，提出综合考虑探测效率、 探测代价的探测信息获取技术。为了适应基础设 施的频繁变化，有必要建立基于预测思想的下一 代网络管理系统。该系统不仅具有检测和定位的 功能，还应当从最近的网络部件状态信息中捕捉 和预防故障的发生，提供更好的网络稳定性和服 务交付，以及网络管理 (如资源提供、监控、分析 与通知等) 一体化解决方案。 3) 现有的故障定位中的独立性假设较强，设 计面向不同定位需求的通用故障定位算法仍然充 满挑战。近年来，虽然已经出现了多种近似的解 决方案，但权衡网络故障诊断准确性和网络控制 开销仍然是一个挑战性的问题。目前为止，还没 有直接的证据证明网络状态前后之间或故障节点 之间的独立性假设的合理性，更没有建立面向实 第 1 期 齐小刚，等：多层信息网络故障定位综述 ·53·