[發明專利]基于復雜網絡模型的故障傳播路徑仿真方法

有效

• 申請號: 201811218311.X
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109597752B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 楊召;方建勇;王麗;姜婷婷;黃沈;李吟;楊錫森;江涌濤;羅環環;苗壯
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一六研究所
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于復雜網絡模型的故障傳播路徑仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將復雜系統抽象為復雜網絡模型；具體為：

將復雜系統抽象為一個二元復雜網絡圖，記為G＝(N,P^N,E)，N和P^N代表網絡圖中的兩類節點，E代表網絡圖中的邊；

其中，N＝{P^N}＝{(I^N,O^N)}，是復雜系統的基本組成單位；P^N代表節點N中的所有接口，I^N是N的輸入變量，O^N是N的輸出變量；

E_MN代表在P^M和P^N之間的依賴關系，對應網絡圖中P^M和P^N之間的連邊，而節點M和節點N之間的接口關系{E_MN}為P^M和P^N之間的依賴關系的集合；

在構造復雜網絡模型中M和N之間依賴關系的具體過程為：

(1)初始化{E_MN}；

(2)從M的接口集合{P^M₁,…,P^M_T}中取出一個接口P^M_t，其對應的輸入、輸出消息分別為I^M_t、O^M_t；

(3)從N的接口集合{P^N₁,…,P^N_K}中取出一個接口P^N_k，其對應的輸入、輸出消息分別為I^N_k、O^N_k，若存在I^M_t＝O^N_k，則說明P^M_t依賴于P^N_k，將依賴關系P^N_k,P^M_t加入{E_MN}；若存在O^M_t＝I^N_k，則說明P^N_k依賴于P^M_t，將依賴關系P^M_t,P^N_k加入{E_MN}；而P^N_k,P^M_t＝P^M_t,P^N_k并不恒成立，即依賴關系是有向的；

(4)循環步驟(3)直至N中所有的P^N_k都被遍歷；

(5)循環步驟(2)至步驟(4)直至M中所有的P^M_t都被遍歷；

至此，得到M和N之間依賴關系；

步驟2、計算復雜網絡模型中節點之間的故障傳播概率；具體為：

假設N的第k個接口P^N_k依賴于M的第t個P^M_t，即有P^M_t,P^N_k，則當M發生故障時，故障通過依賴關系P^M_t,P^N_k傳播給N的概率為：

Pr(P^M_tP^N_k)＝Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}*Pr{N發生故障|P^N_k輸入錯誤}

其中，Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}為節點M發生故障導致其第t個操作P^M_t輸出消息錯誤的條件概率；Pr{N發生故障|P^N_k輸入錯誤}為節點N的第k個操作P^N_k的輸入消息錯誤導致N發生故障的條件概率；

計算Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}的過程為：

(1)M共有T個接口，分別為{P^M₁,…,P^M_T}，將Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}初始化為1/T；記P^M_t的前序節點集合，即P^M_t所依賴的節點集合為{preP_i}；

(2)從{preP_i}中依次取出preP_i，若preP_i∈{P^M₁,…,P^M_T}，即preP_i與P^M_t同屬于M，則有：

Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}+＝Pr{preP_i|M發生故障}

(3)重復步驟(2)即可求得Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}；

在步驟(2)中，當preP_i屬于M時，若preP_i的前序節點不屬于M，則有Pr{preP_i|M發生故障}＝1/T；若preP_i的前序節點屬于M，則Pr{preP_i|M發生故障}的計算方法與Pr{P^M_t輸出錯誤|M發生故障}相同，即重復步驟(1)、(2)(3)；

計算Pr{N發生故障|P^N_k輸入錯誤}的過程為：

(1)N共有K個接口，分別為{P^N₁,…,P^N_K}，將Pr{N發生故障|P^N_k輸入錯誤}初始化為1/K；記P^N_k的后續節點集合，即依賴于P^N_k的節點集合為{oprP_i}；

(2)從{oprP_i}中依次取出oprP_i，若oprP_i∈{P^N₁,…,P^N_K}，即oprP_i與P^N_k同屬于節點N，則有：

Pr{N發生故障|P^N_k輸入錯誤}+＝Pr{N發生故障|oprP_i輸入錯誤}

(3)重復步驟(2)即可求得Pr{N發生故障|oprP_i輸入錯誤}；

在步驟(2)中，當oprP_i屬于N時，若oprP_i的后序節點不屬于N，則有Pr{N發生故障|oprP_i輸入錯誤}＝1/K；若oprP_i的后序節點屬于N，則Pr{N發生故障|oprP_i輸入錯誤}的計算方法與Pr{N發生故障|P^N_k輸入錯誤}相同，即重復步驟(1)、(2)(3)；

步驟3，對復雜網絡模型進行故障仿真；具體為：

記復雜系統故障仿真總次數為ξ，一次網絡故障仿真過程是選擇某節點作為故障源，通過仿真獲得該故障所影響到的節點數，記第i次仿真得到的故障節點數為n_i，具體過程為：

(1)將n_i初始化為1；

(2)記故障源為節點M，節點N依賴于節點M且存在依賴關系P^M_t,P^N_k，傳播概率為Pr(P^M_tP^N_k)；

使用計算機生成一個[0,1]之間的隨機數η，若η∈[0,Pr(P^M_tP^N_k)]，則節點N發生故障，且有n_i＝n_i+1并以N為故障源重復當前步驟(2)；若則仿真結束，記故障傳播路徑為M(M,N,...E)；

(3)循環遍歷所有依賴于節點M的節點；

(4)循環仿真直至仿真次數達到ξ；

步驟4、統計故障傳播路徑并排序，輔助故障定位。