[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

本發明公開了一種基于復雜網絡模型的故障傳播路徑仿真方法，屬于故障傳播與故障定位領域，該方法包括：將復雜系統中各組成單元抽象為網絡節點，根據節點與節點之間的通信關系構造出復雜網絡模型；通過隨機故障注入進行網絡故障仿真；統計故障傳播路徑并排序，輔助故障定位。本發明通過隨機故障注入進行網絡故障仿真獲得故障路徑，不需要大量的實測數據，應用范圍廣，能夠顯著提高故障診斷的準確性和效率。

技術領域

本發明涉及故障傳播與故障定位技術，特別是一種基于復雜網絡模型的故障傳播路徑仿真方法。

背景技術

復雜系統往往由大量組成單元相互集成、耦合而成。各個局部子系統的開發過程、體系結構、軟硬件平臺等往往是異構的，導致復雜軟件系統內的故障行為復雜多樣，故障傳播行為以及失效的原因具有明顯的不確定性。復雜系統中，一個非關鍵組件失效是如何引起其他關鍵組件失效甚至引起系統失效的，復雜系統中的故障如何傳播并引發系統失效，如何定位復雜系統失效的原因成為了目前的研究熱點。而大型復雜系統的動態變化特性對系統失效機理的研究提出了新的挑戰。

針對故障傳播機理的研究主要有兩大研究方向，一種認為系統的體系結構決定了故障傳播行為，即同樣的故障在不同體系結構的軟件系統中會演化為不同類型或不同嚴重級別的系統失效。這種觀點將故障傳播的研究建立在系統結構分析的基礎上，因此這些學者將故障傳播的研究重點集中在故障在體系結構內傳播的規律上。Popic P建立了考慮故障傳播的貝葉斯可靠性預測擴展模型。他們認為故障傳播概率是軟件體系結構的一個重要的結構參數。Thanh-Trung Pham在考慮失效概率和故障傳播概率的基礎上，求解轉換后的模型的概率信息，從而實現在不同的控制流結構上充分考慮故障傳播的不同影響，建立了馬爾科夫可靠性預測模型，將故障傳播概率定義為一個組件內的故障傳播到其他組件的可能性。馬凱在研究中提出了一種基于故障傳播的故障定位方法，結合了基于執行覆蓋以及基于依賴關系的兩種故障定位方法，同時考慮故障傳播對定位的影響。另一種觀點認為不同類型的系統故障具有不同的特征，繼而會演化為不同類型的系統失效，即不同的故障在同樣的系統內其故障傳播行為規律不同，故障的類型決定了傳播的行為，因此這些學者將故障傳播重點集中在對故障特性的研究上。按照故障的來源，可以將故障類型分為硬件故障和軟件故障。M.Hiller團隊重點對數據錯誤的相關規律進行了研究，他們使用故障注入的方法，在模塊的輸入信號中注入故障并記錄該模塊的輸出，比較無故障的軟件運行情況以及注入故障后的軟件運行情況，追蹤故障傳播的路徑，分析模塊化軟件中數據錯誤的傳播；A.Johansson和N.Suri研究了內核和設備驅動程序之間的故障傳播，通過故障注入方式在不同的內核棧層次中注入故障，獲取不同故障模式。Rashid L研究了間歇性硬件錯誤在軟件內的傳播規律。解答了哪一部分間歇性故障會導致程序崩潰；而可以導致程序崩潰的故障在程序崩潰之前是如何在程序內傳播的。

然而，目前的研究對系統體系結構的描述或建模不夠準確，更缺少本發明中基于復雜系統中節點間依賴關系及故障傳播對故障傳播特性的研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適應于復雜系統的故障傳播仿真方法，根據復雜系統中節點與節點之間的輸入輸出依賴關系將復雜系統抽象為一個二元復雜網絡圖，然后對復雜網絡模型進行故障傳播仿真試驗，獲取故障傳播路徑及次數。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于復雜網絡模型的故障傳播路徑仿真方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、將復雜系統抽象為復雜網絡模型；

步驟2、計算復雜網絡模型中節點之間的故障傳播概率；

步驟3，對復雜網絡模型進行故障仿真；

步驟4、統計故障傳播路徑并排序，輔助故障定位。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：