[發明專利]一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法

有效

• 申請號: 201910405979.3
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110213087B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 李大慶;姚安卓;孫鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提供一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法，步驟有：步驟A：構建多模式下的動態多層耦合網絡；步驟B：定位復雜系統故障時段；步驟C：定位復雜系統故障節點。本發明針對傳統可靠性分析手段常應用于單故障源頭、靜態分析的場景，在難以對具有動態傳播、級聯失效、多元故障、不確定性等特點的復雜系統實現故障定位的難點，運用復雜網絡理論提出了一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法，該方法無需計算對比所有節點特征信息，可較少占用計算機算力的前提下快速地定位復雜系統的故障節點，具有良好的實際應用價值。

技術領域

本發明提出了一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法，它涉及一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法，屬于復雜性科學領域和可靠性技術領域。

背景技術

21世紀以來，以互聯網為首的信息科學的進步在帶動了世界工業與經濟水平的快速發展的同時也給系統科學與系統工程帶來了沖擊。傳統的簡單系統無法解決日益多元化的應用需求，嵌入式技術、物聯網、人工智能等新興技術在大幅度提升系統性能的同時使得系統結構變得越來越復雜。以信息物理系統為例，其系統內部結構的信息層、物理層、網絡層、決策層存在多層次非線性耦合關系，系統內部動態運行時存在功能涌現。當復雜系統發生失效時，其日益復雜的拓撲結構與非線性耦合的動力學特性使得故障具有動態傳播、級聯失效、多元故障等特點，如軟硬件綜合系統其失效模式常常為軟硬件多元耦合失效、智能電網在單節點故障后故障隨負載發生級聯失效等等，且由于耦合故障的復雜性使即使執行相同測試用例時，復雜系統的故障也具有不確定性。而傳統的可靠性分析手段常應用于單故障源頭、靜態分析的場景，對于這些機理復雜、結構耦合的故障類型使采用傳統可靠性方法難以有效地實現故障定位分析，如何實現復雜系統故障定位成為一個亟待解決的問題。

復雜網絡理論作為一種抽象描述復雜系統整體結構與系統內部個體間交互規律的模型方法，對于解決這個問題提供了一種新的解決思路。基于復雜網絡理論的動態多層耦合網絡是對復雜系統內部不同層次的動態運行機制的抽象模型，其形式為一組時間切片下的靜態多層耦合網絡的集合，靜態多層耦合網絡由多個單層網絡以及單層網絡間的耦合邊集組成。相比于傳統可靠性模型，該模型可以更真實反應復雜系統正常運行以及故障運行情況下系統內部動態演化機理，結合網絡模型的統計指標，可以更高效地分析故障傳播路徑、探究級聯失效機理、實現多故障源定位等可靠性分析與提升任務。

本發明針對于以上的問題提出了一種有效的解決方案。本方案主要對如何對復雜系統的故障定位問題提出了一套解決方案，首先執行高故障概率的測試用例，分別建立復雜系統正常與故障的動態耦合網絡模型，然后基于復雜網絡統計指標實現復雜系統故障粗略定位，定位復雜系統發生性能降級甚至崩潰的時間段，然后實現該時間段下的復雜系統故障精細定位，通過依次分析該時間段內各個時間切片下靜態多層耦合網絡中統計指標突變的節點，最終實現復雜系統的故障定位。本發明采用的基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法，解決了運用傳統可靠性分析手段難以實現對復雜系統的動態傳播、級聯失效、多元故障等復雜故障進行定位的問題。

發明內容

本發明主要提供一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法。傳統可靠性分析手段常應用于單故障源頭、靜態分析的場景，在實現具有動態傳播、級聯失效、多元故障、不確定性等特點的復雜系統故障定位任務時存在局限性，難以實現故障定位分析。于是我們提出一種基于復雜網絡理論可以有效實現復雜系統故障定位的方法。

針對以上的技術問題以及本發明的目的，本文提出了一種基于動態多層耦合網絡的復雜系統故障定位方法，方案包括如下部分：

(一)發明目的