[發(fā)明專利]一種基于變點(diǎn)小波法的硬盤失效分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110415523.2
• 申請日: 2021-04-18
• 公開（公告）號: CN113157506B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李肖堅(jiān);王海蘭;張佳佳;楊昊澎;廖富;梁煌
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號: G06F11/22
• 分類號: G06F11/22
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 冀學(xué)軍

1.一種基于變點(diǎn)小波法的硬盤失效分析方法，其特征在于包括有下列步驟：

步驟一，讀取硬盤運(yùn)行狀況日志；

從存儲服務(wù)器的硬盤中讀取多個(gè)硬盤運(yùn)行狀況的多條日志，形成日志集合，記為DLOG；對日志集合DLOG按照日志采集時(shí)間先后進(jìn)行排序，得到待處理－日志集合D_Log＝{Log₁,Log₂,…,Log_i,…,Log_j,…,Log_y,…,Log_z}；

Log₁表示第一條待處理－日志；

Log₂表示第二條待處理－日志；

Log_i表示第i條待處理－日志；

Log_j表示第j條待處理－日志；

Log_y表示第y條待處理－日志；

Log_z表示第z條待處理－日志；

Log_i、Log_j、Log_y和Log_z為不同的待處理－日志；

步驟二，依據(jù)硬盤序列號選取出屬于同一硬盤中的日志；

依據(jù)硬盤序列號serial_number從步驟一的待處理－日志集合D_Log＝{Log₁,Log₂,…,Log_i,…,Log_j,…,Log_y,…,Log_z}中選取出屬于同一硬盤的日志，記為待處理－同硬盤－日志集合D_Log^HD，且

表示待處理－同硬盤－第一條日志；

表示待處理－同硬盤－第二條日志；

表示待處理－同硬盤－第i條日志；

表示待處理－同硬盤－第j條日志；

表示待處理－同硬盤－第y條日志；

表示待處理－同硬盤－第z條日志；

硬盤集合記為HD＝{hd₁,hd₂,…,hd_A}；hd₁表示第一個(gè)硬盤；hd₂表示第二個(gè)硬盤；hd_A表示最后一個(gè)硬盤；

步驟三，時(shí)序化同一硬盤上的硬盤運(yùn)行狀況日志；

步驟301，將256個(gè)硬盤運(yùn)行狀態(tài)smart特征賦值到各個(gè)日志上；

每一個(gè)硬盤運(yùn)行日志Log的信息會被記錄于硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征中的某一個(gè)smart特征或者多個(gè)smart特征中；由于硬盤運(yùn)行狀態(tài)smart特征SMART＝{smart_1,smart_2,…,smart_255,smart_256}，則有：待處理－同硬盤－第i條日志攜帶的硬盤運(yùn)行狀態(tài)smart特征，記為同硬盤－smart特征的第i條日志

表示日志攜帶了硬盤的原始數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤率smart_1特征；

表示日志攜帶了硬盤的讀寫性能smart_2特征；

表示日志攜帶了硬盤的讀取錯(cuò)誤重試率smart_255特征；

表示日志攜帶了硬盤的自動跌落保護(hù)記錄smart_256特征；

步驟302，對攜帶smart特征的日志進(jìn)行行列變換，得到時(shí)序化變換日志；

依據(jù)日志生成時(shí)間date的先后對對同硬盤－smart特征日志進(jìn)行排序，然后進(jìn)行行列變換處理，得到時(shí)序化－日志集合SMART^HD，記為：

簡化所述時(shí)序化－日志集合為

表示日志的任意一個(gè)smart特征；

表示日志的任意一個(gè)smart特征；

表示日志的任意一個(gè)smart特征；

表示日志的任意一個(gè)smart特征；

表示日志的任意一個(gè)smart特征；

表示日志的任意一個(gè)smart特征；

步驟四，同硬盤有效特征獲取；

設(shè)置了2個(gè)檢測規(guī)則，分別為硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅰ和硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ；

待處理－同硬盤－第i條日志的硬盤運(yùn)行狀態(tài)smart特征的特征方差，記為

硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅰ

檢測所述時(shí)序化－日志集合為的值是否都為空；

如果都為空，則認(rèn)為所述SMART^HD沒提供smart特征信息，對硬盤失效分析沒有貢獻(xiàn)，則需要放棄所述SMART^HD；

如果為非空，保留所述SMART^HD，并將SMART^HD記為時(shí)序化－有效日志集合則有

硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ

在時(shí)序化－有效日志集合中，如果的特征方差則認(rèn)為所述是常量，對硬盤失效分析沒有貢獻(xiàn)，需要放棄中對應(yīng)的序列，得到空序列－時(shí)序化－有效日志集合

在時(shí)序化－有效日志集合中，如果的特征方差則認(rèn)為所述的值為變化量，能夠?yàn)橛脖P失效分析提供貢獻(xiàn)，保留中對應(yīng)的序列，同時(shí)時(shí)序化－有效日志集合不變化；

步驟401，判斷同硬盤上的日志的smart特征是否全為空；

采用硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅰ遍歷步驟三得到的時(shí)序化－日志集合SMART^HD中256個(gè)smart特征；

如果都為空，則認(rèn)為所述SMART^HD沒提供smart特征信息，對硬盤失效分析沒有貢獻(xiàn)，則需要放棄所述SMART^HD；

如果為非空，保留所述SMART^HD，并將SMART^HD記為時(shí)序化－有效日志集合則有：

步驟402，對時(shí)序化－有效日志進(jìn)行方差判斷；

待處理－同硬盤－第i條日志的硬盤運(yùn)行狀態(tài)smart特征的特征方差，記為

采用硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ遍歷時(shí)序化－有效日志集合特征方差；

如果特征方差則認(rèn)為所述是常量，對硬盤失效分析沒有貢獻(xiàn)，需要放棄時(shí)序化－有效日志集合中對應(yīng)的序列，得到空序列－時(shí)序化－有效日志集合執(zhí)行步驟501；

如果特征方差則認(rèn)為所述的值為變化量，能夠?yàn)橛脖P失效分析提供貢獻(xiàn)，保留時(shí)序化－有效日志集合中對應(yīng)的序列，同時(shí)時(shí)序化－有效日志集合不變化；執(zhí)行步驟501；

步驟五，填充硬盤運(yùn)行狀況日志的空缺值；

由于硬盤運(yùn)行和采集記錄的設(shè)備不穩(wěn)定或者其他因素，導(dǎo)致采集到的硬盤運(yùn)行狀況日志不是按日志生成時(shí)間date連續(xù)采樣，故需要對存在空缺的所述date進(jìn)行時(shí)間連續(xù)的日志補(bǔ)缺硬盤運(yùn)行狀況日志；由同硬盤－規(guī)則II－日志集合得到同硬盤－補(bǔ)缺－日志集合

表示日志Log₁經(jīng)硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ處理的日志；

表示日志Log₂經(jīng)硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ處理的日志；

表示日志Log_i經(jīng)硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ處理的日志；

表示日志Log_j經(jīng)硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ處理的日志；

表示日志Log_y經(jīng)硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ處理的日志；

表示日志Log_z經(jīng)硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征判斷規(guī)則Ⅱ處理的日志；

表示需要補(bǔ)缺的第一條日志；

表示需要補(bǔ)缺的第二條日志；

表示需要補(bǔ)缺的第i條日志；

表示需要補(bǔ)缺的第j條日志；

表示需要補(bǔ)缺的第y條日志；

表示需要補(bǔ)缺的第z條日志；

步驟501，檢測日志生成時(shí)間；

對同硬盤－規(guī)則II－日志集合進(jìn)行日志生成時(shí)間date^HD_Ⅱ檢測，若所述日志沒有出現(xiàn)日志生成時(shí)間date^HD_Ⅱ，但該條日志中包括的信息項(xiàng)：硬盤序列號serial_number、硬盤型號model、硬盤內(nèi)存容量capacity_bytes和硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征SMART，至少存在一個(gè)信息項(xiàng)有空缺值，則說明該日志的內(nèi)容信息項(xiàng)出現(xiàn)了空缺的信息項(xiàng)，需要進(jìn)行該日志的信息項(xiàng)補(bǔ)缺；若所述日志生成時(shí)間date^HD_Ⅱ存在間隔則說明出現(xiàn)了空缺的日志，需要進(jìn)行日志補(bǔ)缺；若所述日志生成時(shí)間date為連續(xù)date^HD_Ⅱ的，則說明日志是連續(xù)采樣的；

步驟502，插入空缺日志；

經(jīng)步驟501檢測出需進(jìn)行信息項(xiàng)補(bǔ)缺或日志補(bǔ)缺的硬盤DL^HD_Ⅱ，DL^HD_Ⅱ中待處理的日志記為首先根據(jù)時(shí)間間隔找到時(shí)間間隔的前一時(shí)間對應(yīng)的硬盤日志然后找到時(shí)間間隔的后一時(shí)間對應(yīng)的日志其次對所述與的非數(shù)值化信息：硬盤序列號serial_number^HD_Ⅱ、硬盤型號model^HD_Ⅱ，因?yàn)橥粋€(gè)硬盤不同日志生成時(shí)間的日志中硬盤序列號serial_number、硬盤型號model分別對應(yīng)相等，因此待處理日志的非數(shù)值化信息：硬盤序列號serial_number^HD_Ⅱ、硬盤型號model^HD_Ⅱ，與所述與的非數(shù)值化信息是一致的；對所述與中包括的數(shù)值化信息：硬盤已用內(nèi)存容量capacity_bytes^HD_Ⅱ和對硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征SMART^HD_Ⅱ，依次計(jì)算所述與的平均值，作為缺失日志已用內(nèi)存容量的值，所述與的平均值，作為缺失日志硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征的值；即插入的缺失日志形式化表述如下：

其中，

k∈[1,4,5,7,9,12,183,184,187,188,189,190,192,193,194,197,198,199,240,241,242]；

為了直觀的顯示在對硬盤日志填充值的效果，采用二維直角坐標(biāo)系展示了填充所述特征值后的硬盤日志

步驟六，歸一化硬盤運(yùn)行狀況日志；

由于硬盤運(yùn)行日志中包括的內(nèi)容信息，日志生成時(shí)間date、硬盤序列號serial_number、硬盤型號model、硬盤內(nèi)存容量capacity_bytes和硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征SMART具有不同的量綱；

對硬盤運(yùn)行日志進(jìn)行歸一化，對同硬盤－補(bǔ)缺-日志集合歸一化，得到同硬盤－歸一化－日志集合，記為且

對需要補(bǔ)缺的第一條日志歸一化后，記為

對需要補(bǔ)缺的第二條日志歸一化后，記為

對需要補(bǔ)缺的第i條日志歸一化后，記為

對需要補(bǔ)缺的第j條日志歸一化后，記為

對需要補(bǔ)缺的第y條日志歸一化后，記為

對需要補(bǔ)缺的第z條日志歸一化后，記為

所述同硬盤－補(bǔ)缺-日志集合D_Log^HD_fill中的硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征SMART^HD_fill內(nèi)含21個(gè)smart_k^HD_fill特征的值序列，記為：

其中

所述同硬盤－補(bǔ)缺-日志集合D_Log^HD_fill中的硬盤已用內(nèi)存容量capacity_bytes^HD_fill特征的值序列，記為：

歸一化方法是指對所述21個(gè)smart_k^HD_fill特征的值序列、硬盤已用內(nèi)存容量capacity_bytes^HD_fill的值序列，分別求其歸一化值，歸一化后取值范圍為0～1，而對非數(shù)值化的采集時(shí)間data^HD_fill、硬盤序列號serial_number^HD_fill、硬盤型號model^HD_fill歸一化后字段內(nèi)容不變；

歸一化的描述為：

表示歸一化映射，從同硬盤－補(bǔ)缺-日志集合映射為同硬盤－歸一化－日志集合；

X′表示同硬盤－補(bǔ)缺-日志集合DL^HD_fill，所述日志集合含有采集時(shí)間data^HD_fill、硬盤序列號serial_number^HD_fill、硬盤型號model^HD_fill硬盤、已用內(nèi)存容量capacity_bytes^HD_fill和smart_k^HD_fill特征的值序列；

Y′表示同硬盤－歸一化－日志集合所述日志集合含采集時(shí)間硬盤序列號硬盤型號硬盤、已用內(nèi)存容量和特征的值序列；

步驟七，小波變換硬盤運(yùn)行狀況日志；

采用離散小波變換方法，其時(shí)域平移因子與頻域伸縮因子都可以改變，在時(shí)域和頻域上都具有提取信號局部特征的能力；

硬盤運(yùn)行狀況的突變蘊(yùn)含硬盤失效的重要信息，是硬盤失效表現(xiàn)的重要特征之一；小波變換能夠把信號分解為一系列不同頻率分量的信號，其中高頻信號蘊(yùn)含著突變點(diǎn)和不規(guī)則的突變部分；把硬盤運(yùn)行狀況的時(shí)序特征看作是信號，從時(shí)頻域角度分析硬盤時(shí)序特征的變點(diǎn)小波來表征硬盤失效；為了便于找到硬盤運(yùn)行狀況的突變點(diǎn)，對該硬盤運(yùn)行狀況日志進(jìn)行小波變換，得到硬盤運(yùn)行狀況日志的小波；

步驟701，小波變換；

從同硬盤－歸一化－日志集合中得到同硬盤－小波變換－日志集合

其中，上角標(biāo)W表示小波變換的標(biāo)識；

所述同硬盤－歸一化－日志集合中的硬盤運(yùn)行狀態(tài)特征內(nèi)含21個(gè)特征的值序列，記為

其中

所述同硬盤－歸一化－日志集合中的硬盤已用內(nèi)存容量特征的值序列，記為

小波變換是指對所述歸一化的21個(gè)smart_k^normalized特征序列、硬盤已用內(nèi)存容量進(jìn)行小波變換，得到高頻序列，而對非數(shù)值化的采集時(shí)間硬盤序列號硬盤型號變換后字段內(nèi)容不變；

小波變換的描述為：

表示小波變換映射，從同硬盤－歸一化－日志集合映射為同硬盤－小波變換－日志集合；

X″表示同硬盤－歸一化－日志集合所述日志集合含采集時(shí)間硬盤序列號硬盤型號硬盤、已用內(nèi)存容量和特征的值序列；

Y″表示同硬盤－小波變換－日志集合DL^HD_W，所述日志集合含采集時(shí)間data^HD_W、硬盤序列號serial_number^HD_W、硬盤型號model^HD_W硬盤、已用內(nèi)存容量capacity_bytes^HD_W和smart_k^HD_W特征的值序列；

步驟702，呈現(xiàn)變點(diǎn)小波的形態(tài)；

為了直觀的展現(xiàn)變點(diǎn)小波，使用二維直角坐標(biāo)系的方式展示變點(diǎn)小波在不同頻率下的形態(tài)圖，每張圖中分別包含5張子圖，從上到下依次呈現(xiàn)的是smart特征的歸一化值、一級小波分解的近似低頻信號，一級小波分解的細(xì)節(jié)高頻信號，二級小波分解的細(xì)節(jié)信號，三級小波分解的細(xì)節(jié)信號，而橫坐標(biāo)表示硬盤的剩余壽命，縱坐標(biāo)表示smart特征不同特征值。