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(计算机科学与技术专业论文)光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现.pdf.pdf 免费下载
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光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 摘要 在过去的几十年中,电信技术突飞猛进的发展。其中,在传送网 领域,s d h 、d w d m 技术的出现极大的提高了光纤的传输能力,运 营商建立了大量的光纤传送网络。在传送网络中,每条光纤上都承载 着大量的业务,任一故障都将造成巨大的经济损失和社会影响。所以, 如何保证传送网络安全、稳定和可靠地运行,一直是电信领域的热门 研究课题。因此,故障管理在网络管理功能中就显得越来越重要,并 受到网络运营部门的高度重视。 当网络中发生了故障以后,如何尽快判断故障的原因、性质和发 生地点,是排除故障的关键前提。告警关联的理论和方法为故障诊断 提供了一个有效的解决方案。告警相关性通过告警压缩、告警过滤、 告警抑制、告警泛化、告警合并等手段对告警进行合并和转化,协助 网元人员准确定位故障源、减少处理反应时间和业务中断时间,减少 网络的运行维护成本,最终提高网络的可靠性和服务质量。 本论文在简要介绍相关背景知识的前提下,着重介绍了告警相关 性的理论和分析方法,并提出了一个基于规则的传送网故障诊断模 型。最后详细介绍基于规则的传送网故障诊断系统的设计和实现,并 对诊断结果进行分析。 关键词故障诊断告警相关性故障规则传送网 t h er e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fa l a r m c o r r e l a t i o nm o d e li nt r a n s m i s s t i o n n e t w o r k s a b s t r a c t i nt h ep a s tf e wd e c a d e s t e l e c o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g yh a sb e e ng r e a t l y d e v e l o p e d i nt h ef i e l do ft r a n s m i s s i o nn e t w o r k s ,t h ee m e r g e n c eo fs d ha n dd w d m t e c h n o l o g yh a v eg r e a t l yi m p r o v e dt h en a n s i m i s s i o nc a p a c i t yo fo p t i c a lf i b e r , a n d t e l e c o m m u n i c a t i o n o p e r a t o r s b u i l t u pl a r g e a m o u n to ff i b e rw a n s m i s s i o n n e t w o r k e a c hf i b e rc i r c u i tc a r r i e sh u g en u m b e ro fb u s i n e s s ,ap r o b l e mw i l lr e s u l ti n h 1 j g ce c o n o m i cl o s s e sa n ds o c i a li m p a c t s s o ,h o wt oe n s u r en e t w o r ks e c u r i t y , s t a b i l i t ya n dr e l i a b l eo p e r a t i o n , h a sb e e nah o tr e s e a r c ht o p i ci nt h ef i e l do f t e l e c o m m u n i c a t i o n s t h e r e f o r ef a u l tm a n a g e m e n ti n t h en e t w o r km a n a g e m e n t f u n c t i o nh a sb c e , o m em o r ei m p o r t a n t ,a n dt h en e t w o r ko p e r a t i n gd e p a r t m e n t sh a v e a t t a c h e dg r e a ti m p o r t a n c et oi t w h e nan e t w o r kf a i l u r e s ,h o wt oj u d g et h e u s e s ,n a u l r ca n dl o c a t i o nq u i c k l yi s t h ek e yp r e r e q u i s i t eo f l a o u b l e s h o o t i n g a l a r mc o r r e l a t i o nt h e o r ya n dm e t h o do f f a u l td i a g n o s i sp r o v i d e da l le f f e c t i v es o l u t i o n a l a r mc o r r e l a t i o nm e r g e sa n dc o n v e r t s a l a r m st h r o u g hc o m p r e s s i n g , f i l t e r i n g , g e n e r a l i z i n ga l a r m st oa s s i s tp e r s o n n e lt o a c c u r a t e l yd e t e c tn e t w o r kd e m e n tf a i l u r e q o u r c ea n dr e d u c e dr e s p o n s et i m ea n d r e d u c en e t w o r ko p i 孤i t i o na n dm a i n t e n a n c ec o s t s ,a n du l t i m a t e l yi m p r o v en e t w o r k r e l i a b i l i t ya n ds e r v i c eq u a t i t y i nt h i sp a p e r , t h er e l e v a n tb a c k g r o u n dk n o w l e d g ei si n t r o d u c e df i r s t l y , a n dt h e n t h ea n a l y s i so fa l a r mc o r r e l a t i o na n dr e l a t e dr e s c a r c h sa r ei n t r o d u c e d ar u l e - b a s e d t r a n s m i s s i o nn e t w o r kf a u l td i a g n o s i sm o d e li sp r o p o s e d f i n a l l yad e t a i l e dm e 血go n t h er u l e s - b a s e df a u l td i a g n o s i ss y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n , a n da n a l y s i so f d i a g n o s t i cr e s u l t s k e yw o r d s :f a u l t d i a g n o s i s a l a r mc o r r e l a t i o nf a u l tr u l e t r a n s m i s s t i o nn e t w o r k s n i 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。 本人签名- 髯2 霆一日期:j 丝掣丝 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定,即: 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借 阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释:本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。 本人签名: 导师签名: 日期:号与磕痒l 日期:之监丝:丝 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 1 1 研究背景 1 1 1t m n 网络管理技术 第一章绪论 为了适应电信网技术的飞速发展和种类繁多的电信新业务的需要,r r u t 提 出了对电信网实行统一的综合管理的解决办法一电信管理网( t m n t e l e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tn e t w o r k ) 。t m n 1 1 1 2 1 0 是u - t 借鉴o s i 中有关 系统管理的思想及技术,用于电信网管理的网络体系结构。它使得网络管理系统 与电信网在标准的体系结构下,按照标准的接口和标准的信息格式交换管理信 息,从而实现网络管理功能。t m n 与电信网的关系见图1 1 。 图1 1 _ n 棚与电信网的关系 t m n 的核心思想是一种网管网的概念,它通过引入网管接口,将管理网提供 的管理业务与电信网提供的电信业务相分离,在保持接口相对稳定的同时,尽量 屏蔽了电信网络技术和网络管理技术的发展对彼此的影响。同时,t i d n 综合运用 抽象技术对被管资源进行抽象,运用分层处理技术简化对问题的处理,运用软件 重用的思想,缩短网管系统的开发周期,提高网管软件的质量。 t m n 网管系统的管理功能基本上可以分为五个部分: ( 1 ) 性能管理 性能管理是对网络的运行状态进行管理,当网络产生故障时,由故障管理功 能对网络进行管理。当网络没有产生故障,或没有产生能让故障管理功能进行处 理的故障,但由于各种原因会导致网络运行质量下降,这时,就需要性能管理功 能提供对网络运行质量进行监控。 ( 2 ) 故障管理 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 故障管理是对网络发生异常情况一故障时所采取的一系列管理活动。这一系 列活动包括故障管理有关的管理参数的确定、故障指标管理、故障监视、 测试 和故障定位、故障恢复等。 ( 3 ) 配置管理 网络配置管理功能主要是对网络上各种工作设备、备份设备、设备之间关系 的运行状态和相关参数进行调整。为了保证网络经济、可靠、高效和安全地运行, 需要对网络上的配置进行调整,以适应灵活提供网络业务的要求。对构成网络的 相关元素的状态和参数进行调整的管理活动属于配置管理范畴。 ( 4 ) 账务管理 账务管理的主要范围是网络计费及其有关的财务管理。 ( 5 ) 安全管理 安全管理主要是管理接口的接入进行管理。对于网管系统本身的安全管理, 主要也是保证接入的安全性。因此,在基于t m n 的网管系统中,安全管理的主要 功能是接入管理。 1 1 2 故障管理与故障诊断 以传送网络为例,任一故障的产生,都将造成巨大的经济损失和社会影响。 例如在一个单根光纤中实现4 0 个波长的w d m 系统中,按目前己商用化的l o g b i t s 传输速率计算,单纤故障就会影响几千万话路呼叫;如果一根2 4 芯的光缆因意 外事故切断,则可能影响几亿话路的通信。所以,如何保证传送网络安全、稳定 和可靠地运行,一直是电信领域的热门研究课题。对网络特别是传送网的故障管 理在网络管理功能中就显得越来越重要,并受到网络运营部门的高度重视。 当网络中发生了故障以后,如何尽快判断故障的原因、性质和发生地点,是 排除故障的关键前提。目前,传送网的故障诊断存在以下问题: ( 1 ) 一个物理故障往往会导致厂家设备上报大量的告警信息,网管人员不能 直观地了解这些告警之间的关联性,不能及时查看哪些是重要的告警信 息,导致处理程序烦琐,引起消除故障延误,受影响业务量扩大,用户 申告量增加; ( 2 ) 故障的发现和定位主要基于维护人员的日常经验,因此需要维护人员具 有较多的传送网知识和实际的故障处理经验。但事实上,往往只有少数 高级网管人员才具备这些条件,大多数低级维护人员无法做到这一点; ( 3 ) 对于网管人员已经解决的故障,其处理经验不能有效的保留下来供他人 使用,如果日后发生相同的故障而原解决人员不在时,其他人员不可避 免的做重复故障处理经验的摸索工作; 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 ( 4 ) 对故障信息的分析、记录和存储没有电子化,目前主要依靠人工完成对 于故障相关的各种数据的统计和分析工作,缺乏快速自动的手段,导致 故障处理的效率低下,且容易出错。 从上面的问题可以看出,很有必要研究实现一套故障监测的系统,将故障的 监测发现、定位以及用户的处理经验自动结合到一起,来提高故障处理的效率。 故障管理通常包括故障检测、故障诊断、故障恢复三个功能: ( 1 ) 故障检测:网络设备通常都具有感知异常情况的能力,当设备发现自身 或网络中的不正常现象时,它采用告警的形式报告给管理中心。因此, 故障检测一般由网络中的设备来完成。对于网络设备不能上报相应管理 信息的情况,还需要增加相关的仪表对网络进行有针对性的被动监测; ( 2 ) 故障诊断:由于故障而引发的告警会在网络中传播,所有感知到故障的 网络对象( 包括物理对象和逻辑对象) 都会发出告警。在一个大型网络 中,一个故障可能会引发大量的告警。故障诊断就是对网络设备发出的 告警进行关联处理,从一大堆告警中找出故障发生的根原因; ( 3 ) 故障恢复:根据识别出的故障根原因,自动或手动的对网络进行控制操 作,恢复网络的正常运行。 网络故障管理的难点在于故障诊断。一个理想的告警应该包括有关故障的5 个方面的信息:w h o ,w h a t ,w h e r e 。w h e n 。l r h y 。其中,w h o 是发出告警的对象 的名字;w h a t 是故障的征兆;w h e r e 是对故障发生位置的描述:w h e n 是检测到 故障的时间;w h y 是故障发生的原因。但由于每个设备对于自身以外的网络情况 只具有非常有限的信息,所以网络设备产生的告警之回答了弭h o 、w h a t 和w h e n 这3 个问题,而对于故障诊断至关重要的w h e r e 和w h y 信息却没有提供。另外, 由于网络的传输问题,告警中可能包含噪声,如告警丢失、延迟、重复和虚假的 告警等,告警噪声的存在进一步增加了故障诊断的难度。告警相关性的理论和方 法为故障诊断提供了一个有效的解决方案。 1 2 研究内容 故障诊断是故障管理的难点和关键,国内外对故障诊断技术都有深入的研 究。目前,告警相关性分析技术以其l 、可靠、易于实现;2 、故障规则易于维 护;3 、自适于网络的改变等优点被广泛的用于通信网的故障诊断系统中。 网络中发生一个故障将产生大量的告警信息,某些故障甚至会引发告警风 暴。告警信息可以帮助网管人员定位网络故障源,但是大量的告警信息也会影响 故障判断和定位的反应速度,而且原始告警信息不直观,也给网管人员的故障诊 断带来困难。告警相关性通过告警压缩、告警过滤、告警抑制、告警泛化、告警 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 合并等手段对告警进行合并和转化,协助网络管理人员准确定位故障源、减少处 理反应时间和业务中断时间,减少网络的运行维护成本、最终提高网络的可靠性 和服务质量。 本论文在深入介绍告警相关性分析理论和方法以及告警相关性分析模型的 基础上,提出了一个针对光纤传送网的故障诊断模型,最后设计和实现光纤传送 网的故障诊断系统。 1 3 研究生期间工作 研究生期间的主要从事网络管理相关的研究和网络管理软件的开发工作,对 于网络管理技术和传送网技术有深入的学习和研究。主要工作内容如下: ( 1 ) 作为主要开发人员参与了中国联通长途传输网综合网管系统四期相关 子系统的开发工作,包括报表子系统、故障诊断子系统、主设备管理子 系统。其中,对于传送网的故障诊断有深入研究。 ( 2 ) 参与中国联通备品备件系统研究项目,并开发出备品备件系统原型。 ( 3 ) 作为开发人员参与联通总部电子运维系统的开发工作。 在参与的这些项目中,积累了大量的网络管理和网络通信知识,同时提升了 自己的科研和软件研发能力。 1 4 论文结构 本论文主要介绍告警相关性分析的理论和方法,深入研究告警相关性分析模 型,并对光纤传送网进行告警相关性分析,建立传送网的故障诊断模型,最后介 绍基于规则的故障诊断专家系统的设计和实现。 本论文共分为5 部分: 第一章绪论。介绍研究背景和本论文的主要研究内容。 第二章告警相关性分析模型。介绍告警相关性分析的理论和方法,并深 入分析告警相关性分析模型的建立方法。 第三章基于规则的光纤传送网故障诊断模型。简要介绍了光纤传送网技 术,并详细分析光纤传送网的故障与告警的关联性,利用告警相 关性分析的理论和方法建立基于规则的传送网故障诊断模型。 第四章基于规则的故障诊断专家系统的设计与实现。详细介绍故障诊断 专家系统的设计与实现,并对系统诊断结果进行分析与比较。 第五章结束语。总结论文研究内容,并分析存在的问题。 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 第二章告警相关性分析模型的研究 当网络中发生一个故障时将产生大量的告警信息。告警信息可以帮助网管人 员定位网络故障源,但是大量的告警信息也会影响到故障判断和定位的反应速 度。告警相关性分析可以在网管人员处理告警之前对告警进行合并和转化,可以 减少告警处理时间,帮助网管人员快速、准确定位故障源,从而可以减少网络中 断时间和网络网络的运行维护成本,最终提高网络的可靠性和服务质量。 本章主要介绍告警相关性的原理和分析方法,最后建立一个告警相关性分析 模型。 2 1 告警相关性分析 2 1 1 故障与告警 故障和告警是告警相关性分析的两个重要概念,在介绍告警相关性原理之 前,首先介绍故障与告警的定义。 ( 1 ) 故障( f a u l t ) 故障是指网络中某个被管资源的功能发生异常或失效,无法提供正常的服 务,是由于硬件或软件引起的功能混乱。 ( 2 ) 告警( a j a r m ) 告警用于反映通信设备运行状态的变化。告警等级按i t u - t 技术建议分为紧 急( c r i t i c a l ) 、主要( m a j o r ) 、次要( m i n o r ) 、警告( w a r n i n g ) 、清除( c l e a r e d ) 五种。告警可以分为故障性告警和非故障性告警,在故障诊断中我们重点关心故 障性告警。获取告警的方法有两种:网管系统主动查询和通信设备主动上报。 在通信网络中,由一个故障产生的告警可以分为以下几种不同的情况: ( 1 ) 被管资源出现单个故障产生几个不同的连续告警序列,即告警的连续性; ( 2 ) 故障可能间隔发生,每当出现一个故障后就出现一个新的告警,即告警 的间歇性; ( 3 ) 出现故障的被管资源会产生多次相同的告警,即告警的重复性; ( 4 ) 同一个故障会被几个不同网络管理资源监测到,即故障的重复性; ( 5 ) 一个故障的被管资源可能会影响到其它的资源即故障的传递性; ( 3 ) 故障与告警的相关性 故障和告警是密不可分的,它们之间存在关联性。从概念上说,故障是网络 远行出现异常状况的本质,而告警是体现这个本质的现象。由于网络的某个环节 ( 设备、光缆) 出现了故障,从而引发或导致了在网络的其它设备上发现异常, 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告瞢相关性分析模型的研究与实现 并产生告警事件,通过设备控制板或网管系统界面反映给网络运行维护人员。产 生故障的具体原因有很多,如光缆断,设备掉电,设备损坏等。对于光纤传送网 来说,按故障产生源来说,故障可以分为:设备故障、线路故障、其它故障几类。 按故障对于传输业务的影响来说,故障可分为阻断故障和非阻断故障。 告警与故障之间的关系可以用下图来表示: 图2 - 1 故障与告警的相关性 2 1 2 告警相关性( a l a r mc o r r e l a t i o n ) 定义 “相关性”表示了两个或者更多实体之间具有相互联系的情况,相关性分 析的结果有两种:一是信息的语义内容被增加了,二是独立单元的总数缩减了。 因此,告警相关性分析可以被定义为:针对多个告警的分析解释,从而提高了一 个数量缩减后的告警集合的语义信息内容。告警相关性分析是指对告警进行合并 和转化,将多个告警合并成一条具有更多信息量的告警,确定能反映故障根本原 因的告警,准确定位故障。告警相关性可用于对多个告警进行解释,这给最初定 义的告警事件增加了新含义。 对告警相关性的形式化定义:告警事件盯与告警事件集合溉,啦,吼j 相 关,表示为:口;p l ,口2 ,吼j 。 告警相关性分析有以下方法: ( 1 ) 告警压缩【a ,a ,r e o 9a 卜a :将多个同时发生的同一类型告警缩减到 一个告警中: ( 2 ) 告警过滤【a ,b ,c ,d 卜,a :删除不符合告警相关性要求的告警; ( 3 ) 告警计数【i 叭】一b :用一个新的告警替代特定的同时发生的告警; ( 4 ) 告警抑制 a ,b ,p r o d t y ( b ) p r o d t y ( a ) 一a :当高优先级的告警发生时 抑制其它低优先级的告警产生; ( 5 ) 告警布尔【b ,t , ,v ,l 】一c ;用一个新的告警代替一组符合一 定布尔模式的告警; ( 6 ) 告警泛化 a , a e b 】一b :用告警的超类代替该告警; ( 7 ) 告警时序关系:不同告警按照一定的时间先后顺序上报; 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 告警相关性分析通过以上的方法可以实现告警过滤和故障定位。 2 2 告警相关性分析方法 告警关联综合被管网元在语义上的相关性,对告警信息在时间和空间上进行 相关处理,从而减少告警消息的数目,有助于发现引起故障的真正原因,是对多 级告警的概念性的解释。现在,人们已经提出了很多告警关联的方法。这些方法 的理论基础来自人工智能、图论、神经网络、信息论和自动控制论等计算机科学 领域。 图2 2 是对已有告警关联方法的分类,下面我们对几种关联分析方法进行简 要介绍。 基于案饲基于模型基于擅喇 告警关 联逢径 依麓田因果圈 图2 - 2 告警关联方法分类 ( 1 ) 基于案例的推理( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ) 在基于案例推理的系统中使用案例( c a s e ) 而不是规则( r u l e ) 作为知 识的基本单元。该系统的基本思路是归纳总结过去的经验,得到案例然后解 决新问题。然后由解决的新问题,得到新的经验从而构成新范例,然后由系 统对这些案例进行保存和检索,以便日后使用。系统可以从不断的问题解决 过程中归纳出新案例,而无需有经验的网络维护工程师的人工参与。 基于案例的推理是对过去经验的直接应用,案例本身是过去遇到的已经 解决的特定问题。案例库或称知识库是系统存放案例和检索案例的地方,其 维护一般采用遗忘曲线算法,长期无用的案例将被清除。 ( 2 ) 基于规则的相关性( r u l e - b a s e dc o r r e l a t i o n ) 该方法使用一个规则集来存放通信网内的各种知识,将特定的领域知识 包含在规则中。每个基于规则的系统都有一个策略控制机制,能够确定规则 的使用次序及推导结束条件。 基于规则的算法最大优点是它更符合人的思维,便于人们的理解。但问 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 题在于基于规则的系统,当规则库规模急剧扩大时,规则库的维护变得越来 越困难。而且知识的获取是基于规则系统的一个很大瓶颈,因为规则获取主 要从专家那里获得。系统本身没有自学习的功能,对例外情况处理有限。 另外一个限制是:在这种演绎推理过程中,没有充分利用过去经验并缺 乏记忆。因为缺乏记忆,每次遇到同样的情况,总要从成千上万的工作中查 找,求得同样的结论。 ( 3 ) 模糊逻辑( f u z z yl o g i c ) 由于通信网络结构十分复杂,几乎不可能建立这些网络的精确模型,所 以需要用模糊逻辑方法来处理一些具体问题。而且实际上由于网络配置经常 发生变化,网络模型越详细,那么它过时的速度就越快。另一方面,故障和 告警直接的因果关系通常是不完全的,如由于路由故障,一些告警事件可能 会丢失。因此可以通过模糊逻辑描述出不精确网络模型,用于分析不完全的 告警相关性。 模糊逻辑中最基本的概念是模糊集合,集合中任何一个元素归属于某个 集合,不再是从t r u e 或f a l s e 中两者选择其一,而是在区间 0 ,1 之间的一个 值,所以可以通过模糊逻辑来描述网络模型,采用模糊推理来来推导相关性 规则,进行不完全告警相关性的分析。 ( 4 ) 人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ) 前馈神经网络已经在医疗诊断,图像处理等领域得到成功应用,同样, 神经网络可以用来解决告警相关性问题。前馈神经网络的多层反馈网络特性 使它成为解决这些问题的有力工具。 神经网络可以识别与以前相似的条件,如果给定前馈网络足够多的神经 元,它可以逼近任何一个函数,包括布尔函数和分类器,这使神经网络在训 练不同的告警模式时具有足够的灵活性。前馈网络具有良好的自学习能力, 而且在输入数据包含噪音时,也能较好地识别出相关性模式。 这种方式在运用之前需要透彻的训练。由于这种学习过程的必要性,在 实际应用中会带来不方便的地方,例如当故障产生的所有告警不被认识或者 根本不能被使用的情况。 ( 5 ) 数据挖掘( d a t am i n i n g ) 数据挖掘是在大量的数据中发现知识的模式。它是基于过去数据的泛化 的一种归纳学习。数据挖掘的典型应用是基于历史告警数据,发现告警相关 性规则。根据发现的规则,来分析和预测网络元件可能出现的故障。 ( 6 ) 其他方法 除了上述5 种主要的告警相关性分析方法以外,还有贝叶斯网络法( b a y s 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 n e t w o r k s ) 和编码本法( c o d eb o o k ) 等,都是比较常见的方法。这些告警相关 性的方法都各有所长,也各有自身的限制。网络管理领域的软件开发商也都根据 这些研究分别开发出自己的告警相关性分析的产品。 2 3 告警相关性分析模型 2 3 1 告警相关性分析模型 库。 告警相关性分析模型包括告警相关性模块、告警提供者、告警消费者和知识 鼻i i 旱一一奠i i 蓦 五: | 著i 维蓣i 吵 一一一一一一一一一一一一一o l 一一一一一一一一一煎焦主塞ji 一一一一一一一一一 圉2 - 3 告乎相关性分析模型 在传送网络中,告警提供者( s u p p l i e r ) 可以是不同类型、不同厂家的网络 设备,也可以是网络管理系统,负责向告警相关性分析模块发送告警消息,不同 的告警提供者的告警消息格式可能不同。告警消费者负责从告警分析模块中接收 相关告警消息。告警消费者在接收告警之前也必须向告警分析模块注册,既可以 定义自己“关心”的告警消息格式,也可以定义告警的相关性规则。告警分析模 块介于告警提供者和消费者之间,依据消费者提供的要求,过滤大量不必需的告 警和冗余告警消息,减少呈现给消费者的告警数量,提高告警的语义相关性。知 识库用于存储和告警相关性分析的数据,如告警消息、网络配置消息、告警相关 性规则,以及其它一些分析过程的中间状态和数据。 2 3 2 告警相关性分析模型的应用 9 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 告警相关性分析模型在实现上可以分为4 层,如图2 4 所示,每层功能的详细介 绍如下: l 圊应固 l 至困 噩圃l 智能化告警相关性分析层 l 巫固 丑困l 。:f , 告警上f 文相关的服务层 ? i 二二二二二曩二二二二= i i i i 、 l 塑巫口匝亟圈l 通信网关层 图2 4 告警相关性分析的层次结构 ( 1 ) 通信网关。最底层是通信网关,负责在告警提供者与消费者之间传递告 警消息。例如,过滤不同消费者所不关心的告警,将告警消息转换成不同消费者 所需要的格式,确保告警提供者所提供的告警消息以正确的格式和内容传递到不 同的消费者。在通信网中,不同厂家不同设备共存于一个网络当中,通信网关要 解决将不同厂家、不同设备的告警消息的格式的转换、过滤问题。 ( 2 ) 与告警上下文相关的服务。提供告警提供者和告警消费者之间告警消息 状态的交互。当告警提供者产生一系列告警消息后,服务层对告警的内容进行分 析,触发相应的事件通知消费者。 ( 3 ) 告警相关性分析。智能化告警相关性分析是根据知识库中的信息进行故 障寻根、发送网络预警等。告警相关性分析协助网络管理人员准确定位故障源, 减少处理反应时间和业务中断时间。 ( 4 ) 高级应用。最高层是高级应用层,例如按时间对所发生的事件进行每日、 每月、每年的总结,分析网络发展趋势,能对网络进一步的规划和扩容提供参考 意见。对故障的多发地段或设备发送网络预警信息,加强网络通信的保障、将可 能发生的故障降到最低。 l o 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 第三章基于规则的光纤传送网故障诊断模型 本章在简要介绍传送网技术和传送网故障类型的基础上,运用告警相关性的 原理和方法建立光纤传送网故障诊断模型,并详细介绍故障诊断模型的各个模 块,就各模块的难点问题进行深入研究。 3 1 光纤传送网简介 s d h 、d w d m 以其自身的先进性,成为光纤传送网的主流技术,s h d 、d w d m 技术的应用极大的提高了光纤的传输能力。本节主要介绍s d h 、d w d m 技术, 并总结了传送网的故障类型。 3 1 1 光纤传送网技术简介 3 1 1 1s d h 技术 s d h 的概念最早由美国贝尔通信研究所提出,称为同步光网络( s o n e t : s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k ) 。制定该标准的目的,起初是为了将各类互不兼容 的光接口统一到一个标准的光接口,以便于各厂商设备能够实现在光路上的互 通。然而以后的发展大大超过了当初制定的目标,s o n e t 被扩展为一个全新的 传送网技术体制。该标准1 9 8 8 年被r r u t 的前身c c t 接受并重新命名为同步 数字体系即s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) ,建立了世界统一的标准。 s d h 是一种集现代微电子、光电子、软件技术和网络技术于一体的高新技 术,同时又是一种标准化程度要求较高的技术。它的问世,使传输技术告别了传 统的以点到点传输为主的p d h 阶段,进入了智能化应用的阶段,开创了电信传 输领域的新纪元。 s d h 以其自身的先进性,迅速成为传送网的主流技术,s d h 在技术上所呈 现的主要优势有: ( 1 ) s d h 新的帧格式简化的复接和分接; ( 2 ) s d h 灵活的指针机理是低速支路能直接入接出无需将整个高速信号进行 多次复接分接; ( 3 ) s d h 有丰富的开销容量,大大增强操作管理和维护能力; ( 4 ) 随着技术的进展很容易升级到更高的速率; ( 5 ) s d h 的同步帧结构大大简化分插复接和数字交叉连接,使设备具有综合 功能: 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 对于网络运营者和使用来说,s d h 所能体现的主要优势表现: ( 1 ) 能够将现有多制式的p d h 系统兼容在一起,采用统一的支路和线路接 口,实现多厂商系统的互通互通; ( 2 ) 采用统一的网管系统实现全程全网的操作管理,通过软件控制由远地或 本地进行容量的配置调度、组网、业务恢复等操作,节省运行维护成本; ( 3 ) 利用增强的设备( 如d x c ,a d s o 功能,以最少种类的设备组织各层次网 络,简化网络结构,减少设备成本投入,并以最少的备份容量来保障网 络的可靠性与生存力;便于网络的扩容升级以及向b i s d n 过渡。s d h 的诞生,给传送网的设备技术带来了根本性的变革。由于s d h 技术上的 优势与组网灵活的特性,在“九五”期间,以s d h 为主体的传输体系, 极大地推动了国家信息化的进程; 3 1 1 2d w d m 技术 近年来,数据业务正呈现指数式增长态势,特别是口业务正以爆炸式的速 度增长。据相关数据统计,骨干网的带宽约6 - 9 个月就要翻一番,互联网用户正 以每年4 0 0 的速度增长。通信带宽的需求日益增加,长距离光纤传输系统对通 信容量和系统扩容的需求急剧增长,如何提高光传输系统的容量、实现全光网络、 增加无中继的传输己经成为光纤通信领域的研究热点。在这种情况下,波分复用 光传输系统无疑解决了提高通信容量的问题。以光波的方式来进行复用( 即波分 复用w d m ) 是目前光复用技术中最为成熟、应用前景最为广阔的一项技术。w d m 技术是将光纤内传输的光载波按其波长分割成若干个光波波道,使其每个波道独 立运载信息,从而实现在一条光纤中的多波道复用传输,使光纤通信容量成倍增 长。人们在初期采用波分复用时,在一对光纤中以1 3 1 0 n m 及1 55 0 n m 两个波长 开通两个光传输通道,使得一对光纤传输的利用率增加了一倍。但是,在长距离 应用情况下,由于两个波长的光纤衰耗不同,中继站距离也不同,使这种w d m 的应用范围受到限制。随着对光传输技术的研究及光器件研制的深入和发展,现 在的通信技术已能做到在1 3 5 0 n m - 1 5 6 0 n m 光频段内,采用不通的频道间隔将8 ,1 6 3 2 ,4 0 ,8 0 个甚至更多的波道复用在一对光纤中,单波长光通信速率可做到 1 5 5 m b s ,6 2 2 m b s ,2 5 g b s ,lo g b s 直至达4 0 g b s 。由光波分复用( w d s o 技术发 展至密集光波分复用( d w d m ,d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 复用技术。 光波分复用技术和光波分复用通信之所以得到重视和迅速发展是由光波分复用 技术的特点所决定的。d w d m 技术的应用优点主要表现如下: ( 1 ) 能充分利用光纤的巨大带宽资源,大大提高了光纤的传输容量; ( 2 ) 可节省大量的光纤,尤其对早期安装的芯数不多的光缆,利用光波分复 1 2 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 用技术可以进行比较方便的扩容而不必对原系统作大的改动; ( 3 ) 可同时传输多种不同类型的信号,由于光波分复用技术中使用的各波长 相互独立,因此可实现多媒体信号混合传输; ( 4 ) 波分复用通道对数据格式是透明的,在网络的扩展和发展中是理想的扩 容手段。d w d m 通过透明的、光波分复用技术选路来实现网络交换和恢 复,从而可能实现未来具有高度生存性的光网络。 3 1 2 故障类型 根据网络故障的不同,将传送网的典型性故障分为三大类:设备故障、线路 故障、其他故障,下面就典型故障类型分别进行描述。 3 1 2 1 设备故障 设备故障是由于设备无法正常工作引发的故障类型。在传送网中,常见的设 备故障通常都是由各种功能盘引发的。常见设备故障类型如下: ( 1 ) 光盘坏:例如:l u c e n t0 r r u ( 2 ) 电源盘坏:例如:l u c e n t1 6 1 设备 ( 3 ) 交叉盘坏:例如:l u c e n t1 6 1 设备,m o r t e l1 0 g 、d x 、6 4 x 设备 ( 4 ) 支路盘坏:例如:l u c e n t :1 6 1 设备,1 5 5 m 光电口 ( 5 ) s c 盘坏:例如:l u c e n t :1 6 1 设备,n o r t e l :1 0 g 、d x ( 6 ) 线路盘坏:例如:l u c e n t :1 6 l 设备,n o r t e l :1 0 g 、d x 3 1 2 2 线路故障 线路故障对传送网的影响最大,通常会造成完全的通信中断。光纤中断是最 常见的线路故障类型,光纤中断按传输系统和中断类型又可以分为:s d h 单纤 中断、s d h 传双纤中断、d w d m 单纤中断、d w d m 双纤中断。 在分析传送网线路故障时,对于纯s d h ( 环) 系统我们采用如下模型描述: 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 图3 - 1s d h 网络拓扑图 对于d w d m 系统我们采用如下模型描述: 3 1 221s d h 系统线路故障 图3 - 2d w d m 网络拓扑图 在s d h 传送网络中,典型的线路故障有以下两种类型: ( 1 ) 单纤断 图3 - 3s d h 单纤中断断网络拓- l l 匿1 故障描述:中继站与中继站之间或中继站与终端站之间单方向光纤中断。 ( 2 ) 双纤断 图3 - 4s d h 双纤中断网络拓扑图 故障描述:中继站与中继站之间或中继站与终端站之间双方向光纤中断。 3 1 2 2 2d 、, v i ) m 系统线路故障 在d w d m 传送网络中,典型的线路故障有以下两种类型: ( 1 ) 单纤断 图3 - 5 删叫单纤中断网络拓扑图 1 4 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 故障描述:中继站与中继站之间或中继站与终端站之间单方向光纤中断。 ( 2 ) 双纤断 图3 - 6d w l t l 双纤中断网络拓扑图 故障描述:中继站与中继站之间或中继站与终端站之间双方向光纤中断。 3 1 2 3 其他故障 我们把除了设备故障类型和线路故障类型之外的传送网故障类型归类在其 他故障类型中,典型的故障类型有电源故障、d d f 端口故障等。 ( 1 ) 中继站电源故障 ( 2 ) d d f 端口:2 m 口、1 5 5 m 口 3 2 光纤传送网的故障诊断模型 严空i :t: i 璺塑一j ! 万一、 r 7 ; 图3 - 7 传送网故障诊断模型 1 5 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 该模型符合以下要求: ( 1 ) 传送网中实时告警和历史告警数据采集到告警数据库中。告警消息通常 采用文本形式存储。表征系统状态的改变( 异常或失效) 。告警消息包括 多个字段,如告警发生时间、告警清除时间、告警发生的设备信息、告 警级别、告警内容描述等。通常告警不包括故障源的详细信息。 ( 2 ) 故障诊断模型需要建立一个配置数据库用来存储网络中的拓扑信息。当 网络拓扑信息发生变化后,该配置数据库能够实时更新相关的数据。配 置数据库包含网元层和网络连接层的具体信息,有助于从一个小的故障 发现故障的根源问题。网元层描述网络设备的类型,是物理网元的一个 抽象描述。网元面向每个具体应用,不同的通信网中的网元类型各不相 同,包括子网、局站、机框、机槽、机盘、端口等。网络连接层描述的 是网元之间的连接关系,包括光复用段和再生段,以上下游节点的放大 盘端口标识。 ( 3 ) 通信专家在线维护和配置告警相关性规则。 ( 4 ) 当告警相关性已知后,告警相关性分析提供网管人员定位具体发生的故 障及故障地点。如果只有部分规则己知或者出现规则,网管人员要依据 全部的有用信息,找出与故障最匹配的告警模式类似于案例推理的 告警分析。 ( 5 ) 故障诊断的流程如图3 培所示。首先从告警数据库中读取告警信息;然 后按照网元进行分类,将告警定位到网元上;接着将告警逐行匹配到规 则库中的所有规则。查找可能的故障。在某些情况下( 如线路故障) ,仅 仅判断单个网元是无法准确判断故障点的,必须对远端网元发生的告警 进行分析,最终确定故障点。正确的网络配置信息是故障诊断的基础。 图3 - 8 光传送网络故障诊断流程 1 6 北京邮电大学硕士研究生毕业论文光纤传送网告警相关性分析模型的研究与实现 3 3 知识库 知识库在故障诊断模型中有着极其重要的作用,知识库的完备性和正确性直 接影响到最后诊断结果的正确性。在基于规则的故障诊断模型中,知识库主要用 于保存故障规则和诊断策略。 3 3 1 知识库维护 要实现计算机对故障的自动诊断,需要使用到故障规则。诊断系统使用一条 故障规则,可以诊断出一类故障。每一条完整的故障规则除了包含规则自身信息 如:规则名称、规则类型之外,还包括一个特征告警描述集合。特征告警集合描 述用于诊断匹配的特征告警信息。每个特征告警描述,除了包含一个特征告警名 称外,还包括该告警的其他附加信息,如告警所属厂商、上报告警的逻辑位置和 产生告警的机盘等信息。 在基于规则的相关性分模型中,知识库是规则的集合,同时还包含了规则的 应用策略信息,是进行故障诊断的重要依据。 通过人工维护和知识库的自我学习两个功
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