摘要 摘要 隨著通信技術的發展，傳輸網規模不斷擴大，傳輸網復雜性日益提 高。作為國家干線的主流傳輸系統的同步數字體系( s d h ) 被廣泛應用，對 s d h 網絡的高效管理日益成為網絡管理的一個重要方面，然而s d h 網絡 中告警事件的相關性，增加了故障管理的難度。 本文從研究告警相關性分析的意義和方法出發，研究了告警分析在 通信網絡中的重要作用，介紹了各種告警相關性方法的作用并討論了各 種分析方法的利弊。接著詳細介紹了s d h 的基本組成和告警機理，利用 規則推理的方法對s d h 網絡設備進行了詳細的相關性研究，設計出一類 關聯關系推理規則，得出一些有用的告警相關性規則和一些可能的根源 告警信息。然后根據關聯關系推理規則和告警相關性規則用c + + 語言設計 了告警管理模塊，對告警管理模塊的設計進行了詳細分析，介紹了基于 面向對象技術r c f ( r e m o t ec a l lf r a m e w o r k ) 遠_ 程調用框架在系統中的應 用。最后，對整個告警管理系統進行了仿真試驗，通過仿真圖可以看到， 根據這些告警關聯性規則找出出現的最上層的引發告警即實際根源告 警，可以大大抑制衍生告警，縮短告警處理時間，提高工作效率。 關鍵詞：同步數字體系；告警管理；告警相關性；規則推理；r c f a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h et r a n s m i s s i o n n e t w o r ks c a l ee x p a n d si n c r e a s i n g l y , a n dt h et r a n s m i s s i o nn e t w o r kc o m p l e x i t y e n h a n c e sd a yb yd a y s y n c h r o n i z ed i g i t a lh i e r a r c h y ( s d h ) i sw i d e l ya p p l i e d a st h en a t i o n a lb a c k b o n et r a n s m i s s i o ns y s t e m ，s ot h eh i g h l ye f f e c t i v e n e s so f s d hn e t w o r km a n a g e m e n tb e c o m e sa ni m p o r t a n t a s p e c ti nt h en e t w o r k m a n a g e m e n t ；h o w e v e rt h es d hn e t w o r ka l a r me v e n tc o r r e l a t i o ni n c r e a s e dt h e d i f f i c u l t yo ff a u l tm a n a g e m e n t t h i s t a r t s e a r c h i n gt h e g n i f i c a mlrmills p a p e rs t a r t si r o mr e s e a r c h i n gt h es i j z n i f i c a n c ea n dm e t h o do fa l a r m c o r r e l a t i o n a n a l y s i s ，s t u d i e st h ei m p o r t a n tr o l eo fa l a r ma n a l y s i si nt h e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k ，d i s c u s s e s a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c h k i n do fa l a r mc o r r e l a t i o n a n a l y s i sm e t h o d t h e ni ti n t r o d u c e st h es d h n e t w o r k sb a s i cc o m p o s i t i o na n dt h ea l a r mm e c h a n i s m ，u s e sr u l e b a s e d a p p r o a c hd o i n gd e t a i l e dc o r r e l a t i o na n a l y s i sa n dr e s e a r c ho nt h es d h n e t w o r ke q u i p m e n t ，d e s i g n ss o m ef a u l tr e l a t i o na n do b t a i n ss o m eu s e f u l a l a r mc o r r e l a t i o nr u l ea n dr o o ta l a r m s i n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt oa l a r m c o r r e l a t i o nr o l e sa n df a u l tr e l a t i o nw ed e s i g n e dt h ea l a r mm a n a g e m e n t m o d u l ew i t h c + + l a n g u a g e ，c a r r i e do nd e t a i l e da n a l y s i st ot h ea l a r m m a n a g e m e n tm o d u l ed e s i g n ，a n dt h er e m o t ec a l lf r a m e w o r kb a s e do nt h e o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di ns y s t e m a tl a s t ，w eh a v ec a r r i e do nt h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n tt ot h ee n t i r ea l a r m m a n a g e m e n tm o d u l es y s t e m t h r o u g ht h es i m u l a t i o nr e s u l t ，w ef i n dt h a t a c c o r d i n gt o t h e s ea l a r mc o r r e l a t i o nr u l e st h eu p p e r m o s t l a y e ri n i t i a t i o n a l a r m sa r ea c t u a lr o o ta l a r m sw h i c hm a ys u p p r e s sg r e a t l yd e r i v a t i o na l a r m i t r e d u c e st h ea l a r mr e s p o n s et i m e ，a n dr a i s e st h ew o r k i n g e f f i c i e n c y k e y w o r d s ：s y n c h r o n i z ed i g i t a lh i e r a r c h y ；a l a r mm a n a g e m e n t ；a l a r m c o r r e l a t i o n ；r e g u l a t i o nd e d u c t i o n ；r c f 1 1 1 獨創性聲明 工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經標明引用的內容外， 本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的研究成果。對 本文的研究做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本 人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 學位論文作者簽名f 秀蠶 尹四年6 月4 日 f 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解我校有關保留、使用學位論文的規定， 即：我校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子 版，允許論文被查閱。本人授權武漢工程大學研究生處可以將本學位 論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮 印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 保密o ，在年解密后適用本授權書。 本論文屬于 不保密 ( 請在以上方框內打“ ) 指導教師簽名：乙屯 1 釧肭日 第l 章緒論 1 1 網絡告警研究背景和意義 第1 章緒論 當今，人類生活離不開網絡這個信息交流的平臺，網絡讓人們足不 出戶而知天下事，特別是近幾十年來，網絡通信作為社會發展和人民經 濟發展的基礎，在應用上和技術上進步都飛快，這也導致通信網絡的規 模與技術水平也隨之發生著根本性的變化，從以前的有線電話到現在幾 乎人手都有的小巧美觀多功能的移動設備，從以前繁瑣的撥號上網到方 便快捷的寬帶接入，從c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e ，碼分多址接入) 業 務至l j 3 g ( 3 r dg e n e r a t i o n ，第三代數字通信) 業務等等，這些變化主要體現在 網絡規模的龐大性、功能的復雜性、各種技術的融合性等，這種趨勢給 網絡管理【l 】帶來了高難度的挑戰。首先，用戶要求網絡傳輸的容量盡可能 大，同時又要求網絡的速率高，在這種情況下網絡即使發生一些微小的 故障【2 】，都會給他們帶來巨大的損失。其次，用戶又要求網絡能承載多種 業務，希望多種技術能夠融合，這種情況下不同廠商的設備和傳輸介質 就不斷地涌入網絡這個體系中來，造成不同體系結構的網絡互聯在一起， 這些特點使整個網絡的操作和維護變得十分復雜。網絡應用范圍如此之 廣，因此網絡系統的一個小問題就可以造成巨大的經濟損失，例如現在 網上交易變得很流行，資金的支付和提取都在網上進行，一旦網絡出現 問題，銀行密碼泄露，那損失可想而知，網絡系統的崩潰就會造成全國 乃至全世界災難性的損失，因此網絡管理越來越被人們重視，如何實現 對網絡有效管理保證網絡能安全有效的服務，成為了網絡管理未來的發 展方向。 傳統網絡的運維和管理都需要大量工作人員的參與，從故障的定位 到各種數據的處理，都離不開網管和運維人員的直接參與，這就需要耗 費大量的人力資源。當前故障管理主要面臨的挑戰是報警的及時性、準 確性和靈活性三方面。運維人員在對網絡的管理和維護中，經常會碰到 各種網絡故障，需要能在最快的時間正確地判斷網絡故障的位置、發生 的故障的類型和引起這些網絡故障的根本原因，盡可能及時地解決問題， 武漢ji ：程人學碩 ：學位論文 恢復網絡以使其正常工作。然而如何得到告警事件的關聯規則和告警設 備的關聯規則才是快速準確的定位故障的關鍵所在。由于告警相關分析 和過濾，運維網管人員可以很輕松的對網絡進行日常維護。告警相關性 分析是指對大量的告警信息進行快速有效的合并和轉化，將多個告警合 并成一條具有更多更有價值信息量的告警即根源告警，這樣可以通過發 送一條告警來代替多條告警【4 3 1 。從原則上講這些告警相關性知識可以從 設備設計人員或者有著豐富操作經驗的工程師那里獲得，但隨著網絡故 障的奇特性和不可預測性的增加，僅僅這些相關性知識已滿足不了網絡 維護人員的需要，因此不斷有新的告警相關性分析方法被提出，希望能 快速有效地輔助網絡管理員查明產生故障的原因。 我國現有的光傳輸系統在整個傳輸網中占相當大的比例，s d h 占了 很大的部分，是國家干線的主流，是數字光纖傳輸網的核心。然而多家 廠商設備、網絡接口不統一、各種對網元級的管理技術的差異，對傳輸 網的運營維護出了難題。因此需要新的方法和技術解決這些問題，統一 的網絡層同步數字系列( s d h ) 網管平臺的建設緩解了這種情況。隨著s d h 技術的廣泛應用，如何實現s d h 網絡的高效管理就成為網絡管理的重點 關注的問題，然而s d h 網絡告警事件的相關性與s d h 本身的技術、實際 網絡的物理拓撲和各個業務層的邏輯拓撲有關，這些都大大增加了故障 管理的難度和故障管理在實現中的復雜度。隨著網絡規模越來越大，人 均維護量大大增加，迫切需要大幅度提升維護效率；由于缺乏必要的i t 系統支撐，大量的維護工作仍然需要手工完成，缺乏對網絡運行質量進 行全面分析的有效手段，對網絡的維護仍然是“救火式”的維護；高等級 以及高速率業務安全保障缺乏有力措施，差異化服務就無從落實。 目前，告警關聯性分析方法成為網絡管理中研究的一個熱點和重點， 智能技術【3 】和信息處理技術也被引入進來，希望找到一個好的分析方法去 解決網絡故障問題?；谝巹t的告警相關性分析方法優點在于其表達很 直觀，表示十分靈活，格式清晰，便于推理，設計和檢測也非常方便， 本課題主要利用基于規則推理的方法對s d h 網絡進行了相關性分析和研 究，設計出一類告警關聯關系推理規則，得出一些有用的告警相關性規 笙! 童笪堡 則，并根據這些告警關聯性規則找出出現的最上層的引發告警即實際根 源告警，大大縮短了告警處理時間，提高了工作效率。 1 2 國內外研究現狀和發展趨勢 現代網絡規模龐大，結構復雜，產生的告警類型也各不相同。隨著 用戶對網絡的需求越來越多，網絡的變化也越來越頻繁，比如功能部件 的增添、修改、替換最為常見。由于各種告警出現具有很強的突發性和 隨機性，導致運維人員很困難地快速準確地判斷產生告警的根源信息。 故障處理【4 】過程可以分為故障定位和故障驗證兩個大的階段，其中故 障定位包括告警相關性分析和故障定位，這兩個階段的工作是連在一起 的，只有先通過對告警相關性進行分析，然后根據分析有效地提出各種 對故障情況的假設。故障驗證階段的工作是驗證前兩個階段得出的各種 故障假設是否正確。對網絡故障管理中的故障進行實時檢測和準確定位 是告警相關性分析的優點。由于網絡故障管理的重要性，追求有效的告 警相關性分析技術就一直成為網絡管理領域的目標。 同步數字序列( s d h ) 已成為中國傳輸網應用的主要技術，隨著s d h 的 廣泛應用，s d h 系統的網絡管理和告警維護問題卻越來越大。告警相關 性分析的作用在于消除告警冗余，進一步找到故障根源以便進行故障的 快速定位和排除。在控制系統的應用中，文獻 5 將故障樹分析( f t a ) 方法 應用到故障管理中。在電信網的應用中，文獻 6 則提出將p e t r i 網方法應 用到故障管理中。針對s d h 設備文獻 7 】給出類似故障樹分析方法的分析 結果。文獻 8 中提到的惠普公司的e v e n tc o r r e l a t i o ns e r v i c e s 、i b m 公司的 n e t f a c t 等等。 目前對網絡告警相關性的研究很多，告警相關性分析采用的方法也 很多【9 - 1 1 】，例如基于規則推理的告警關聯分析方法、基于案例推理的告警 關聯分析方法、基于人工神經網絡方法告警關聯分析方法、基于依賴圖 方法的告警關聯分析方法、基于數據挖掘方法的告警關聯分析方法、基 于模型關聯分析方法、基于有限狀態機關聯分析方法、基于貝葉斯網絡 關聯分析方法、基于p e t r i 網關聯分析方法、基于模糊邏輯和主動預測式 武漢。r ：程大學碩十學位論文 關聯分析方法等等方法。使用不同的方法進行告警關聯分析，有些已經 應用到實際的產品中，c a b l e t r o n 公司的s p e c t r u m 是一個基于案例推理的網 絡管理系統；s m a r t s 公司提供了一個基于代碼關聯分析方法的告警關 聯產品i n c h a n g e ；i m p a c t 是由c t e 公司開發的基于模型關聯分析方法的 告警關聯產品；h e w l e t tp a c k a r d 公司開發的e c s 提供了基于規則關聯分析 方法的告警關聯操作；還有其他的產品諸如a t & t 貝爾實驗室i 拘e c x p e r t 、 a g ls s y t e m s 公司的n o a a 、i b m 公司的n e t f a c t 、s e a g a t e 公司的 n e r v - e c e n t e r 等產品。 1 3 本文主要工作 本文主要工作是對s d h 網絡設備進行詳細的分析和研究，利用推理 規則對s d h 網絡進行相關性研究，設計出一套推理規則，得出一些有用 的告警關聯規則，然后根據告警關聯規則并利用r c f 技術通過c + + 語言編 程設計了告警管理模塊，主要工作如下： 1 研究告警相關性分析的意義，對各種網絡告警相關性方法進行利弊分 析。 2 研究了s d h 的基本組成和告警機理，利用規則推理的方法對s d h 網絡 設備進行了詳細的相關性研究，設計出一類型的關聯關系推理規則， 得出一些有用的告警關聯規則。 3 利用得出的告警關聯規則設計告警管理模塊，運用了基于面向對象技 術r c f ( r e m o t ec a l lf r a m e w o r k ) 遠程調用框架，更好地解決遠程( 跨 進程或網絡) 對象之間的互操作問題。 4 對整個告警管理系統進行仿真實驗。 5 對本文工作進行總結和對未網絡故障管理未來方向提出建議。 1 4 論文結構及內容安排 本文首先介紹了網絡故障管理、告警相關性分析方法在網絡告警中 的應用；接著主要針對s d h 網絡設備的特性進行了分析設計了網絡告警 規則系統，包括利用告警相關性方法中的規則推理方法對s d h 網絡告警 4 第1 章緒論 相關性規則的設計、對網絡如何實現高效的“預防式 維護和性能管理的 研究。最后對網絡告警進行了仿真試驗。 第一章概述了網絡告警相關性研究的背景和意義，指出了國內外的 研究現狀和發展趨勢。第二章介紹了網絡故障管理和告警相關性分析的 基本概念、理論和方法。第三章首先介紹s d h 的基本概念和理論，然后 針對s d h 網絡的特征，利用基于規則推理的方法對s d h 網絡進行了相關 性研究，設計出一類關聯關系推理規則，得出告警關聯分析規則表。第 四章基于規則推理的告警管理模塊的設計。第五章對本文研究設計的告 警管理模塊的測試、仿真和驗證。第六章對全文的工作進行了總結，并 對本研究課題未來的發展趨勢和方向做進一步展望。 第2 章告警相關性分析的意義及分析方法 第2 章告警相關性分析的意義及分析方法 2 1 通信網絡故障管理 當網絡發生網絡故障時，網絡管理員往往不能快速有效地判斷出故 障的類型和準確位置，一個好的網絡故障管理系統不僅可以快速有效地 管理所有網絡故障，而且每個故障的一系列相關的信息會被記錄，生成 故障工單發送給運維人員，方便運維人員對故障的修復，以保證網絡能 提供連續可靠的服務。 網絡管理在網絡的日常操作和維護中起著非常重要的作用，網絡故 障管理就是對網絡系統中出現的異常情況操作的管理，它主要通過某種 方式對網絡狀態進行調整，主要包括對網絡運行狀態進行有效監測和控 制，對網絡的監測是為了更好地實現對網絡的控制，當網絡出現故障時， 可以準確及時地作出報告和處理，最后保證網絡j l l 頁n 高效地工作。 然而，隨著網絡大規模的應用，網絡管理也出現很多問題：一方面， 各種網絡設備的出現，使網絡管理變得繁瑣，使得網絡管理無法統一， 更無法用傳統的手工方式順利完成，這里就要求采用有效先進的方式。 另一方面，在追求利益最大化的當今社會，網絡的有效管理直接影響著 網絡的經濟效益，與人們的經濟利益緊密相連。只有建立一個有力的網 絡管理系統作為支撐，才能有效地疏通網絡運營中的業務量，避免網絡 運營中由于擁塞和故障等問題帶來的一系列麻煩。 從實際應用的角度出發，網絡主要包括：拓撲管理、故障管理、配 置管理、性能管理、服務級別管理和幫助臺等，其中故障管理作為通信 網絡日常運行維護管理的基礎起著舉足輕重的作用，故障管理負責對設 備以及子網運行中的故障進行檢測，并給出告警指示。故障管理要能對 傳輸系統進行故障診斷、故障定位、故障隔離、故障校正以及路徑測試 功能。故障管理的過程是：檢測故障信號一收集故障信號一識別故障信 號一故障定位一告警。采取的步驟如下【3 6 】： 1 網元設備將告警信息傳送到工作站，經過工作站分析得出某網元發生 了故障。 武漢i ：程人學碩j ：學位論文 2 記錄告警信息，寫入數據庫，記錄的內容包括告警時間、 及告警等級等。其中有的內容可在以后的步驟里完成。 3 識別告警，對告警進行過濾，確認告警的來源及屬性等， 應的操作并進行記錄。 4 判斷告警類型及嚴重等級，并給出可聞、可視告警指示。 其中告警級別可分五級： 來源、屬性 同時做出響 ( 1 ) 緊急告警( c r i t i c a lw a r n i n g ) ：指使業務中斷并需要立即采取故障檢 修的告警。 ( 2 ) 主要告警( m a j o rw a r n i n g ) ：指影響業務并需立即采取故障檢修的 生螫 口言o ( 3 ) 次要告警( m i n o rw a r n i n g ) ：指不影響現有業務，但需要采取故障 檢修以防止惡化的告警。 ( 4 ) 告警( w a r n i n g ) ：指不影響現有業務，但有可能成為影響業務的告 警，可視需要采取故障檢修。 ( 5 ) 清除( c l e a r ) 。 當網絡發生故障時，會引發一系列告警，但并不是所有的告警都表 明故障的根源，需要對網絡中的告警進行相關性分析，確定產生故障的 根本原因。因此，告警是故障管理的重要對象。 2 2 告警相關性分析 網絡故障管理的關鍵就是告警相關性分析【4 1 1 。告警相關性分析方法 就是根據相關性分析過濾掉伴隨告警、不相關的告警最終找到根源告警 來減少告警信息，方便網絡管理人員進行故障維護，快速有效的故障處 理可以大大提高網絡利用效率同時減少給用戶帶來的損失。 2 2 1 告警相關性分析定義和方法 指示失效或出現的異常情況等都可以歸納為告警信息，告警相關性 分析是指對一系列的告警信息進行合并和轉化【1 2 】，并最終合并成更具價 值的告警即根源告警。 第2 蘋告警相關性分析的意義及分析方法 告警相關性主要包括7 個方面：告警壓縮，就是將多個同時發生的告 警壓縮到一條告警中，這條告警是所具有的信息是有足夠價值的；告 警過濾，就是刪除掉一些不符合告警相關性要求的告警，這個方面是告 警處理中重要的一環節，通過告警過濾呈現給運維人員的信息會大大減 少；告警計數，就是用一條新的告警來替代同時發生的特定數目的告警； 告警抑制，就是當高優先級的告警發生后抑制其他優先級的告警產生， 這涉及到告警優先級問題；告警布爾，就是用一條新的告警替代一組符 合一定布爾模式的告警；告警泛化，就是用告警的超類來代替該告警； 告警時序關系，就是不同的告警按照一定的時間先后順序依次上報。上 面的這幾個方面里一定要區分告警壓縮、告警計數、告警布爾和告警泛 化之間的用法。 目前很多領域的人都在研究告警關聯方法，這些方法有的來自數學 領域，有的來自人工智能、神經網絡和信息論等計算機科學領域【4 2 1 ，而 且很多被研究出來的告警相關性分析方法已經在現實中廣泛的運用。下 面針對幾種常用的告警相關性分析方法進行簡要介紹。 1 基于規則推理的相關性分析( r u l e b a s e da p p r o a c h ) 基于規則推理的相關性分析方法中，經過研究把領域內的普通知識 歸納成一組規則，把特殊情形相關的知識歸納成一組事實。 基于規則推理的系統就是一個不斷從知識庫中尋找適合的規則對當 前狀態進行匹配的循環過程。 基于規則推理算法的最大優點是它表達比較直觀，格式非常清晰， 表示相當靈活，設計和檢測都十分方便，更符合人的思維和理解。但也 有其不方便的地方：基于規則的系統，當規則數量過多時，規則庫的維 護非常困難，同時知識的獲取途徑也相當狹窄。 2 基于因果關系的相關性分析( c a s u a lm o d e la p p r o a c h ) 基于因果關系的相關性分析的結構包括：動態事件庫、事件知識模 型、網絡監視器和相關器，網絡系統中的對象之間關系的所有信息被存 儲在動態事件庫中，事件庫中的信息都是動態變化的，事件知識模型就 從動態事件庫中提取相應的信息，并根據這些信息將系統中各種可能的 武漢i ：程人學碩十學位論文 事件以某種結構表示出來。網絡監聽器的作用就是隨時監聽網絡變化情 況、收集網絡中的變化信息，使用相關器來網絡監視器收集的信息進行 分析，從而找到網絡發生故障的準確位置和根本原因?；谝蚬P系的 相關性分析方法的優點是它便于動態地收集和處理故障，表達直觀。 3 基于層次分析的相關性分析( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) 4 】 基于層次分析法思想首先確定告警權值，以期使告警權值的確定更 加科學合理化，a h p 方法把復雜問題分解成各個組成因素，又將這些因 素按支配關系分組形成遞階層次結構，通過兩兩比較的方法確定層次中 諸因素的相對重要性，然后綜合決策者的主觀因素數量化，使得最終的 決策科學化，避免了人的主觀性預測與實際的矛盾。a h p 方法作為一種 決策方法，在各個學科領域都得到了廣泛的應用。它的優點是可以把復 雜問題簡單化。但如何確定一個有效的告警權值的卻是個難點。 4 基于代碼相關性分析( c o d eb o o ka p p r o a c h ) 【1 5 1 基于代碼相關性分析跟因果關系分析方法類似，告警是實時監測的， 告警相關性分析復雜性的降低主要通過對事件知識模型的預處理來實現 的。運維人員根據看到的告警信息對故障進行編碼?；诖a相關性分 析的方法中一個很重要的特性就是，這些編碼被保存的最小，所以存儲 編碼的容量相對來說可以很大。告警相關性分析還有一個其他方法不具 備的能力：根據計算出的故障代碼之間的漢明距離，來測量每兩個故障 之間的關聯性，這可以大大提高對丟失告警信息和不完整的告警信息容 忍程度。這種方法更簡單、使用范圍廣、速度快，但該方法不具備好的 自適應性，同時智能化程度也待提高。 5 基于模型推理的相關性分析( m o d e l b a s e ds y s t e m ) 基于模型的系統主要依靠對其功能行為和結構的顯式表示來對系統 進行推理的系統，其中網絡結構和行為都被建模，網絡結構包括：網元 類型和拓撲結構等；網絡行為指告警的動態相關性，基于模型的系統已 經比較成熟，目前已被廣泛的應用到通信網絡故障管理中?；谀Ｐ偷?系統如果采用模塊化方式，然后根據一個實際可用的系統的不同方面分 別進行建模，這樣就可以很好地滿足一些需要擴展和升級的系統。但任 第2 章告警相犬性分析的意義及分析方法 何方法都不可能完美，雖然基于模型的系統具有解決新問題的能力，但 對超出它們知識范圍的問題時性能會很大幅度地降低，其優勢也就顯不 出來。 6 基于范例推理的相關性分析( c a s e b a s e dr e a s o n i n ga p p r o a c h ) 2 】 基于范例推理的相關性分析方法中知識的基本單位是范例而不是規 則。很多歷史范例都被存儲起來以便以后檢索用來解決新出現的問題。 解決歷史問題的辦法變成處理新問題的經驗，新問題的解決辦法又構成 新的范例，然后系統將新的范例加入到數據庫中變成歷史經驗，為將來 解決新問題使用，系統可以通過自己積累的方法來獲取更多的知識。既 然知識被儲存起來，那么就涉及到事例知識庫的維護問題，范例知識庫 主要是按照著名的遺忘曲線理論來維護，像人腦一樣對任何不經常使用 和長期使用的知識就會忘記，知識庫也一樣，對長期不用的信息將被自 動遺忘，為了節省空間，則要刪除長期不用的范例?；诜独评淼膬?點是具有很強的學習能力，如果一個問題被成功解決，解決方案將被存 儲下來，如果問題沒有解決，先找到失敗的原因，然后記錄下來，防止 以后犯相同的錯誤。但這種方法應用的領域比較窄，通用性不強。 7 模糊邏輯相關性分析( f u z z yl o g i c ) 3 4 】 模糊邏輯方法用來處理一些由于通信網絡結構的復雜性和不可能建 立網絡的精確模型等所帶來的問題。由于網絡出現的一些客觀原因，告 警信息之間的關系會不完整，這時就需要模糊邏輯的方法來設計一個不 精確的網絡模型來推導他們之間的規則。對于比較詳細的網絡模型，由 于網絡配置變化比較頻繁，所以這種網絡模型過時的速度就很快。 8 人工神經網絡相關性分析( n e u r a ln e t w o r k s ) 婚1 神經網絡能夠快速有效地識別給定模式，它的應用在多領域已被成 功證實，例如：多傳感器目標跟蹤、圖像、醫療診斷以及數據壓縮等。 經過研究發現用神經網絡來處理告警相關性分析是一種很有效的方法。 神經網絡的組成：輸入層、隱含層和輸出層，這是最基本的3 層神經網絡 模型，神經元被分成了幾層，每一層的輸出是下一層的輸入。而運用到 告警關聯關系中的神經網絡模型就一對一的關系，即一個輸入和一個輸 武漢【：稃人學碩+ 學位論文 出，但可以有多個隱含層。網絡中所有連接方向都是前向沒有反饋的。 前饋網絡可以從不斷的輸入和輸出訓練中學習一般化的知識，具有很好 的學習功能和自適應性。神經網絡在使用不同的告警模式進行訓練時， 會具有不同的記憶和學習能力，這也是人工神經網絡相關性分析方法的 最大優點。 9 貝葉斯網絡相關性分析( b a y sn e t w o r k ) 貝葉斯網絡是一個有向無環圖，隨機變量集組成網絡節點，一對連 接節點對的有向邊組成一個集合，每個節點都有一個概率分布量化其父 節點對該節點的影響。貝葉斯網絡的優點在于提出一個處理不確定性的 新方法，通過這個新方法，對于不完全的和不精確的告警信息，通過貝 葉斯網絡來分析他們之間的告警相關性，進行推理相關性，可以彌補告 警事件的不確定性。 1o 數據挖掘相關性分析 1 9 - 2 2 】 數據挖掘就是一種基于過去數據泛化的歸納學習方法，通俗的說話 就是淘金的過程，它即從海量的數據中挖掘出價值比較高信息和發現知 識模式。在通信領域中，數據挖掘的典型應用就是可以通過對歷史告警 數據的分析來發現告警相關性規則【4 5 】。數據挖掘可以通過分析存儲在知 識庫中的歷史告警信息，分析他們之問的關系得到告警之間的關聯規則， 然后利用這些規則去解決新出現的網絡故障。數據挖掘方法的優點是當 網絡拓撲結構發生變化時，可以直接通過告警的歷史記錄進行數據分析， 自動發現新的告警相關性規則，不需要知道網絡拓撲結構。但數據挖掘 相關性方法實現起來比較繁瑣。 本文將主要討論基于規則推理的網絡告警相關性分析方法對s d h 網 絡進行分析，s d h 網絡設備之間關聯性很強，一個故障的產生可能引起 另一個故障的產生，這里為了彌補規則庫難以維護的問題，所以在對s d h 網絡進行分析的得出一些規則的時候全面地綜合了一些專家對s d h 網絡 設備的研究，更全面更詳細地從其中的相關性中獲得更多知識，從而達 到網絡故障的及時準確診斷與定位和可能發生的重大故障預測的目的。 第2 章告警相關性分析的意義及分析方法 2 3 小結 本章介紹了網絡故障管理的任務和功能，說明了故障和告警之間的 關系，接著重點介紹了告警相關性分析定義，對目前告警相關性分析的 幾種方法進行了利弊分析，最后對本文用到的告警相關性分析方法進行 了說明。下一章是本論文研究的重點也是論文的理論支架，針對s d h 網 絡的特性對其進行告警相關性分析與關聯關系設計。 第3 章s d i ) 告警分析與關聯關系設計 第3 章s d h 告警分析與關聯關系設計 3 1s d h 告警分析的意思 s d h 同步數字體系【2 3 】是由一些基本網絡單元組成，可進行同步信息 的傳輸、復用分插和交叉連接的傳送，同時能為現代信息傳輸網絡節點 提供世界統一規范1 3 7 , 3 8 1 ，復用方式易于實現，使網絡具有很強的自愈功能， 實現靈活的業務調配【2 4 】。 s d h 設備的原子模塊之間聯系很緊密，一般網絡中出現一個故障就 會引起許多其他類型的告警信息出現，但這些原子模塊對異常情況具有 自我檢測能力，并可以進行告警信息自我顯示。一個s t m 一1 6l o s 缺陷就 可能引起成千個a i s 缺陷( 如v c 4 一a i s 、v c l 2 。a i s 、t u a i s 等) 禾d r d i 缺陷 ( ! z 1 m s r d i 、v c 4 r d i 、v c 12 r d i 等) 忉。 我們知道分析s d h 的相關性包括：它本身技術，它的實際網絡物理 拓撲、它的各個業務層的邏輯拓撲，這些顯然都大大地增加了s d h 故障 管理在實現中的復雜度曄】。s d h 的幀結構為塊狀，有著豐富的開銷比特 用于網絡管理，并對其中的告警都有明確的指示。因此，掌握s d h 的基 本結構和主要單元功能，對s d h 告警的分析和研究很重要。 3 1 1s d h 基本網絡單元 幀結構、段開銷、通道開銷、同步復用和指針組成了s d h 的基本網 絡單元。對各個單元結構的介紹如下： 1 幀結構 s d h 信號的傳輸模塊是以字節為單位的矩形塊狀結構。 武漢：科人學碩： = 學位論文 9 夕0 一一， 2 6 1 歹u ， r s o h s t m 一1 凈負荷( 含p o h ) a u p t r m s o h 圖3 1s t m 1 信號幀結構 圖3 1 是s t m 1 由2 7 0 y l j 矛1 1 9 行字節組成的塊狀結構的信號幀結構，幀 結構中的字節的傳送順利是：從左到右、自上而下。 1 9 n2 7 0 n r s o h s t m 1 凈負荷( 含p o h ) a u p r r m s o h 圖3 2s t m - n 信號幀結構 如圖3 2 所示是s t m n 信號幀結構，s d h 的傳輸模塊s t m n 是個高 階同步模塊。 通道段開銷( s o h ) 、管理單元指針( a u p t r ) 和信息凈負荷這三個 區域組成幀結構，為了保證信息凈負荷傳送的靈活性，段開銷區域主要 存放一些信息，如：幀的定位信息、運行中的狀態信息、管理中監視信 息和維護報告等；段開銷又被分為再生段開銷( r s o h ) 矛h 復用段開銷 ( m s o h ) 這兩部分。管理單元指針區域存放的是指針字節，指針字節的作 用就是指定位置，在傳輸過程中為了使接收端能夠無誤地進行信息分解 2 5 1 ，凈負荷的第一個字節在s t m n 幀內的準確位置是由指針字節的來指 +ii|始a l i l + +il姑a iil上 第3 章s d h 告警分析與關聯關系設計 不o 2 復用單元 容器( c ) 和虛容器( v c ) 、支路單元( t u ) 和支路單元組( t u g ) 、管理單 元( a u ) 和管理單元組( a u g ) 這五部分組成了復用單元。對各個單元的具 體介紹如下： ( 1 ) 容器和虛容器 容器的作用就是為虛容器服務，并且相應地容器存在于每個確定的 虛容器里，同時容器為虛容器提供網絡相關同步信息凈負荷的信息結構， 虛容器中的容器分別為c 1 2 、c 3 和c - 4 ，都是由字節組成的塊狀結構。4 y l j x 9 行2 字節組成的塊狀結構組成了c 1 2 的子幀，4 x ( 4 y t j x 9 行2 字節) 組 成的塊狀結構組成了它的復幀。8 4 y l j x 9 行組成的塊狀結構組成了c 3 的 幀。2 6 0 列9 行組成的塊狀結構組成了c 4 的幀。虛容器是由信息凈負荷 和通道開銷組成的塊狀幀結構，因為它中包含有特定的容器，所以虛容 器的功能就相當于容器功能，主要支持s d h 中通道層之間連接的信息結 構，實現將各種速率的信號靈活地進行多路復用。虛容器又分為v c 3 和 v c 4 組成的高階虛容器、v c 1 2 和v c 3 組成的低階虛容器。v c 1 2 的子 幀結構是由c 1 2 ) j i l l 字節v c 一1 2 通道開銷組成的塊狀結構。v c 3 由c 3 j j i ：i 9 字節v c 一3 p o h 組成的塊狀結構。v c 4 由c 4 加9 字節v c 4 p o h 組成塊狀結 構。 ( 2 ) 支路單元和支路單元組 支路單元指針和低階虛容器兩部分組成了支路單元，在高階v c 凈負 荷中占據固定位置的1 個或多個支路單元組成的集合又組成了支路單元 組。因為支路單元組包含許多支路單元，所以他們的作用是相同的，都 是在低階和高階通道層之間提供適配的信息結構，支路單元指針指向從 低階虛容器幀起點相對于高階虛容器幀起點間的偏移處。t u 1 2 和t u 3 組成了支路單元，其中t u 一1 2 子幀結構由v c 1 2 加1 字節支路單元指針組 成的塊狀結構，t u 3 由v c 3 3 1 3 字節支路單元指針組成的塊狀結構。 t u g 2 和t u g 一3 是支路單元組，其中3 個t u 一1 2 按字節交插復接組成一個 t u g 一2 ，7 個t u g 2 按字節交插復接或由1 個t u 3 組成一個t u g 3 。 武漢ji i 程大學碩+ 學位論文 ( 3 ) 管理單元和管理單元組 管理單元指針組成了管理單元，管理單元指針指示高階虛容器和指 示高階虛容器幀起點相對于復用段幀起點間偏移，多個管理單元的集合 又組成管理單元組。因為管理單元組包含管理單元，所以它們的作用就 相同，都是提供高階通道層和復用段層之間適配的信息結構。v c 一4 j j h 9 字節管理單元指針組成管理單元a u 。4 塊狀結構。1 個a u 4 組成1 個管理 單元組【2 6 】。 3 段開銷字節安排 根據圖3 3 來分析各個字節的意義，上面三行表示s o h 區，下面5 行表 示m s o h 區。r s o h 、m s o h 提供對s d h 信號的層層細化的監控能力。 s d h 設備是通過a 1 和a 2 字節用來識別s t m n 幀的起始位置的，進行 幀定位。 j o 字節標示再生段的蹤跡，使段接收機根據j o 記錄的信息與指定的 發送機連續地連接，避免斷開連接。 b 1 和b 2 在s d h 中分別完成不同段層的誤碼性能檢測，其中b 1 字節作 用是來監測再生段層誤碼性能的，3 + b 2 與b ，類似，但它主要是監測復用 段誤碼性能的。 e l 字節的作用是提供公務通信信道，其中在再生器接入的是e l 。 d l d 1 2 這1 2 個字節主要提供( d c c ) ，s d h 管理n ( s m n ) 的傳送信 道數據就是由通信信道是用來構成的。 k 1 字節和k 2 字節中的b l b 5 提供自動保護倒換( a p s ) 信道，用作復用 段保護的a p s 信令。 k 2 字節中的包含的b 6 b 8 這3 個字節主要提供復用段遠端失效指示 ( m s r d i ) 。向發送端回傳指示信號由m s r d i 來完成，指示信號是用來 表示接收端檢測到輸入失效，也可以表示正在接收復用段告警指示信號 ( m s a i s ) 。 s l 字節中包含的b 5 b 8 這4 個字節用來表示同步狀態信息。 m 。字節存放復用段遠端誤碼指示信息。 第3 章s d h 告警分析與關聯關系設計 a ia i a ia 2a 2a 2j o b le lf l d id 2d 3 a u p t r b 2b 2b 2k lk 2 d 4d 6 d 7d sd 9 d l od nd 1 2 s lm ie 2 3 28 d h 告警機理 3 2 1s d i - ! 設備結構及功能 圖3 3s t m 1 段開銷字節安排 如圖3 4 所示，線路單元( l u ) 、交叉連接單元( x c ) 、支路單元( t u ) 、 總線、主控單元( s c c ) 、時鐘單元( s t g ) 、開銷處理單元( o h p ) 以及輔助單 元 2 7 1 這些主要單元組成ts d h 設備骨架。 圖3 - 4s d h 設備功能框圖 武漢一l ：程人學碩+ 學位論文 如圖3 5 所示，s d h 設備功能按照信號流流向方式將線路單元( l u ) 、 支路單元( t u ) 細分為：同步物理接e 3 ( s p i ) 、再生段終端( r s t ) 、復用段終 端( m s t ) 、復片j 段保護( m s p ) 、復用段適f l p , ( m s a ) 、高階通道終端( h p t ) 、 高階通道適f l 己( h p a ) 、交叉連接單元( x c ) 、低階通道終端( l p t ) 、低階通 道適配( l p a ) 、準同步物理接口( p p i ) i1 個部分。 圖3 5s d h 信號流程框圖 從上到下各功能塊作用描述如下： 1 s p i 的作用是完成s t m n 的光電信號之間的相互轉換，提取出時鐘信 號。 2 r s t 的作用是從再生段中提取信息，同時產生再生段信息。 3 m s t 的作用是從復用段提取信息，將s t m n 分解為每個v c 4 信號。 4 m s p 主要完成a p s 協議的保護，它是通過k l 、k 2 字節來完成此任務的。 5 m s a 主要負責對a u 指針進行調整和處理。 6 h p t 主要對c 4 信號進行提取同時產生此信號。 7 h p a 主要完成t u 指針的產生，對此指針信息進行解釋和調整，同時還 負責將a u 指針轉化為t u 指針。 8 x c 主要負責將兩部分連接起來。 9 l p t 主要負責對低階通道t u 進行分解和產生。 1