CN102273133B

CN102273133B - 网络故障诊断方法及装置和系统

Info

Publication number: CN102273133B
Application number: CN201180000448.8A
Authority: CN
Inventors: 张天虎
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN102273133A; WO2011116724A3; WO2011116724A2

Abstract

一种网络故障诊断方法及装置和系统。其中网络故障诊断方法，包括：创建IP网络的语义本体；获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息；基于该IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；在发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；比对该IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。本发明实施例提供的方案可自动快速的诊断出IP网络中的疑似故障点。

Description

网络故障诊断方法及装置和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及网络故障诊断方法及装置和系统。

背景技术

整个网际互联协议(IP，Internet Protocol)网络是由多个路由器相互连接而建立起的路由网络，路由器通过各种路由协议来交互路径可达信息，基于这些信息，每个路由器自行决定如何将数据包传递到目的地。

如果任何链接或节点失败，路由器会检测并散布这个信息到整个网络，同时自动寻找替代路径以绕过故障点；其它路由器接收到这个信息后，也会跟着刷新自己的路径可达信息，从而完成一次IP网络的收敛(自愈)过程。

如图1所示，IP网络在业内经常被描述成一朵云或是一个黑箱，这种描述是基于IP网络的固有特点而来的。例如传统的电路交换网络中任何两个节点的路径是众所周知的，其特性也是可以预测的；而IP网络中的每个路由器仅仅是将数据包从源转发到其目的地，但每个数据包所经历的完整确切的路径在某个时间点之前是动态和未知的。

目前，当IP网络上面运行的业务出现问题时，每次都需由专业技术人员通过手工分析(如通过Ping或TraceRoute等检测工具)来解决故障问题，而分析的过程通常是非常耗时的，而这很可能影响到业务运行。

发明内容

本发明实施例提供网络故障诊断方法及装置和系统，以期自动快速的诊断出IP网络中的疑似故障点。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

一种网际互联协议IP网络故障诊断方法，包括：

创建网际互联协议IP网络的语义本体；

获取所述IP网络的拓朴信息和路由规划信息；

基于所述IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建所述IP网络的基准态资源描述框架RDF文档实例；

在发现所述IP网络的路由信息发生变化时，获取所述IP网络变化后的路由信息；

基于所述IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建所述IP网络的中间态RDF文档实例；

比对所述IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出所述IP网络中的疑似故障点。

一种故障诊断装置，包括：

本体创建模块，用于创建网际互联协议IP网络的语义本体；

第一获取模块，用于获取所述IP网络的拓朴信息和路由规划信息；

第一实例化模块，用于基于所述本体创建模块创建的IP网络的语义本体和第一获取模块获取的拓朴信息及路由规划信息，创建所述IP网络的基准态资源描述框架RDF文档实例；

第二获取模块，用于在发现所述IP网络的路由信息发生变化时，获取所述IP网络变化后的路由信息；

第二实例化模块，用于基于所述本体创建模块创建的IP网络的语义本体和第一获取模块获取的IP网络的拓朴信息、及第二获取模块获取的IP网络变化后的路由信息，创建所述IP网络的中间态RDF文档实例；

故障推演模块，用于比对第一实例化模块创建的IP网络的基准态RDF文档实例和第二实例化模块创建的IP网络的中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出所述IP网络中的疑似故障点。

一种故障诊断系统，包括：

网际互联协议IP网络和管理该IP网络的网管；

其中，所述网管，用于创建所述IP网络的语义本体；获取所述IP网络的拓朴信息和路由规划信息；基于所述IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建所述IP网络的基准态资源描述框架RDF文档实例；在发现所述IP网络的路由信息发生变化时，获取所述IP网络变化后的路由信息；基于所述IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建所述IP网络的中间态RDF文档实例；比对所述IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出所述IP网络中的疑似故障点。

由上可见，本发明实施例中引入了包含推演规则的故障诊断知识库，通过创建IP网络的语义本体；并在获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息后基于该IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；在发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；并基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；通过比对出该IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例得出区别路由段，进而调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点，该故障诊断机制可实现自动快速的诊断出IP网络中的疑似故障点，并且可为在影响业务的重大问题发生前及时给出预警奠定基础，从而提升网络的稳定性，保障业务的稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的一种IP网络示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种IP网络故障诊断方法的流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种IP网络故障诊断方法的流程示意图；

图4-a是本发明实施例二提供的一种IP网络分层结构示意图；

图4-b是本发明实施例二提供的一种资源关系示意图；

图4-c是本发明实施例二提供的另一种资源关系示意图；

图4-d是本发明实施例二提供的一种IP网络的UML模型示意图；

图4-e是本发明实施例二提供的一种IP网络的语义本体示意图；

图5-a是本发明实施例二提供的一种IP网络拓扑场景示意图；

图5-b是本发明实施例二提供的一种IP网络的路由分布矩阵示意图；

图6-a是本发明实施例二提供的一种IP网络故障场景示意图；

图6-b是本发明实施例二提供的一种IP网络故障推演过程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种故障诊断装置示意图；

图8是本发明实施例提供的一种故障诊断系统示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种网络故障诊断方法及装置和系统。

以下分别进行详细说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面首先简单介绍语义网(Semantic-Web)，Semantic-Web被定义为是一种使用可被计算机理解的方式来描述事物的网络，Semantic Web的目标是以一种能够被智能代理(例如计算机或AI实体)解释(理解)的、自然的、正式的语言来表述来自万维网的信息，从而允许这些智能代理以具有类似智能思维的自动化的方式来查找，以共享和整合万维网信息。

Semantic-Web提供了一个动态、分布式、建立于形式逻辑上的、可扩展的结构化知识(本体(ontology))框架，语义网可提供丰富的语义结构，进而可用于建立一个更有意义的知识体系。其中，本体(ontology)和其关联推理系统是Semantic-Web的两个基础。

Semantic-Web一个重要的优点是，支持计算机具有对网络中所存储的数据进行智能评估的能力，其中，Semantic-Web定义了基本的操作语法，可基于该操作语法并根据实际需要，设计模型以完成智能评估算法。

Semantic-Web提供了一种崭新的信息描述和知识表达手段，使不同计算机对信息含义的理解达成一致，并能实现语义层上信息的互操作。

根据Semantic-Web的体系结构可知，Semantic-Web的实现主要依赖于可扩展标记语言(XML，Extensible Markup Language)、Ontology(本体)和资源描述框架(RDF，Resource Description Framework)等。

其中，RDF是一个建立在XML技术之上的资源描述框架。RDF的基本数据类型非常简单，并不比表达和完成一系列简短的断言复杂。例如“网络包含网元”这句话在RDF中表现为一个声明(statement)。而声明在结构上可以分为三部分：主体(如网络)、谓体(如包含)、客体(如网元)。

在RDF中，任何1个实体都被认为是1个资源(resource)对象，有唯一的通用资源标志符(URI，Uniform Resource Identifier)来标识，而任何实体都可以用一个三元组描述，RDF的属性资源在资源之间进行关联，利用这些三元组的组合，可建立起对一个客观世界的描述。

RDF-S(RDF Schema)是对RDF资源描述文件中出现词汇的定义，RDF-S由三部分组成，分别是：基本概念、用于定义新词汇的schema定义概念和使用概念。其中，基本概念包括：资源、属性和声明等，RDF Schema定义概念是指，从已有的概念中定义新概念的词汇，定义新词汇包括：子属性、类、类型和子类等。为了能够反映在对资源及其属性定义中的约束信息，用领域范围对三元组的主语和宾语的取值范围进行约束。在使用概念的定义中，RDF-S使资源具有三种可选取的方式：集合、资源的有序排列和选择性的约束。

下面通过具体实施例进行详细介绍。

实施例一

本发明一种IP网络故障诊断方法的一个实施例，可包括：创建IP网络的语义本体；获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息；基于上述IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；在发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；比对上述IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段，调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。

参见图2，具体步骤可包括：

210、创建网际互联协议IP网络的语义本体；

其中，本发明实施例中力求基于Semantic-Web框架，提供构建、推理和管理IP网络的路由系统的一种方案，而IP网络可被视为一个具有明确的用语规范的知识体(即，IP网络自身可看成是一个可通过Semantic-Web的语法来定义的知识体)，即1个语义本体(Ontology)；可利用RDF(资源描述框架)表示IP网络上的资源信息。

业界的网络本体语言(OWL，Web Ontology Language)是一种万维网联盟(W3C，World Wide Web Consortium)推荐的Web本体描述语言，OWL能够清晰地表达词汇表中词条的含义以及这些词条之间的关系。OWL是基于描述逻辑的，其相对XML、RDF和RDF Schema而言，具有更多的逻辑机制来表达语义，添加了更多的用于描述类和属性类型的词汇。因此，OWL可看成是对RDF和RDFS语义描述能力的一种补充。

本发明实施例中可使用OWL来描述IP网络的语义本体(模型)，以期提供可表达1个共同框架的元数据(OWL描述的语义本体称之为元数据)，以便于其可在不同应用程序之间交换信息而不损失意义。当然，亦可使用其它Web本体描述语言来描述IP网络的语义本体，此处不做限定。

在实际应用中，通过OWL描述的IP网络，可能需要包含如下资源：

物理设备(如Router)、物理设备所在的物理位置(Location)、物理设备连接网络的接口(Interfaces)；

同时，还可能包括如下属性的一种或多种：

描述设备和接口之间的关系的属性(如HasInterface)、描述设备和其连接的网络的关系的属性(如ConnectWith)、设备具有的逻辑标识(Name)的属性等。

可以理解，基于使用例如上述有限的一些资源和属性，能够建立起针对物理IP网络的基本描述，创建IP网络的语义本体。

220、获取IP网络的拓朴信息和路由规划信息；

其中，例如网管等设备在IP网络规划部署时即可获得该IP网络的拓朴信息和路由规划信息等。

举例来说，IP网络的拓朴信息和路由规划信息可能包括：

IP网络中的各路由器的位置、端口信息、端口IP地址和掩码信息配置，自治区(AS，Autonomous System)配置、每个端口连接的IPDomain、标准测量值(Metric)信息等；各个路由器配置的路由信息(包括特殊配置等、静态路由配置等)。

230、基于上述IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；

其中，IP网络的语义本体创建完成后，就可对IP网络实体进行描述，即基于上述IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例，基准态RDF文档实例描述了该IP网络的初始路由状况。此过程与面向对象程序中将类实例化的过程类似，其中，此处的IP网络的语义本体类似于面向对象中的类，实例化过程可看成是将实际数据(如IP网络的拓朴信息和路由规划信息)写入到类(语义本体)中的过程(赋值)。

240、在发现上述IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；

在实际应用中，可通过网管协议或根据IP网络中的哑元路由器上报，监测IP网络的路由信息是否发生变化，当发现IP网络的路由信息发生变化时(说明有些数据的路由路径发生了变化，而这很可能是由与网络中的某点故障引起的路由收敛)，获取该IP网络变化后的路由信息。

250、基于上述IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；

可以理解，中间态RDF文档实例描述了IP网络当前的路由状况，而中间态RDF文档实例所描述的IP网络当前的路由状况，可能与基准态RDF文档实例所描述的该IP网络的初始路由状况存在差异。

260、比对上述IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。

在实际应用中，在比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例时，可创建上述IP网络的基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；创建该IP网络的中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；而后比较该基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵和该中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵，进而得出区别路由段。或者，亦可通过逐条比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，得出区别路由段。

故障诊断知识库中可包含：不同路由段发生变化后所适用的用于推演疑似故障点的推演规则(一组推演规则可能包含若干条选择语句和查询语句)，举例来说。当比对发现A到B的路由路径，从初始的A-＞R_a1-＞R_a4-＞R_a3-＞R_a2-＞B变换为A-＞R_a1-＞R_a4-＞R_a5-＞R_a6-＞R_a2-＞B；变化的路由段为R_a4-＞R_a3-＞R_a2，可能的故障点位于R_a4-＞R_a3之间，和/或，R_a3-＞R_a2之间。而故障诊断知识库中则包含有变化路由段R_a4-＞R_a3-＞R_a2发生变化后所适用的用于推演疑似故障点的推演规则，其它场景以此类推。因此，在比对出的区别路由段后，可根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。例如，可逐跳比较区别路由段的初始的标准测量值(Metric)和IP网络当前的Metric，根据Metric的不同确定疑似故障点。

此外，为便于更好的复用、扩充更新故障诊断知识库，故障诊断知识库可基于标准格式的语义网查询语言(SWQL，Semantic-Web Query Language)或其它通用格式的描述语言来描述。此外，例如网管或其它维护故障诊断知识库的设备若接收推演规则更新指令；则可根据该推演规则更新指令，更新故障诊断知识库中的部分或全部推演规则。即，可允许用户根据经验公式或特殊路由配置场景，更新故障诊断知识库中的部分或全部推演规则，这样有利于更为准确的推演故障点。

可以理解的是，本实施例的方案可在网管或其它类似设备上实施，以对IP网络的路由系统进行快速自动的监控诊断。

可以看出，本实施例中引入了包含推演规则的故障诊断知识库，通过创建IP网络的语义本体；并在获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息后基于该IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；在发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；并基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；通过比对出该IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例得出区别路由段，进而调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点，该故障诊断机制可实现自动快速的诊断出IP网络中的疑似故障点，并且可为在影响业务的重大问题发生前及时给出预警奠定基础，从而提升网络的稳定性，保障业务的稳定运行。

实施例二

为便于更好的理解和实施本发明实施例的技术方案，下面以网管通过故障推演查找IP网络中的疑似故障点的一种过程为例，进行详细描述。

参见图3，具体可以包括：

301、创建IP网络的语义本体；

其中，本实施例中主要以使用OWL来描述IP网络的语义本体为例，使用其它Web本体描述语言来描述IP网络的语义本体类似。

OWL描述的语义本体亦可称之为元数据，若使用OWL来描述IP网络的语义本体，可以提供可表达1个共同框架的元数据，这样有利于实现在不同应用程序之间交换信息而不损失意义。

同时，还可能包括如下属性的一种或多种：

描述物理设备和接口之间的关系的属性(如HasInterface)、描述物理设备和其连接的网络的关系的属性(如ConnectWith)、描述物理设备具有的逻辑标识(Name)的属性等。

创建IP网络路由层面的描述，首先需要收集关于该IP网络的各种资源和属性信息，一种方式是从统一建模语言(UML，Unified Modeling Language)模型入手。因此，可先对IP网络进行UML层面的建模，即面向对象的建模，以便于后续抽象出IP网络的语义本体(模型)。其中，UML是一种用来对软件密集系统等进行可视化建模的语言。UML可用于为面向对象开发系统的产品进行说明、可视化和编制文档的一种标准语言。

目前，IP网络大多是分层建设的，IP网络划分成很多自治区，每个自治区都通过一个边界路由器接入骨干区；自治区内包含多个路由器。自治区分层联合的结构可如图4-a所示(Ra和Rb为边界路由器)。同一个自治区内的路由使用内部网关协议(IGP，interior Gateway Protocols)协议(例如开放式最短路径优先(OSPF，Open Shortest Path First)协议和中间系统到中间系统的路由选择协议(IS-IS，Intermediate System to Intermediate System Routing Protocol)来计算路由。

本发明实施例中主要以一个自治区AS为基础来实施建模。

例如，UML建模首先可进行如下定义：

定义NetElement对象，用于代表任意网络上的网元，每个NetElement对象都有Location信息；

定义Router对象，是NetElement对象的子类，代表一个路由器；

定义EdgeRouter对象，是Router对象的子类，代表边界路由器；

定义ASDmain对象，是NetElement对象的子类，代表一个AS域，其中包含可多个Router，但只包含一个EdgeRouter；

定义Link对象，表示路由信息；

路由信息可分成三类，一类是直连路由DirectLink，即metric()等于0的路由；第二类是非直连路由UnDirectLink，metric不为0的路由，最后一个是缺省路由DefaultLink主要是出AS的路由；每个路由器包含多个Link对象；

定义Interface对象，用于定义Router上的物理接口；

定义IPDomain对象，用于定义一个IP子网。

举例来说，路由器，接口和子网之间的关系可如图4-b所示：

即，Router具有(Has)接口(Interface)，Interface连接到(ConnectWith)IP子网(IPDomain)。

而路由、Link和IPDomain之间的关系可如图4-c所示：

即，IP子网(172.10.15.0)和IP子网(172.100.16.0)之间相对于Router1是直连(DirectLink)；而IP子网(172.10.15.0)和IP子网(198.1.15.0)之间相对于Router1是非直连(UnDirectLink)。

举例来说，一种IP网络路由层面的UML模型可如图4-d所示。

其中，图4-d示出了NetElement对象、Router对象、EdgeRouter对象、ASDmain对象、Link对象(包括UnDirectLink、DefaultLink、DirectLink等三类)、Interface对象、及IPDomain对象等等对象之间的从属对应关系。

在IP网络的UML模型创建后，创建IP网络的语义本体。

首先，可从IP网络的UML模型中提取相关的词汇(Vocabulary)建立起词汇库，例如，提取Router、IPDomain和Link等基础词汇。

然后，可收集Predicate(谓语)用于建立基础词汇和基础词汇的关系，例如可收集HasInterface、ConnectWith等，其中，HasInterface可将Router和Interface关联起来(Router具有Interface)，ConnectWith可将Interface和IPDomain关联起来(Interface ConnectWith IPDomain)。

进一步的，还可以对原始的语义进行丰富，比如，边界路由器可同时属于AS和BackBone等。

举例来说，N3格式描述的一个IP网络的语义本体的部分可如表1所示，但不局限于此：

表1

例如，可参见图4-e以便理解IP网络的语义本体，图4-e为IP网络的语义本体的一种示意图，但不局限于此。

302、网管获取IP网络的拓朴信息和路由规划信息；

其中，网管可以在IP网络规划部署时获得该IP网络的拓朴信息和路由规划信息等，即网管可以根据IP网络规划部署情况(静态配置信息)，获知该IP网络的拓朴信息和路由规划信息等。

303、网管基于IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；

其中，IP网络的语义本体创建完成后，就可对IP网络实体进行描述，即基于该IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例，基准态RDF文档实例描述了该IP网络的初始路由状况。此过程与面向对象程序中将类实例化的过程类似，其中，此处的IP网络的语义本体类似于面向对象中的类，实例化过程可看成是将实际数据(如IP网络的拓朴信息和路由规划信息)写入到类(语义本体)中的过程(赋值)。

为了便于理解，下面以如图5-a所示的一个简单IP网络为例。

如图5-a所示的IP网络中，包括R1、R2和R3等3个路由器，其将6个IP子网IPDomain1、IPDomain2、IPDomain3、IPDomain4、IPDomain5、IPDomain2连接起来，每个路由器上都有三个接口(Interface)。

举例来说，当网管获取到如图5-a所示的IP网络的拓朴信息和路由规划信息后，基于IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建的该IP网络的基准态RDF文档实例的部分片段可如表2所示，但不局限于此：

表2

进一步的，在IP网络的基准态RDF文档实例创建之后，可以使用查询语句或规则(RULE)引擎对RDF数据进行检索和推演。

例如，基于表2所示的基准态RDF文档实例检索和推演。

如查询从源IPDomain1[172.16.1.0]到目的IPDomain3[172.16.100.1]的路径Metric(标准测量值)的过程可如下：

a1、定位与源IPDomian1[172.16.1.0]直连的路由器，可定位到路由器R1；

其中，查询语句具体可如下：

select？router where{？router HasInterface？interface.？interface IPAddress′172.16.1.0′}

a2、查找R1上的路由表信息，可得到metric值是96；

因为，domain1到domain3之间的最短路径是R1-R3-R2，所以路径的metric是32+64＝96(R1-R3的metric为32，R3-R2的metric为64)；

其中，查询语句具体可如下：

select？metric where{R1 hasLink？undirectedLink.？undirectedLinkLinkWith Router:IPDomain3.？undirectedLink Metric？metric}

又例如，查找源IPDomain1[172.16.1.0]到目的IPDomain3[172.16.100.1]的路径信息的过程可如下：

b1、确定源路由器，得到R1；

b2、确定目的路由器，得到R2；

select？router where{？router HasInterface？interface.？interface IPAddress′172.16.100.0′}

b3、收集中间路由器，通过循环查找，直到得到的路由器和目的路由R2相同为止，进一步可得到中间路由器R3；

其中，查询语句具体可如下：

select？router where{R1 hasLink？undirectedLink.？undirectedLinkLinkWith Router:IPDomain-3.？undirectedLink SwtichTo？interface.？routerHasInterface？interface}

如此，即可得到源IPDomain1[172.16.1.0]到目的IPDomain3[172.16.100.1]的路径信息为：R1-R3-R2，其它路径以此类推。

可以理解的是，上面给出的三个推演规则就可以作为故障诊断知识库的一部分。

可以理解，基于基准态的RDF文档实例，通过一系列的查询处理，就可以建立起一张如图5-b所示的针对IP网络的初始的路由分布矩阵，路由分布矩阵中示出了每个IP子网之间的路由路径。而故障诊断知识库中包含不同路由段发生变化后所适用的用于推演疑似故障点的推演规则(一组推演规则可能包含若干条选择语句和查询语句)，例如，故障诊断知识库中可包含有IPDomain1到IPDomain3之间的路由发生变化后所适用的推演疑似故障点的推演规则，其它场景以此类推。

304、网管在发现上述IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；

在实际应用中，网管可通过网管协议或根据IP网络中的哑元路由器(哑元路由器可监听来自其它路由器的路由交换信息，哑元路由器本身也是一个虚拟的路由器，可以识别路由交换信息，哑元路由器可收集到路由重新计算的通知并上报网管)上报的监听信息，监测IP网络的路由信息是否发生变化，当发现IP网络的路由信息发生变化时(说明有些数据的路由路径发生了变化，而这很可能是由与网络中的某点故障引起的路由收敛)，获取该IP网络变化后的路由信息。

305、网管基于IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；

306、网管比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。

在实际应用中，在比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例时，网管可创建IP网络的基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵(网管可在IP网络的基准态RDF文档实例创建后的任意时刻，创建对应的路由分布矩阵)；创建该IP网络的中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；而后比对该基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵和该中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵，进而得出区别路由段。或者，网管亦可通过逐条比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，得出区别路由段。

由于故障诊断知识库中包含：不同路由段发生变化后所适用的用于推演疑似故障点的推演规则，因此，在比对出的区别路由段后，可根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。举例来说，网管可逐跳比较区别路由段的初始的Metric和IP网络当前的Metric，根据Metric的不同确定疑似故障点。

为便于理解，仍以图5-a所示的网络场景为例，当IP网络出现异常时，比如R1-R3之间的链路中断，导致路由收敛，此时，哑元路由器可收集到路由重新计算的通知并上报网管，网管可据此获知有路由发生变化，需要创建当前路由对应的中间态RDF文档实例。

基于该新的中间态RDF文档实例，重新计算源IPDomain1[172.16.1.0]到目的IPDomain3[172.16.100.1]的路径，路径计算方式类似：

c1、确定源路由器，得到R1；

c2、确定目的路由器，得到R2；

c3、收集中间路由器信息，得到R2，最终得出可能由于线路故障，造成路由重算的情况下，IPDomain1[172.16.1.0]到目的IPDomain3[172.16.100.1]是连通的，但是路径变成了R1-R2。

同样，可以找出路径的Metric值为180。

对比故障前后的路由路径可发现，故障前IPDomain1到IPDomain3的路径是R1-R3-R2，故障后是R1-R2。

因此，初步判定R1-R3或R3-R2之间存在链路问题。

重复使用上述推演规则，分别在基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例上查询R1-R3[IPDomain1到IPDomain6/4]的路径信息。

查询基准态RDF文档实例，可得到R1-R3，Metric＝32；

查询中间态RDF文档实例，可得到R1-R2-R3，Metric＝244。

因而，可推断R1-R3链路中断，因为，原来R1-R3的Metric是32，后来Metric变成224，说明R1-R3中断，由于重新选择路由后是R1-R2-R3，对应metric是64+180＝244。如果R1-R3链路没有中断，那么查询两个RDF文档实例得到的路径信息应该相同。

可以发现，通过路由分析就可以及时推断出IP网络中的畸形路由和路由黑洞的严重的问题，特别是在网络初步建设过程中，通过路由对比，可以及时发现规划路由和实际网络路由之间的差异，进而及早发现问题，使得如云一般的IP网络变得相对可视。

当IP网络的路由发生变化时，对应的路由矩阵也发生变换，通过对比相同源到相同目的的路径信息，就可以基本确定引发路由收敛的基本原因，实现问题的快速定位。

307、网管提示推演出的疑似故障点。

在实际应用中，网管可进一步通过故障提示包括，将推演出的疑似故障点向管理员提示，管理员后续可确认该疑似故障点是否真正故障，若确认为真正故障，则可及时的进行修复。

此外，为便于更好的推广、复用、扩充更新故障诊断知识库，故障诊断知识库可基于标准格式的语义网查询语言(SWQL)或其它通用格式的描述语言来描述。此外，例如网管或其它维护故障诊断知识库的设备若接收到用户的推演规则更新指令(网管或其它维护故障诊断知识库的设备提供更新故障诊断知识库的相关接口)；则可根据该推演规则更新指令，更新故障诊断知识库中的部分或全部推演规则。即，可允许用户根据经验公式或特殊路由配置场景，更新故障诊断知识库中的部分或全部推演规则，这样有利于经验共享，更为准确的推演故障点。

本发明实施例中的IP网络语义本体是一个开放体系，可以随着问题的复杂化逐步细化完善，比如针对相同路径路由(即从同一源到同一目的地有多条相同metric的路由)，就可以在语义网中增加Identical Link With属性，用于描述这些相同路由的关系；同时，若能够从路由器上得到快速路由查找表(FIB)信息，就可以确定路由器优选哪个路由作为传送包的基础，这样就可以再在语义本体中增加Priority(优先)属性，用于进一步细化相同路由的等级关系，其它场景依次类推，可不断完善IP网络的语义本体。

为便于更好的理解本发明实施例的IP网络故障推演机制，下面以1个复杂环境下的IP网络故障推演场景为例进行介绍。

例如参见图6-a和图6-b，源节点S1和目的节点D1之间进行业务1，业务1的路由路径为：源节点S1-＞路由器G-＞路由器H-＞路由器J-＞目的节点D1；

源节点S2和目的节点D2之间进行业务2，业务2的原路由路径为：

源节点S2-＞路由器A-＞路由器B-＞路由器C-＞路由器D-＞目的节点D2。

网管可先创建IP网络的语义本体；并获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息；基于上述IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例(稳态一)。

由于故障导致路由器C-＞路由器D中断，此时路由收敛，业务2的新路由路径变为：源节点S2-＞路由器A-＞路由器H-＞路由器J-＞路由器D-＞目的节点D2。

可以理解，由于路由器H-＞路由器J之间的路由段承载了两个业务，可能导致流量拥塞，进而可能影响到业务1和业务2的流畅进行。

参见图6-b，哑元路由器可监听到来自其它路由器的路由交换信息，哑元路由器可收集到路由重新计算的通知后上报网管。

网管根据哑元路由器的上报，发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例(稳态二)。

网管的推演引擎通过推演发现，业务2的路由路径由：

S2-＞A-＞H-＞J-＞D-＞D2变换为S2-＞A-＞B-＞C-＞D-＞D2；

因而，得出区别路由段为A-＞B-＞C-＞D，该路由路径中的A-＞B、B-＞C和C-＞D中一段或多种可能故障。

网管逐跳推演A-B、B-C、C-D，最后发现，稳态二中路径C-D的metric与稳态一中C-D的metric不同，即定位C-D故障。

其它故障场景推演可依次类推。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

为便于更好的实施本发明实施例的上述方案，下面还提供可用于实施上述方案的相关装置。

参见图7、本发明实施例提供的一种故障诊断装置700，可包括：本体创建模块710、第一获取模块720、第一实例化模块730、第二获取模块740和第二实例化模块750。

其中，本体创建模块710，用于创建网际互联协议IP网络的语义本体。

本实施例中，本体创建模块710可使用OWL来描述IP网络的语义本体(模型)，以期提供可表达1个共同框架的元数据(OWL描述的语义本体称之为元数据)，以便于其可在不同应用程序之间交换信息而不损失意义。当然，本体创建模块710亦可使用其它Web本体描述语言来描述IP网络的语义本体，此处不做限定。

同时，还可能包括如下属性的一种或多种：

可以理解，本体创建模块710使用例如上述有限的一些资源和属性，能够建立起针对物理IP网络的基本描述，创建IP网络的语义本体。

第一获取模块720，用于获取上述IP网络的拓朴信息和路由规划信息。

举例来说，第一获取模块720获取的IP网络的拓朴信息和路由规划信息可能包括：IP网络中的各路由器的位置、端口信息、端口IP地址以及掩码信息配置，自治区(AS)配置、每个端口连接的IP Domain、标准测量值(Metric)信息等；路由规划信息包括：各个路由器配置的路由信息(例如包括特殊配置等、静态路由配置等)。

第一实例化模块730，用于基于上述本体创建模块创建的IP网络的语义本体和第一获取模块获取的拓朴信息及路由规划信息，创建上述IP网络的基准态资源描述框架RDF文档实例。

第二获取模块740，用于在发现上述IP网络的路由信息发生变化时，获取上述IP网络变化后的路由信息。

在实际应用中，第二获取模块740可通过网管协议或根据IP网络中的哑元路由器上报，监测IP网络的路由信息是否发生变化，当发现IP网络的路由信息发生变化时(说明有些数据的路由路径发生了变化，而这很可能是由与网络中的某点故障引起的路由收敛)，获取该IP网络变化后的路由信息。

第二实例化模块750，用于基于上述本体创建模块创建的IP网络的语义本体和第一获取模块获取的IP网络的拓朴信息、及第二获取模块获取的IP网络变化后的路由信息，创建上述IP网络的中间态RDF文档实例；

可以理解，第二实例化模块750创建的中间态RDF文档实例描述了IP网络当前的路由状况，中间态RDF文档实例所描述的IP网络当前的路由状况，可能与第一实例化模块730创建的基准态RDF文档实例所描述的该IP网络的初始路由状况存在差异。

故障推演模块760，用于比对第一实例化模块730创建的IP网络的基准态RDF文档实例和第二实例化模块750创建的IP网络的中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出上述IP网络中的疑似故障点。

在实际应用中，故障推演模块760在比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例时，可创建上述IP网络的基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；创建该IP网络的中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；而后比较该基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵和该中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵，进而得出区别路由段。或者，故障推演模块760亦可通过逐条比对IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，得出区别路由段。

故障诊断知识库中可包含：不同路由段发生变化后所适用的用于推演疑似故障点的推演规则(一组推演规则可能包含若干条选择语句和查询语句)，举例来说。故障推演模块760在比对出的区别路由段后，可根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点。例如，故障推演模块760可逐跳比较区别路由段的初始的Metric和IP网络当前的Metric，根据Metric的不同确定疑似故障点。

在一种应用场景下，故障推演模块760可包括：第一矩阵创建模块、第二矩阵创建模块、比对子模块和推演子模块。

其中，第一矩阵创建模块，用于创建上述IP网络的基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；

第二矩阵创建模块，用于创建上述IP网络的中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵。

比对子模块，用于比较上述基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵和上述中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵，得出区别路由段。

推演子模块，用于根据上述比较子模块比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出上述IP网络中的疑似故障点。

在一种应用场景下，故障诊断装置700还可包括：接收模块和更新模块(图7中未示出)。

其中，接收模块，用于接收推演规则更新指令；

更新模块，用于根据上述接收模块接收的推演规则更新指令，更新上述故障诊断知识库中的部分或全部推演规则。

可以理解的是，本实施例故障诊断装置700可部署在网管或其它类似设备上，以对IP网络的路由系统进行快速自动的监控诊断，故障诊断装置700的各个功能模块上述的功能可以根据上述方法实施例介绍的方法具体实现，其具体实现过程可以参见上述实施例中的相关描述，在此不再赘述。

可以看出，本实施例中引入了包含推演规则的故障诊断知识库，故障诊断装置700通过创建IP网络的语义本体；并在获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息后基于该IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；在发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；并基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；通过比对出该IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例得出区别路由段，进而调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点，该故障诊断机制可实现自动快速的诊断出IP网络中的疑似故障点，并且可为在影响业务的重大问题发生前及时给出预警奠定基础，从而提升网络的稳定性，保障业务的稳定运行。

参见图8、本发明实施例提供的一种故障诊断系统，可包括：

IP网络810和管理该IP网络810的网管820；

其中，网管820，用于创建IP网络810的语义本体；获取IP网络810的拓朴信息和路由规划信息；基于IP网络810的语义本体、拓朴信息以及路由规划信息，生成IP网络810的基准态资源描述框架RDF文档实例；在发现IP网络810的路由信息发生变化时，获取IP网络810变化后的路由信息；基于IP网络810的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，生成IP网络810的中间态RDF文档实例；比对IP网络810的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，根据比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出IP网络810中的疑似故障点。

可以理解的是，本实施例网管820可部署有故障诊断装置700，以对IP网络的路由系统进行快速自动的监控诊断。网管820的功能可根据上述方法实施例介绍的方法具体实现，其具体实现过程可以参见上述实施例中的相关描述，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。对各个实施例进行编号只为更清楚的进行描述，并未必然的主次之分。

综上，本发明实施例中引入了包含推演规则的故障诊断知识库，通过创建IP网络的语义本体；并在获取该IP网络的拓朴信息和路由规划信息后基于该IP网络的语义本体、拓朴信息及路由规划信息，创建该IP网络的基准态RDF文档实例；在发现该IP网络的路由信息发生变化时，获取该IP网络变化后的路由信息；并基于该IP网络的语义本体、拓朴信息和变化后的路由信息，创建该IP网络的中间态RDF文档实例；通过比对出该IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例得出区别路由段，进而调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出该IP网络中的疑似故障点，该故障诊断机制可实现自动快速的诊断出IP网络中的疑似故障点，并且可为在影响业务的重大问题发生前及时给出预警奠定基础，从而提升网络的稳定性，保障业务的稳定运行。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的网络故障诊断方法及装置和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种网际互联协议IP网络故障诊断方法，其特征在于，包括：

创建网际互联协议IP网络的语义本体；

获取所述IP网络的拓朴信息和路由规划信息；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比对所述IP网络的基准态RDF文档实例和中间态RDF文档实例，包括：

创建所述IP网络的基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；

创建所述IP网络的中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；

比较所述基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵和所述中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵，得出区别路由段。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述创建网际互联协议IP网络的语义本体，包括：

创建基于网络本体语言OWL描述的IP网络的语义本体。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

基于网络本体语言OWL描述的IP网络的语义本体包括如下资源：IP网络中的物理设备、物理设备所在的物理位置、物理设备连接网络的接口；

基于网络本体语言OWL描述的IP网络的语义本体还包括如下属性的一种或多种：描述物理设备和接口之间的关系的属性、描述物理设备和其连接的网络的关系的属性、描述物理设备具有的逻辑标识的属性。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述故障诊断知识库基于标准格式的语义网查询语言SWQL描述。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收推演规则更新指令；

根据所述推演规则更新指令，更新所述故障诊断知识库中的部分或全部推演规则。

7.一种故障诊断装置，其特征在于，包括：

本体创建模块，用于创建网际互联协议IP网络的语义本体；

8.根据权利要求7所述的故障诊断装置，其特征在于，

所述故障推演模块包括：

第一矩阵创建模块，用于创建所述IP网络的基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；

第二矩阵创建模块，用于创建所述IP网络的中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵；

比对子模块，用于比较所述基准态RDF文档实例对应的路由分布矩阵和所述中间态RDF文档实例对应的路由分布矩阵，得出区别路由段；

推演子模块，用于根据所述比较子模块比对出的区别路由段调用故障诊断知识库中与之对应的推演规则，推演出所述IP网络中的疑似故障点。

9.根据权利要求7所述的故障诊断装置，其特征在于，

所述本体创建模块具体用于，创建基于网络本体语言OWL描述的IP网络的语义本体。

10.根据权利要求7至9任一项所述的故障诊断装置，其特征在于，故障诊断装置还包括：

接收模块，用于接收推演规则更新指令；

更新模块，用于根据所述接收模块接收的推演规则更新指令，更新所述故障诊断知识库中的部分或全部推演规则。

11.一种故障诊断系统，其特征在于，包括：

网际互联协议IP网络和管理该IP网络的网管；