CN106452908A - 一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，属于电子信息技术领域。首先针对某项综合试验中机载网络系统的静态物理结构，对参试的结构部分构建出一棵产品树和一张拓扑图；然后，在针对该项综合试验中机载网络系统的动态试验过程，对参试的结构部分构建试验项目树；并根据产品树、拓扑图和试验项目树，建立故障管理系统的数据模型R_I；继而，针对数据模型R_I中的任意两个故障案例f_i,f_j，判断并确定两个故障案例f_i,f_j之间的动态关联信息；最后在拓扑图上进行高亮显示并保存；本发明为工程技术人员在航电系统设计和排故中直观地发现容易导致关联故障的薄弱环节以及所属的业务逻辑路径，并对系统进行有目的的强化和改进提供了依据。

Description

一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体是一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法。

背景技术

机载网络故障不仅包含静态网络硬件拓扑所反映出的故障；更包含使用过程中以航电业务为流程的各应用逻辑关系所形成的故障，这类故障行为呈现出很强的动态依赖关系和传播特点，主要以动态性和关联性为表现形式：故障的产生和测试业务的路径密切相关，测试中如果不走该路径，则不会产生故障；由单点产生的故障，可以经由测试时选择的业务路径传播至其他设备，具有该类行为特征的网络故障即动态关联故障。

传统FMEA、FMECA和FTA等故障管理系统在分析故障时，均假设故障独立，致使故障与机载网络所支持的业务、网络系统的结构和配置均无关，因此无法对机载网络动态关联故障进行管理并分析。

随着机载网络综合化发展趋势，更广泛的网络化结构中动态关联故障导致的后果往往是灾难性的。在此背景下，当前国内外对动态关联故障的研究不断深化，如何构建支持机载网络动态关联故障管理与分析的系统，已成为这一领域众多专家学者所关注的焦点问题。

此外，国内外对网络动态关联故障的研究主要体现在故障诊断系统和专家系统中。主要应用了诸如关联规则挖掘、模糊推理等方法对故障数据库中故障案例的各个维度的信息按照实际需要进行综合分析，尝试对故障关联性进行挖掘和分析。

如Srikant针对层次化思想提出的基于模糊关联规则挖掘的算法，通过对故障案例中各个维度的信息要素，如时序信息、告警日志等建立起关联规则，然后基于模糊理论进行分析，试图找出故障之间在规则上的联系；Didier Dubois提出的基于逻辑语意的规则挖掘算法，通过逻辑语意模型，对案例库中自然语言描述的故障信息进行提炼，然后利用经典的Apriori算法对故障案例之间的联系进行统计分析，从统计分析的角度试图找出故障案例间的关系。此外还有基于神经网络的分析方法，将故障案例数据库中的故障案例信息作为利用神经网络进行故障诊断的诊断问题组织学习样本，根据问题和样本构造神经网络，选择合适的学习算法和参数，从而能使神经网络从输入数据中找出故障模式、规律和关联性，并通过输出对其进行解释。这方面比较成功的案例有美国加州技术研究机构研制的NOAA系统，目前已经在成功应用于加利福尼亚州电网故障的管理。

然而，这些分析方法所依赖的故障案例信息主要是：基于通信网络或计算机网络等支持SNMP协议的网络，故障案例信息来源于系统的实时监测日志和告警信息。由于机载网络故障的特殊性以及航电系统集成测试的特殊性，构成航电系统机载网络故障案例信息的维度和传统的基于SNMP协议的故障案例信息在本质上是不同的，例如按照航电集成测试故障单构建的故障信息，缺少故障的时序性信息，因此目前这些流行的对故障动态性和关联性的建模分析方法无法支持机载网络故障管理系统的构建。

综上，传统故障管理系统仅支持对设备故障的独立管理，一方面无法支持综合试验流程管理，无法有效管理试验信息、试验文件、试验过程，另一方面，无法支持具有动态关联关系的故障管理，无法有效支持动态关联故障的判定、分析、存储、管理和呈现。

发明内容

本发明的目的是为了实现机载网络综合实验中，对动态关联故障的判定、分析、管理和呈现，而提供了一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，工程人员应用该方法管理动态关联故障，并进行排故和可靠性分析。

具体步骤为：

步骤一、针对某项综合试验中机载网络系统的静态物理结构，对参试的结构部分构建出一棵产品树和一张拓扑图。

产品树，以树形结构，将参试结构部分的产品信息按照“分系统、模块、组件、设备、软件”的层级关系进行分解管理。

每项综合试验，唯一确定一棵产品树；每棵产品树包含至少一个分系统，每个分系统包含至少一个模块，每个模块包含至少一个组件，每个组件包含至少一个设备，每个设备上加载有多个软件；

拓扑图，以产品树中的网络结构，将参试结构部分的拓扑信息按照“设备-设备”的连接关系进行整体管理，拓扑图的网络节点就是产品树中的“设备”子节点。

针对某次综合试验对应的产品树中，所有设备集合U＝{u₁,u₂,...u_i,...,u_j,...,u_N}，N为参试设备的总数，1≤i≤N；1≤j≤N。按各自分系统区域在机载网络系统中的排布，将有直接物理连通的两个设备u_i和u_j进行连线，形成拓扑图。

步骤二、针对该项综合试验中机载网络系统的动态试验过程，对参试的结构部分构建试验项目树；

试验项目树，以树形结构，将该综合试验的过程，按照“一级试验项目，二级试验项目，试验子项目和试验文件”等层级关系进行分解管理。

每项综合试验，唯一确定一棵试验项目树。每棵试验项目树包含多个一级试验项目，每个一级试验项目包含多个二级试验项目，每个二级试验项目包含多个试验子项目，每个试验子项目里包含多个试验文件。

试验项目树的具体构建过程如下：

步骤201、针对该项综合试验，从所有产品树中查找出对应的产品树并关联。

步骤202、从关联的产品树中选择一类试验业务所需的参试设备，构建试验项目树中的一级试验项目。

步骤203、从构建一级试验项目中选择的设备节点中，选择一项具体试验业务所需的参试设备，构建二级试验项目。

步骤204、从构建二级试验项目中选择的设备节点中，选择一次实际试验操作中所需的参试设备，构建试验子项目；同时上传对应的试验文件。

步骤205、针对该项综合试验，根据试验业务数据的逻辑流向，将试验子项目对应的参试设备自上而下排序，结合拓扑图，构成该项综合试验操作的业务路径。

步骤206、上传试验文件过程中，根据存在故障的试验结果填写并保存故障单。

步骤三、根据该项综合试验的产品树、拓扑图和试验项目树，建立故障管理系统的数据模型R_I；

数据模型R_I定义为：R_I＝(R_U-C,R_U-P,R_C-P,R_P-T,R_T-C，R_F-I)

其中，U,C,P,T,F为故障管理系统的五个设计要素；定义集合I＝(U,C,P,T,F)；

U为该项综合试验中所有的参试设备集合，每个设备均包含：设备编号、设备名称、所属分系统、生产厂商、生产日期和加载的软件列表；

C为该项综合试验中机载网络的业务路径的集合，每个业务路径包含：业务路径编号，该业务路径中的设备、设备拓扑连接信息和设备逻辑数据流向；

T为该项综合试验中试验子项目的集合，每个试验子项目包含：试验名称，试验时间，试验员，参试设备，业务路径，所属二级试验项目，试验设计文件和试验过程文件；

试验设计文件包括本次试验操作的试验大纲，试验任务书，验收测试程序，试验报告和试验总结报告，分别用文本编号记录；

试验过程文件包括本次试验操作中出现的故障单，排故单，更改单，差异单和试验日志，分别用文本编号记录；

P为该项综合试验中故障设备的集合；每个故障设备包含：设备，所属试验子项目和所属故障案例；

F为该项综合试验中机载网络故障案例的集合，每个故障案例包含该故障的发生、诊断和纠正阶段的相关信息，具体分为故障单和排故单。

故障单包含：所属试验子项目，故障单编号，故障时间，故障发生设备，故障现象和试验应力；

排故单包含：故障原因，故障影响，故障设备，故障纠正措施和故障责任等。

R_U-C＝{(u_i,c_j)|u_i∈U,c_j∈C}为参试设备与业务路径的映射关系集合，表现为参试设备信息与业务路径信息的数据映射表；

R_U-P＝{(u_i,p_j)|u_i∈U,p_j∈P}为参试设备与故障设备的映射关系集合，表现为参试设备与故障设备的数据映射表；

R_C-P＝{(c_i,p_j)|c_i∈C,p_j∈P}为业务路径与故障设备的映射关系集合，表现为业务路径信息与故障设备信息的数据映射表；

R_P-T＝{(p_i,t_j)|p_i∈P,t_j∈T}为故障设备与试验子项目的映射关系集合，表现为故障设备信息与试验子项目信息的数据映射表；

R_T-C＝{(t_i,c_j)|t_i∈T,c_j∈C}为试验子项目与业务路径的映射关系集合，表现为试验子项目信息与业务路径的数据映射表；

R_F-I＝{(f_i,(u_j,c_j,t_j,p_j))|f_i∈F,u_j∈U,c_j∈C,t_j∈T,p_j∈P}为故障案例分别与参试设备、业务路径、试验子项目和故障设备的映射关系集合，表现为试验子项目信息分别与参试设备、业务路径、试验子项目和故障设备之间的数据映射表。

步骤四、针对数据模型R_I中的任意两个故障案例f_i,f_j，判断并确定两个故障案例f_i,f_j之间的动态关联信息；

动态关联信息分为以下三种：

首先，对动态关联故障进行定义；

1)、当两故障案例之间存在直接的关联触发关系：表现为前一个故障案例的故障现象，是后一个故障案例的故障原因，两故障之间是因果关系；则定义这两个故障为动态关联故障；

2)、当两故障案例之间存在间接的关联伴随关系：表现为两个故障没有因果触发，而是并列关系或伴随关系，故障机理上可能是同样故障原因导致的不同故障现象；则定义为这两故障为动态关联故障。

然后，若任意两故障案例f_i,f_j故障单中满足“试验子项目”信息项相同，“故障时间”信息项相近，“试验应力”信息项相近，则在数据模型R_I中记录f_i,f_j为候选动态关联故障；

最后，对于候选动态关联故障单，人工分析两故障案例f_i,f_j排故单的信息项：“故障原因”，“故障影响”，“故障设备”，通过分析两故障的故障发生机理，并根据动态关联故障的定义，最终确定两故障是否为动态关联故障。

步骤五、将数据模型R_I中任意两个故障案例之间的动态关联信息，在拓扑图上进行高亮显示并保存；

对于数据模型R_I中任意两个故障案例f_i,f_j，若r_ij＝2，则f_i,f_j确定为动态关联故障。利用故障查询方式打开f_i或f_j进行在线查看，在故障所对应的拓扑图上，沿故障所对应的业务路径，高亮显示f_i的“故障设备”与f_j的“故障设备”之间的业务路径区段，作为两个动态关联故障f_i,f_j间的关联路径，并在f_i的“故障设备”上显示f_i的故障单编号，在f_j的“故障设备”上显示f_j的故障单编号。

故障查询方式包括三种：查询产品树上某设备上的历史故障；查询试验项目树中某次综合试验中的历史故障，以及查询人机交互界面中的试验文件查询界面。

本发明的优点在于：

1)、一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，结合机载网络综合试验过程，通过对机载网络结构分解和试验过程分解，将整个机载网络综合试验过程分解为一棵产品树，一张拓扑图和一棵试验项目树，三者之间一一对应，可以实现机载网络综合试验全部结构和全部过程的管理。

2)、一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，给出动态关联故障的判定方法，并将动态关联故障的管理分析过程整合到综合试验的一般流程中，此外系统给出动态关联故障的查询和呈现方法，在此流程和管理系统中，完整实现了动态关联故障的判定、分析、管理、存储、查询和呈现。

3)、一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，通过故障案例的业务路径刻画出故障发生设备与试验项目中其他参试设备的业务逻辑关系。

4)、一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，系统对动态关联故障的管理分析，可以帮助技术人员排故时快速确定可能与当前故障产生影响的关联故障，缩短故障定位的流程和时间。

5)、一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，可以对系统的可靠性设计以及综合集成试验设计提供参考依据。利用本故障管理系统，技术人员可以方便而直观地分析出与业务路径相关的故障信息，如不同业务路径上故障的密度、不同业务路径上故障的类型等。

6)、一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，在设计集成测试试验时可以有效对容易产生故障的业务路径进行有侧重的试验用例设计，从而可以在试验中暴露出更多潜在的缺陷，在此基础上，技术人员可以从设计的角度分析哪些业务相关的路径是系统设计的薄弱点，从而进行有针对性的设计或优化，提高系统的可靠性水平。

附图说明

图1是本发明一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法流程图；

图2是本发明一种构建机载网络动态关联故障管理系统的产品树结构示意图；

图3是本发明构建试验项目树的方法流程图；

图4是本发明试验项目树的结构示意图；

图5是本发明故障单审签流程示意图；

图6是本发明试验项目树、产品树和拓扑图的逻辑关系示意图；

图7是本发明管理系统数据模型示意图；

图8是本发明实施例中近地告警设备功能测试故障示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和优选实施例对本发明作进一步说明。

在航电系统集成测试中，试验项目与业务路径密切相关：一个试验项目对应一条业务路径。所以在试验项目中产生的故障也就和业务路径密切相关，业务路径的流量是故障传播的基础。本发明一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，刻画并定义了机载网络故障基于业务路径的动态关联过程，分析了动态关联故障和业务路径的联系。首先，对机载网络动态关联故障信息进行数学定义，即将故障的静态特征和动态特征进行数学模型抽象，用信息要素模型和设计要素模型的组合来描述故障的特征。然后基于模型的数学定义，结合航电系统集成测试流程，建立动态关联故障信息模型。然后结合故障案例信息，通过设备软硬件分解和试验过程分解，给出故障案例的属性和信息项，确定业务物理路径和业务逻辑路径，实现了对机载网络动态关联故障的建模分析。

通过以下步骤，达到了构建机载动态关联故障管理系统的目的：首先，将机载网络系统综合试验中，参试部分的静态物理结构分解为一棵产品树和一张拓扑图，进行设备管理和拓扑管理；然后，将机载网络系统的动态试验过程，构建为一棵试验项目树，进行试验文件管理、试验信息管理、试验过程管理，并在上述基础上进一步构建管理系统的数据模型，指导管理系统框架的设计；并针对所构建的管理系统中的任意两个故障案例，给出动态关联故障定义、判定过程与管理方法，指导系统中动态关联故障判定与管理功能的设计；最后，给出故障的查询方式和动态关联故障的呈现方式，指导系统中动态关联故障查询与呈现功能的设计。

如图1所示，具体步骤如下：

步骤一、针对某项综合试验中机载网络系统的静态物理结构，对参试的结构部分构建出一棵产品树和一张拓扑图。

产品树，如图2所示，以树形结构，将机载网络系统参试部分的产品信息按照“分系统、模块、组件、设备、软件”的层级关系进行分解管理。

每项综合试验，唯一确定一棵产品树，若进行M项综合试验，则形成M棵产品树，M为正整数；

每棵产品树包含至少一个分系统，根据该产品树对应的某项综合试验过程中，机载网络系统参试部分的系统功能区分，将产品树划分为至少一个分系统；

每个分系统包含至少一个模块，根据该分系统在试验过程中的模块功能区分，将分系统划分为至少一个模块；

每个模块包含至少一个组件，根据该模块功能实现所需的设备进行分组，将模块划分为至少一个组件；

每个组件包含至少一个设备，设备包含所属分系统、设备名称、编号、生产厂商、生产日期以及设备上加载的软件列表等信息。

每个设备上加载有多个软件，软件包含软件名称、功能、版本、迭代历史等信息。

拓扑图，以产品树中的网络结构，将参试部分的拓扑信息按照“设备-设备”的连接关系进行整体管理，拓扑图的网络节点就是产品树中的“设备”子节点。

该综合试验的产品树，是将参试部分分解为多层产品，并通过层次关系将每层单个产品的已知信息全部管理起来，而相应的拓扑图，则将该产品树中设备层的多产品之间的连接关系管理起来。

一棵产品树和一张对应拓扑图相结合，能够完整包含该综合试验中参试部分的全部物理结构信息。因此在故障管理系统中，一项机载网络综合试验，对应一棵产品树和一张拓扑图。

该综合试验对应的产品树中，参试部分包含的所有设备集合U＝{u₁,u₂,...u_i,...,u_j,...,u_N}，N为此综合试验中参试设备的个数，1≤i≤N；1≤j≤N.。u_i为产品树中的第i个设备，可以为任意分系统任意模块任意组件下的任意设备。

根据参试设备的实际连接关系，将所有设备构建为一张拓扑图：

首先，构建拓扑邻接矩阵Q：

其中，u_i与u_j之间存在网络线缆连接，在物理路径上能够不经其他设备直接实现信息连通的情况称为u_i与u_j有直接物理连通；此时q_ij＝1；否则，当i＝j或者u_i与u_j之间没有直接物理连通的情况，q_ij＝0。

然后，将设备集合U中的设备按各自分系统区域在机载网络系统中排布，根据邻接矩阵，将q_ij＝1的两个参试设备进行连接，最终形成物理拓扑图。

步骤二、针对该项综合试验中机载网络系统的动态试验过程，对参试的结构部分构建试验项目树；

试验项目树，以树形结构，将该综合试验过程，按照“一级试验项目，二级试验项目，试验子项目，试验文件以及参试设备”等层级关系进行分解管理。将机载网络系统的所有试验信息，通过构建试验项目树的方式全部管理起来；

如图3所示，试验项目树的具体构建过程如下：

步骤201、针对该项综合试验，从所有产品树中查找出对应的产品树并关联。

每项综合试验，唯一确定一项试验工程，每项试验工程唯一确定一棵试验项目树。所以，一项综合试验，分解为一棵产品树，一张拓扑图和一棵试验项目树。其中，产品树、拓扑图和试验项目树，三者一一映射对应，且三者结合能完整包含该综合试验的全部信息。

构建试验项目树时，可以查看管理系统中已有的所有产品树，并从中唯一指定与之对应的产品树，形成关联。

步骤202、从关联的产品树中选择一类试验业务所需的参试设备，构建试验项目树中的一级试验项目。

每棵试验项目树包含多个一级试验项目，每个一级试验项目确定该综合试验中的一类试验业务；构建试验项目树中的一级试验项目时，可以查看关联的产品树中的所有设备节点，并从中选择该一级试验项目对应的一类试验业务所需的参试设备；

步骤203、从构建一级试验项目中选择的设备节点中，选择一项具体试验业务所需的参试设备，构建二级试验项目。

每个一级试验项目包含多个二级试验项目，每个二级试验项目唯一确定某类试验业务中的一项具体试验业务；构建一级试验项目中的二级试验项目时，可以查看该一级试验项目构建时所选择的所有设备节点，并从中选择该二级试验项目对应的一项具体试验业务所需的参试设备；

步骤204、从构建二级试验项目中选择的设备节点中，选择一次实际试验操作中所需的参试设备，构建试验子项目；同时上传对应的试验文件。

每个二级试验项目包含多个试验子项目，每个试验子项目唯一确定某项具体试验业务中的一次实际试验操作过程。构建二级试验项目中的试验子项目时，可以查看该二级试验项目构建时所选择的所有设备节点，并从中选择该试验子项目对应的一次实际试验操作中所需的参试设备；

每个试验子项目里包含对应试验操作的所有信息记录。试验文件包括试验设计文件和试验过程文件；

该综合试验的试验计划、预期任务、加载程序和试验报告等内容，均存储于其相应试验子项目的试验设计文件中。构建试验项目树中的一级试验项目时，可以上传该一级试验项目对应的一类试验业务所需的试验设计文件。构建试验项目树中的二级试验项目时，可以上传该二级试验项目对应的一项具体试验业务所需的试验设计文件。构建试验项目树中的试验子项目时，可以上传该试验子项目对应的一次实际试验操作所需的试验设计文件。

构建试验项目树中的试验子项目时，结合工程实践中综合试验的实际故障确认流程、排故流程、设备更改流程、差异报告流程、试验日志流程系统调试流程，基于实际试验现象和操作记录，生成试验过程文件。

如图4所示，针对试验工程1的试验项目树，从对应的唯一产品结构树1中选择参试设备形成一级试验项目A1和一级试验项目A2；从一级试验项目A1选择的设备节点中，选择项目参试设备构成二级试验项目B1和二级试验项目B2；从二级试验项目B1选择的设备节点中，选择子项目参试设备构成试验子项目1和试验子项目2；同时，上传试验设计文件和试验过程文件；其中，子项目参试设备来源于项目参试设备；项目参试设备来源于产品结构树1中的设备。

试验设计文件包括：试验大纲，试验任务书，验收测试程序，试验报告，试验总结报告，试验纪要。上传至系统的所有设计文件，可以通过系统的文件管理功能模块下载或在线查看。

试验过程文件包括：故障单，排故单，更改单，差异单，试验日志，试验系统调试记录。

某次试验操作的试验应力、试验过程、试验现象和试验结论等信息，均存储于其相应试验子项目的试验过程文件中。

步骤205、针对该项综合试验，根据试验业务数据的逻辑流向，将试验子项目对应的参试设备自上而下排序，结合拓扑图，构成该项综合试验操作的业务路径。

构建试验项目树的试验子项目时，在确定试验子项目的参试设备后，根据试验操作中试验业务数据的逻辑流向，将子项目参试设备进行自上而下的排序，对应试验业务数据由发出到接收的逻辑流向，并将该排序确定为本次试验操作中业务路径的逻辑流向，结合物理拓扑图，构成本次试验操作的业务路径。

步骤206、上传试验文件过程中，根据存在故障的试验结果填写并保存故障单。

构建试验项目树中的试验子项目时，根据试验结果，当存在故障时，根据试验过程信息填写故障单，并完成排故；

故障单的审签流程过程，如图5所示：

首先，试验员操作中发现故障现象后创建故障单；

试验员分析确认故障发生的设备，并填写故障相关信息，包括：故障发生时间，故障发生设备，故障现象记录等信息。

然后，试验员提交故障单给试验负责人审签；

试验负责人收到故障单，进行故障现象判定与审签，若确认则提交设计主管，否则，打回试验员复现故障并确认；

进而，设计主管对故障进行分析，填写排故单；

设计主管诊断故障并填写排故单，包括故障原因、故障分析、故障设备、纠正措施、故障分类、故障影响等；

最后设计主管将排故单提交试验员进行验证，确认后保存故障单；

试验员实施纠正措施，并进行复现，以确认排故有效。若排故有效，则确认归档一整份故障记录，记为一个故障案例；若排故无效，则返回设计主管重新排故。

步骤三、根据该项综合试验的产品树、拓扑图和试验项目树，建立故障管理系统的数据模型R_I；

如图6所示，该综合试验被分解为产品树、拓扑图和试验项目树，产品树中的参试设备用于构建试验项目树，同时与拓扑图中的业务路径相连；试验项目树中的试验子项目产生故障单并记录故障案例，通过建立故障管理系统的数据模型，将故障信息、试验信息、设备信息和拓扑图等有效结合在一起，实现故障收集和故障管理，通过将故障案例与业务路径相关联；为后续进行基于业务路径的动态关联故障管理提供了基础。

首先，确定故障管理系统的设计要素集合I＝(U,C,P,T,F)；

U为该综合试验中参试设备的集合，每个参试设备u_i∈U均包含信息项：设备编号、设备名称、所属分系统、生产厂商、生产日期和加载的软件列表；

例如，u₀₈＝(08,近地告警设备,近地告警系统,某厂,2010-01-03,(08-01,08-02))为编号为08的参试设备，设备名称为近地告警设备，所属分系统为近地告警系统，生产厂商为某厂，生产日期为2010年1月3日，该设备上加载有两个软件，编号为08-01和08-02。

C为该综合试验中机载网络的业务路径的集合，每个业务路径c_i∈C包含信息项：业务路径编号，该业务路径中的设备、设备拓扑连接信息和设备逻辑数据流向；

例如，某业务路径由设备u₀₃,u₀₅,u₀₁,u₀₇组成，试验中数据的逻辑流向为

u₀₃→u₀₅→u₀₁→u₀₇，设备拓扑连接信息为：

则该业务路径c_01,03,05,07＝((u₀₃,u₀₅,u₀₁,u₀₇),Q_01,03,05,07)，分别包含逻辑流向和拓扑连接关系。

T为该综合试验中试验子项目的集合，每个试验子项目t_i∈T包含信息项：试验名称，试验时间，试验员，参试设备，业务路径，所属二级试验项目，试验设计文件和试验过程文件；

试验设计文件包括本次试验操作的试验大纲，试验任务书，验收测试程序，试验报告，试验总结报告和试验纪要；

试验过程文件包括本次试验操作中出现的故障单，排故单，更改单，差异单，试验日志，试验系统调试记录，信息项添加过程由步骤二给出；

例如，编号为1132、试验名称为“近地告警试验2”的试验子项目

t₁₁₃₂＝(近地告警试验2,160730\10:30,张三,(u₀₁,u₀₃,u₀₅),c_01,03,05,t₁₁₃,(1,2,5,1,2),(1,1,3,2,1))，其试验时间为2016年7月30日上午10点30分，试验员为张三，参试设备为u₀₁,u₀₃,u₀₅，业务路径为c_01,03,05，所属二级试验项目为t₁₁₃，试验设计文件中试验大纲，试验任务书，验收测试程序，试验报告，试验总结报告的文件编号依次为1、2、5、1、2；

试验过程文件中故障单，排故单，更改单，差异单，试验日志的文本编号依次为1、1、3、2、1。

P为该综合试验中故障设备的集合，任意故障设备p_i∈P包含信息项：设备，所属试验子项目和所属故障案例；

例如，某故障设备p₁＝(u₀₃,t₁₁₃₂,f₁)，表示在试验子项目t₁₁₃₂操作中出现故障事件f₁，参试设备u₀₃是故障设备p₁。

F为某项综合试验中机载网络故障案例集合，每个故障案例f_i∈F是故障信息的集合，包含该故障的发生业务路径、诊断故障类型、故障模式、故障原因、纠正措施等故障信息；具体分为故障单和排故单。

故障单包含信息项：所属试验子项目，故障单编号，故障时间，故障发生设备，故障现象和试验应力等；排故单包含信息项：故障原因，故障影响，故障设备，故障纠正措施和故障责任等。

例如，某故障案例f₂＝(GZD₀₂,PGD₀₂)，其中，故障单为：

GZD₀₂＝(t₁₁₃₂,02,160730\14:15,u₀₇,丢包,告警设备加电)

排故单为：PGD₀₂＝(阈值过低,性能降级,p₁,提高阈值)；

该故障案例发生于试验子项目t₁₁₃₂，发生故障时间为2016年7月30日下午14点15分，表现故障发生设备为u₀₇丢包，故障发生时试验应力为告警设备加电测试；排故分析后，故障设备为p₁，原因是其发包阈值过低，故障影响导致性能降级，纠正措施为提高p₁的发包阈值。

然后，根据五个设计要素确定故障管理系统的数据模型R_I；

定义五元组R_I＝(R_U-C,R_U-P,R_C-P,R_P-T,R_T-C，R_F-I)为设计要素间的映射模型，表示在管理系统设计中，五个关键要素间的六组主要映射关系，对应如下六个主要映射关系集合，具体如下：

R_U-C＝{(u_i,c_j)|u_i∈U,c_j∈C}为参试设备与业务路径的映射关系集合，表现为参试设备信息与业务路径信息的数据映射表；

R_U-P＝{(u_i,p_j)|u_i∈U,p_j∈P}为参试设备与故障设备的映射关系集合，表现为参试设备与故障设备的数据映射表；

R_C-P＝{(c_i,p_j)|c_i∈C,p_j∈P}为业务路径与故障设备的映射关系集合，表现为业务路径信息与故障设备信息的数据映射表；

R_P-T＝{(p_i,t_j)|p_i∈P,t_j∈T}为故障设备与试验子项目的映射关系集合，表现为故障设备信息与试验子项目信息的数据映射表；

R_T-C＝{(t_i,c_j)|t_i∈T,c_j∈C}为试验子项目与业务路径的映射关系集合，表现为试验子项目信息与业务路径的数据映射表；

R_F-I＝{(f_i,(u_j,c_j,t_j,p_j))|f_i∈F,u_j∈U,c_j∈C,t_j∈T,p_j∈P}为故障案例分别与参试设备、业务路径、试验子项目和故障设备的映射关系集合，表现为试验子项目信息分别与参试设备、业务路径、试验子项目个故障设备的数据映射表；

根据R_U-C和R_F-I的组合，可以统计分析出产品树上产品节点在动态关联故障中出现的情况，如哪些设备会产生动态关联故障；

根据R_T-C和R_F-I的组合可以统计分析出试验项目和动态关联故障的关系。如哪些试验项目比较容易产生动态关联故障；

根据R_F-I和R_U-P的组合，可以统计分析出故障发生在哪条业务路径或试验项目中，以及这条业务路径上故障的数量、类型等信息。

故障管理系统的数据模型示意图，如图7所示，从参试设备集合U中选取试验业务数据流经的设备，并按数据流向进行组合排序，形成了业务路径，不同的试验业务会形成多个业务路径，该项目中的所有业务路径构成了业务路径集合C；

该项目中所有发生故障的设备构成故障集合P，集合P中的故障设备是业务路径分析中的重要节点，因此集合P是集合C的重要节点集合。同时集合P中设备的具体故障信息以故障案例的形式保存，所有的故障案例构成了集合F；

两个或多个关联故障通过业务路径在拓扑图上直观显示是动态关联故障的呈现方式，由集合F和集合C支持实现。

集合C中业务路径所对于的具体试验业务信息，以试验子项目的形式存储为集合T。

步骤四、针对数据模型R_I中的任意两个故障案例f_i,f_j，判断并确定两个故障案例f_i,f_j之间的动态关联信息；

故障管理系统的数据模型R_I，不仅可以支持传统的独立故障管理，同时可以支持动态关联故障的管理、分析与呈现。

首先，对动态关联故障进行定义；

同一项试验业务中的多个故障之间可能存在直接的动态关联关系，表现为同样试验应力，同样业务路径，相近时间内，多个故障案例的发生可能存在关联关系。经排故分析，如果两个故障案例的发生存在如下关联关系，则定义这两个故障为动态关联故障：

1)、两故障案例之间存在直接的关联触发关系：表现为前一个故障案例的故障现象，是后一个故障案例的故障原因，两故障之间是因果关系，前一个故障不发生，则后一个故障也不发生；

2)、两故障案例之间存在间接的关联伴随关系：表现为两个故障没有因果触发，而是并列关系或伴随关系，故障机理上可能是同样故障原因导致的不同故障现象。

然后，对故障管理系统的数据模型R_I中任意两个故障案例f_i,f_j之间的动态关联故障进行判定与管理；

对于系统中任意两个故障案例f_i,f_j∈F，如果两个故障单中的“试验子项目”信息项相同，“故障时间”信息项相近，“试验应力”信息项相近，则由于一个试验子项目即一次实际操作，唯一确定一条业务路径，因此f_i,f_j是在“相似试验应力，同样业务路径，相近时间内”发生，即f_i,f_j极可能是动态关联故障。

因此，根据故障单分析，在数据模型R_I中，增加支持候选关联故障的自动判定条件：若两故障案例f_i,f_j的信息项满足“试验子项目”信息项相同，“故障时间”信息项相近，“试验应力”信息项相近，则记录两故障案例f_i,f_j为候选动态关联故障，并在试验员填写故障单时，系统自动推荐满足该判定条件的历史故障单列表，试验员可从中勾选出当前故障单的候选动态关联故障，为后面设计主管进行排故分析的提供支持。

排故单分析：若f_i,f_j极可能是动态关联故障，则进一步人工分析两者排故单的信息项“故障原因”、“故障影响”，“故障设备”，通过分析两故障的故障发生机理，并根据动态关联故障的定义，最终判定两故障是否为动态关联故障。

因此，在数据模型R_I中，增加支持关联故障最终判定的功能：对于试验员勾选的候选动态关联故障单，设计主管在分析两排故单的信息项“故障原因”、“故障影响”，“故障设备”后，最终确定或驳回“f_i,f_j是动态关联故障”的结论。

通过对数据模型R_I中任意两个故障案例之间的动态关联故障进行判定与管理，可以在工程排故中实现动态关联故障的管理和分析。最终得到任意两个故障案例f_i,f_j之间构建的动态关联信息r_ij：

步骤五、将数据模型R_I中任意两个故障案例之间的动态关联信息，在拓扑图上进行高亮显示并保存；

在完成动态关联故障的判定与管理后，需要将动态关联故障在拓扑图和业务路径上呈现出来；以便操作人员进行故障查询。

首先，数据模型R_I的历史故障查询方式有以下三种：通过产品树查看某设备上的历史故障；通过试验项目树查看某次综合试验中的历史故障；以及在界面查询；

系统主界面增加试验文件查询界面，用户可通过试验文件的标题关键字、信息项等，全字段自定义查询所有的试验设计文件和试验过程文件。

对于数据模型R_I中任意两个故障案例f_i,f_j，若r_ij＝2，则f_i,f_j为动态关联故障。利用三种故障查询方式，打开任一个故障案例在线查看时，所构建数据模型R_I提供“查看动态关联故障”的功能按钮，点击该按钮，支持呈现该故障所对应的综合试验的拓扑图，在该拓扑图上，沿该故障所对应的综合试验的业务路径，高亮显示f_i的“故障设备”与f_j的“故障设备”之间的业务路径区段，作为两个动态关联故障f_i,f_j间的关联路径，并在f_i的“故障设备”上显示f_i的故障单编号，在f_j的“故障设备”上显示f_j的故障单编号。

通过以上方式，可以直观呈现出动态关联故障间的关联关系。

实施例1

下面以分析某航天院所实际试验中的机载网络动态关联故障案例作为演示，得出该案例中两故障间的动态关联关系与工程排故中基于此动态关联关系的实际应用，作为本发明的一个实施例，对本发明的发明内容做进一步说明。

如图8所示，以某所在航电系统近地告警设备功能测试为例，相应参试设备涉及分系统0中的AFDX交换机和RDC，分系统1中的近地告警设备，分系统2中的显示处理单元，分系统3中的显示屏幕。功能测试中选择的设备业务路径在网络拓扑中的显示为：近地告警设备→RDC→AFDX交换机→显示处理单元→显示屏幕。

在机载网络综合测试中，随着试验的进行，不同时间进行的试验子项目是不一样的，所以对应的参试设备组成的业务路径也是不一样的。虽然机载网络的静态拓扑结构是不变的，但是在进行机载网络综合试验的过程中，并不是所有的设备都要参与每一个试验项的测试，每个业务路径仅仅涉及整个机载网络的部分设备。

因此，案例中近地告警设备，只有在此试验项下才会被选择，同时和近地告警设备相关的故障只有在此试验项下才会出现；另外交换机配置上的缺陷也是在某些试验项中出现，比如此试验项下传输的数据量过大的话，交换机缓存区设置过小的隐患会造成故障，但是在其他数据流量不大的测试项中就不会出现这类故障。

机载网络试验中的机载网络故障是发生在对应的业务路径上，所以随着试验的进行，对应的业务路径在动态变化，所以机载网络的故障也体现出动态性。换句话说就是只有当选择了某个业务路径，与此业务路径相关的一些潜在问题才会暴露出来，产生网络故障，如果此业务路径没有被选择，那么与此业务路径相关的故障就不会发生。

开始试验子项目后，在试验中出现的故障以故障单的形式进行记录。此案例中出现的故障分别记录如下：

SY-GZD-C068：总线数据监控设备监控到AFDX交换机转发数据出现丢包；

SY-GZD-C086：显示屏幕上无近地告警设备告警信号显示。

处理后的故障案例信息如下：

表1 SY-GZD-C068故障案例

表2 SY-GZD-C086故障案例

以上两个故障对应在业务路径上的表示如图8所示，案例中的两个故障分别出现在AFDX交换机上与显示屏幕上，AFDX交换机的出现数据丢包，导致业务路径上的数据传输中断，显示屏幕接收不到有效的数据从而无法进行信息显示。这体现了机载网络故障之间的相互关联。另外，AFDX交换机出现数据丢包的原因可能是交换机缓存区的设置过小导致数据丢失，也可能是近地告警设备发送的数据格式不符合配置要求，AFDX交换机无法检测到有效数据，进而不转发数据。这体现了机载网络故障与多个设备之间的关联性。所以一个机载网络故障的产生可能是多个设备的原因，同时一个故障的产生会随着数据在业务路径上的传输而影响其他的网络设备。这就是机载网络故障的关联性的体现。

以上展示了两故障案例的动态关联特征，在实际工程排故过程中，可以基于本发明的方法，对机载网络综合试验进行管理，编写为程序“飞机综合集成航电系统故障分析及软件系统”，将机载网络结构和综合试验过程分解为产品树、试验项目树和拓扑图，在管理系统的基础上将动态关联故障整合进试验过程，进行管理分析和呈现。

以上所述，仅作为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤一、针对某项综合试验中机载网络系统的静态物理结构，对参试的结构部分构建出一棵产品树和一张拓扑图；

产品树，以树形结构，将参试结构部分的产品信息按照“分系统、模块、组件、设备、软件”的层级关系进行分解管理；

拓扑图，以产品树中的网络结构，将参试结构部分的拓扑信息按照“设备-设备”的连接关系进行整体管理，拓扑图的网络节点就是产品树中的“设备”子节点；

步骤二、针对该项综合试验中机载网络系统的动态试验过程，对参试的结构部分构建试验项目树；

试验项目树，以树形结构，将该综合试验的过程，按照“一级试验项目，二级试验项目，试验子项目和试验文件”等层级关系进行分解管理；

步骤三、根据该项综合试验的产品树、拓扑图和试验项目树，建立故障管理系统的数据模型R_I；

数据模型R_I定义为：R_I＝(R_U-C,R_U-P,R_C-P,R_P-T,R_T-C，R_F-I)

其中，U,C,P,T,F为故障管理系统的五个设计要素；定义集合I＝(U,C,P,T,F)；

U为该项综合试验中所有的参试设备集合；C为该项综合试验中机载网络的业务路径的集合；T为该项综合试验中试验子项目的集合；P为该项综合试验中故障设备的集合；F为该项综合试验中机载网络故障案例的集合；

R_U-C＝{(u_i，c_j)|u_i∈U，c_j∈C}为参试设备与业务路径的映射关系集合，表现为参试设备信息与业务路径信息的数据映射表；

R_U-P＝{(u_i，p_j)|u_i∈U，p_j∈P}为参试设备与故障设备的映射关系集合，表现为参试设备与故障设备的数据映射表；

R_C-P＝{(c_i,p_j)|c_i∈C,p_j∈P}为业务路径与故障设备的映射关系集合，表现为业务路径信息与故障设备信息的数据映射表；

R_P-T＝{(p_i,t_j)|p_i∈P,t_j∈T}为故障设备与试验子项目的映射关系集合，表现为故障设备信息与试验子项目信息的数据映射表；

R_T-C＝{(t_i，c_j)|t_i∈T，c_j∈C}为试验子项目与业务路径的映射关系集合，表现为试验子项目信息与业务路径的数据映射表；

R_F-I＝{(f_i,(u_j，c_j，t_j，p_j))|f_i∈F，u_j∈U，c_j∈C,t_j∈T，p_j∈P}为故障案例分别与参试设备、业务路径、试验子项目和故障设备的映射关系集合，表现为试验子项目信息分别与参试设备、业务路径、试验子项目和故障设备之间的数据映射表；

步骤四、针对数据模型R_I中的任意两个故障案例f_i,f_j，判断并确定两个故障案例f_i,f_j之间的动态关联信息；

动态关联信息分为以下三种：

步骤五、将数据模型R_I中任意两个故障案例之间的动态关联信息，在拓扑图上进行高亮显示并保存；

对于数据模型R_I中任意两个故障案例f_i,f_j，若r_ij＝2，则f_i,f_j确定为动态关联故障；利用故障查询方式打开f_i或f_j进行在线查看，在故障所对应的拓扑图上，沿故障所对应的业务路径，高亮显示f_i的“故障设备”与f_j的“故障设备”之间的业务路径区段，作为两个动态关联故障f_i,f_j间的关联路径，并在f_i的“故障设备”上显示f_i的故障单编号，在f_j的“故障设备”上显示f_j的故障单编号。

2.如权利要求1所述的一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，其特征在于，所述的步骤一中，每项综合试验，唯一确定一棵产品树；每棵产品树包含至少一个分系统，每个分系统包含至少一个模块，每个模块包含至少一个组件，每个组件包含至少一个设备，每个设备上加载有多个软件；

针对某次综合试验对应的产品树中，所有设备集合U＝{u₁,u₂,...u_i,...,u_j,...,u_N}，N为参试设备的总数，1≤i≤N；1≤j≤N；按各自分系统区域在机载网络系统中的排布，将有直接物理连通的两个设备u_i和u_j进行连线，形成拓扑图。

3.如权利要求1所述的一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，其特征在于，所述的步骤二中每项综合试验，唯一确定一棵试验项目树；每棵试验项目树包含多个一级试验项目，每个一级试验项目包含多个二级试验项目，每个二级试验项目包含多个试验子项目，每个试验子项目里包含多个试验文件；

试验项目树的具体构建过程如下：

步骤201、针对该项综合试验，从所有产品树中查找出对应的产品树并关联；

步骤202、从关联的产品树中选择一类试验业务所需的参试设备，构建试验项目树中的一级试验项目；

步骤203、从构建一级试验项目中选择的设备节点中，选择一项具体试验业务所需的参试设备，构建二级试验项目；

步骤204、从构建二级试验项目中选择的设备节点中，选择一次实际试验操作中所需的参试设备，构建试验子项目；同时上传对应的试验文件；

步骤205、针对该项综合试验，根据试验业务数据的逻辑流向，将试验子项目对应的参试设备自上而下排序，结合拓扑图，构成该项综合试验操作的业务路径；

步骤206、上传试验文件过程中，根据存在故障的试验结果填写并保存故障单。

4.如权利要求1所述的一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，其特征在于，所述的步骤四具体为：首先，对动态关联故障进行定义；

1)、当两故障案例之间存在直接的关联触发关系：表现为前一个故障案例的故障现象，是后一个故障案例的故障原因，两故障之间是因果关系；则定义这两个故障为动态关联故障；

2)、当两故障案例之间存在间接的关联伴随关系：表现为两个故障没有因果触发，而是并列关系或伴随关系，故障机理上可能是同样故障原因导致的不同故障现象；则定义为这两故障为动态关联故障；

然后，若任意两故障案例f_i,f_j故障单中满足“试验子项目”信息项相同，“故障时间”信息项相近，“试验应力”信息项相近，则在数据模型R_I中记录f_i,f_j为候选动态关联故障；

最后，对于候选动态关联故障单，人工分析两故障案例f_i,f_j排故单的信息项：“故障原因”，“故障影响”，“故障设备”，通过分析两故障的故障发生机理，并根据动态关联故障的定义，最终确定两故障是否为动态关联故障。

5.如权利要求1所述的一种构建机载网络动态关联故障管理系统的方法，其特征在于，步骤五中所述的故障查询方式包括三种：查询产品树上某设备上的历史故障；查询试验项目树中某次综合试验中的历史故障，以及查询人机交互界面中的试验文件查询界面。