CN112968804B - 一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，无需诊断度限制就可以实现数据中心网络中故障检测和快速定位，包括将网络中设备看作节点、链路看作边，构建一个网络拓扑，生成哈密顿圈；使用PMC模型按照哈密顿圈上节点的顺序进行检测，若检测到故障节点，在拓扑中删除此节点构成新的哈密顿圈继续进行检测；当故障节点数超过可删除节点上限时，使用概率诊断方法去确定故障节点；结合数据中心网络结构递归构造的特点，对若干个低一层结构进行并行的诊断从而提高诊断效率。

Description

一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法

技术领域

本发明属于数据中心网络的故障诊断领域，具体涉及一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法。

背景技术

随着云计算和大数据技术的快速发展，作为这些技术基石的数据中心网络很大程度决定了它们的性能，随着数据中心的规模越来越庞大，数据中心网络中服务器的数量大规模增加，服务器发生故障的情形是不可避免的。特别是以服务器为中心的数据中心网络中服务器需进行大量的数据处理，若出现系统级故障,即服务器处理数据出错，会极大的影响数据中心的服务质量。所以能否及时准确的检测到系统的故障进行准确的定位并采取相应的处理措施，是影响系统可用性的关键。

近年来，在数据中心网络故障诊断的研究上人们主要还是使用传统诊断方式，即精确诊断和悲观诊断。精确诊断的意思是系统中每一个节点的状态都可被正确的识别出来。悲观诊断的意思是最多有一个节点是无法被识别的(即保持未知状态)。在精确诊断策略(悲观诊断策略)下允许系统中存在的最大错误节点个数称之为精确诊断度(悲观诊断度)，目前虽已经存在很多精确诊断算法和悲观诊断算法，但数据中心网络中故障检测和快速定位的方法仍受诊断度的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，无需诊断度限制就可以实现数据中心网络中故障检测和快速定位。

本发明解决其技术问题的技术方案为：一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，包括以下步骤：

S1：设X(V,E)为一个存在容错哈密顿圈的数据中心网络，其中V代表点集，E代表边集；X(V,E)生成的哈密顿圈用H(V_h,E_h)表示，其中V_h＝V，E_h∈E；

使用PMC测试模型结合概率测试的方法对v_i,v_j进行诊断若v_i,v_j都无故障则以v_i为哈密顿圈的起始节点，将节点v_j用a来表示；

S2：以a为起点按照哈密顿圈的顺序依次进行测试，设a的下一个节点为b即(a,b)∈E_h，当a为正确节点时可准确测得b节点状态，若b正常，则重复此过程，直到测试完所有节点或测出故障节点时进入步骤S3；

S3：使用结构的容错哈密顿性质，删除不超过限制个数的节点，剩下的节点仍能构成哈密顿圈，使用步骤S2中的方法继续测试；直到故障节点数超过限制的节点个数后执行步骤S4；

S4：通过PMC测试模型结合概率测试的方法去测试接下来两个节点的状态，直至对所有节点完成测试。

所述步骤S1中的PMC测试模型结合概率测试的方法具体为：

利用在PMC模型中正常节点能够准确的得出被测节点的状态，而故障节点无法准确得出被测节点状态的原理，(v_i,v_j)表示v_i对v_j进行测试若v_i是正常节点，(v_i,v_j)＝0表示v_j是正常节点，(v_i,v_j)＝1表示v_j是故障节点；若v_i是故障节点无论v_j是否正常其测试结果可能为(v_i,v_j)＝0或(v_i,v_j)＝1；假设(v_i,v_j)＝1的概率为p；v_i对v_j进行n次测试结果都为0，那么v_i和v_j故障的概率为pⁿ；若pⁿ足够小，则认为v_i和v_j都正常。对于两个相邻节点v_i,v_j可以得到以下四种情况(n为测试的次数且n足够大)：

若满足

则v_i,v_j为正常节点；

若满足

则v_i正常v_j故障；

若满足，

则v_i故障v_j正常；

若满足

则v_i,v_j都故障。

所述步骤S2具体为：

即b为a的下一个节点，让a对b进行检测；

若(a,b)＝0，则令a＝b，重复步骤S2,直到检测完所有节点；

若(a,b)＝1，则记录故障节点，进入步骤S3。

所述步骤S3具体为：

所选取的网络具有容错哈密顿性，即删除k个节点之后仍可构成哈密顿圈；用i记录删除的节点个数；

若i≤k，将故障节点b从整个拓扑删除，构建新的哈密顿圈并执行步骤S2；

若i＞k，记录故障节点b，进入步骤S4。

所述步骤S4具体为：

按照哈密顿圈的顺序让故障节点后边的两个节点相互测试，即将b的下个节点设为a’，a’的下个节点设为b’；让a’和b’执行步骤S1中的n次互相测试；存在4种情况

若a’和b’都故障，记录故障节点a’,b’重复步骤S4，直到检测完所有节点；

若a’和b’都正常，令a’＝b’，跳转到步骤S2；

若a’正常b’故障，记录故障节点b’，重复步骤S4，直到检测完所有节点；

若a’故障b’正常，记录故障节点a’，令a’＝b’，跳转到步骤S2。

在整个测试过程中利用数据中心网络结构递归性的特点，高层结构往往由若干个低一层结构构成，采用并行诊断的方式同时对若干个低一层结构并行的进行测试，从而增加测试效率。

所述并行诊断的方法具体为：

用X(n，k)表示具有容错哈密顿性质的结构,通常X(n，k)构造规则满足递归性：即X(n，k)由m个X(n，k-1)组成(m>2)，由于结构不同m值也不同；对m个X(n,k-1)同时进行测试测试，并将测试结果汇总到一起，等同于对X(n,k)进行测试，从而提高测试效率。

本发明的有益效果为：

(1)传统的故障诊断方法规定了故障节点个数的上限所以不能检测出所有故障节点，本方法对故障节点的个数几乎没有限制；

(2)传统基于PMC模型测试方法是让两个未知节点进行测试，结果是不确定的，本发明提出的方法确保了测试节点为正常，从而可以准确得知被测节点的状态，使得测试更准确减少测试次数；

(3)利用数据中心网络结构递归构造的特点，将一个高层结构划分为若干个低一层结构，并行的对每个低一层的结构进行测试，极大的提升测试效率。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的H(V_h,E_h)结构。

图3是本发明的删除故障节点后的H(V_h,E_h)。

具体实施方式

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。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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

S1：设X(V,E)为一个存在容错哈密顿圈的数据中心网络，其中V代表点集，E代表边集；X(V,E)生成的哈密顿圈用H(V_h,E_h)表示，其中V_h＝V，E_h∈E；

使用PMC测试模型结合概率测试的方法对v_i,v_j进行诊断若v_i,v_j都无故障则以v_i为哈密顿圈的起始节点，将节点v_j用a来表示；

所述步骤S1中的PMC测试模型结合概率测试的方法具体为：

利用在PMC模型中正常节点能够准确的得出被测节点的状态，而故障节点无法准确得出被测节点状态的原理，(v_i,v_j)表示v_i对v_j进行测试若v_i是正常节点，(v_i,v_j)＝0表示v_j是正常节点，(v_i,v_j)＝1表示v_j是故障节点；若v_i是故障节点无论v_j是否正常其测试结果可能为(v_i,v_j)＝0或(v_i,v_j)＝1；假设(v_i,v_j)＝1的概率为p；v_i对v_j进行n次测试结果都为0，那么v_i和v_j故障的概率为pⁿ；若pⁿ足够小，则认为v_i和v_j都正常。对于两个相邻节点v_i,v_j可以得到以下四种情况(n为测试的次数且n足够大)：

若满足

则v_i,v_j为正常节点；

若满足

则v_i正常v_j故障；

若满足

则v_i故障v_j正常；

若满足

则v_i,v_j都故障。

如图2所示，X(V,E)生成的哈密顿圈用H(V_h,E_h)表示哈密顿路径为＜x_i1,x_i2,...,,x_i|v|＞其中＜i1,i2,...,i|V|＞是[0,1,...,|V|]的序列组合；(x_i1,x_i2)表示x_i1对x_i2进行测试，若x_i1是正常节点则(x_i1,x_i2)＝0(或1)表示x_i1测得x_i2是正常(或故障)。若x_i1是故障节点则x_i1测x_i2的结果可能为正常也可能为故障即可能出现(x_i1,x_i2)＝0也可能出现(x_i1,x_i2)＝1，假设出现(x_i1,x_i2)＝1的概率p＝0.5，测试次数n＝8。x_i1和x_i2中存在故障且满足公式

的概率为pⁿ＜0.01,则认为节点x_i1和节点x_i2为正常，以x_i1为哈密顿圈的起始节点,并将x_i2用a来表示。

S2：以a为起点按照哈密顿圈的顺序依次进行测试，设a的下一个节点为b即(a,b)∈E_h，当a为正确节点时可准确测得b节点状态，若b正常，则重复此过程，直到测试完所有节点或测出故障节点时进入步骤S3；

所述步骤S2具体为：

即b为a的下一个节点，让a对b进行检测；

若(a,b)＝0，则令a＝b，重复步骤S2,直到检测完所有节点；

若(a,b)＝1，则记录故障节点，进入步骤S3。

在本实施例中，具体来说，

即b为a的下一个节点，让a对b进行检测；由于a为正常节点则一定可以准确的测得b是否正常。

若(a,b)＝0，则令a＝b。即(x_i2,x_i3)＝0，把x_i3用a来表示；重复步骤S2,直到检测完所有节点。

若(a,b)＝1，即(x_i2,x_i3)＝1，则记录故障节点x_i3，进入步骤S3。

S3：使用结构的容错哈密顿性质，删除不超过限制个数的节点，剩下的节点仍能构成哈密顿圈，使用步骤S2中的方法继续测试；直到故障节点数超过限制的节点个数后执行步骤S4；

所述步骤S3具体为：

所选取的网络具有容错哈密顿性，即删除k个节点之后仍可构成哈密顿圈；用i记录删除的节点个数；

若i≤k，将故障节点b从整个拓扑删除，构建新的哈密顿圈并执行步骤S2；

若i＞k，记录故障节点b，进入步骤S4。

具体地，若i≤k，将故障节点b从整个网络删除，构建新的哈密顿圈并执行步骤S2，如图3所示为删除故障节点x_i3后的哈密顿圈；

若i＞k，表示继续删除故障节点则无法构成哈密顿圈，记录故障节点，例如节点x_i5故障且无法删除，进入步骤S4。

S4：通过PMC测试模型结合概率测试的方法去测试接下来两个节点的状态，直至对所有节点完成测试。

所述步骤S4具体为：

按照哈密顿圈的顺序让故障节点后边的两个节点相互测试，即将b的下个节点设为a’，a’的下个节点设为b’；例如图3中a’为x_i6，b’为x_i7，让a’和b’执行步骤S1中的n次互相测试；存在4种情况

若a’和b’都故障，记录故障节点a’,b’重复步骤S4，直到检测完所有节点；

若a’和b’都正常，令a’＝b’，跳转到步骤S2；

若a’正常b’故障，记录故障节点b’，重复步骤S4，直到检测完所有节点；

若a’故障b’正常，记录故障节点a’，令a’＝b’，跳转到步骤S2。

在整个测试过程中利用数据中心网络结构递归性的特点，高层结构往往由若干个低一层结构构成，采用并行诊断的方式同时对若干个低一层结构并行的进行测试，从而增加测试效率。

所述并行诊断的方法具体为：

用X(n，k)表示具有容错哈密顿性质的结构,通常X(n，k)构造规则满足递归性：即X(n，k)由m个X(n，k-1)组成(m>2)，由于结构不同m值也不同；对m个X(n,k-1)同时进行测试测试，并将测试结果汇总到一起，等同于对X(n,k)进行测试，从而提高测试效率。

本发明的有益效果为：

(1)传统的故障诊断方法规定了故障节点个数的上限所以不能检测出所有故障节点，本方法对故障节点的个数几乎没有限制；

(2)传统基于PMC模型测试方法是让两个未知节点进行测试，结果是不确定的，本发明提出的方法确保了测试节点为正常，从而可以准确得知被测节点的状态，使得测试更准确减少测试次数；

(3)利用数据中心网络结构递归构造的特点，将一个高层结构划分为若干个低一层结构，并行的对每个低一层的结构进行测试，极大的提升测试效率。

Claims (6)

1.一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设X(V,E)为一个存在容错哈密顿圈的数据中心网络，其中V代表点集，E代表边集；X(V,E)生成的哈密顿圈用H(V_h,E_h)表示，其中V_h＝V，E_h∈E；

v_j∈V_h，(v_i,v_j)∈E_h,i≠j，使用PMC测试模型结合概率测试的方法对v_i,v_j进行诊断若v_i,v_j都无故障则以v_i为哈密顿圈的起始节点，将节点v_j用a来表示；

所述步骤S1中的PMC测试模型结合概率测试的方法具体为：

利用在PMC模型中正常节点能够准确的得出被测节点的状态，而故障节点无法准确得出被测节点状态的原理，(v_i,v_j)表示v_i对v_j进行测试，若v_i是正常节点，则(v_i,v_j)＝0表示v_j是正常节点，(v_i,v_j)＝1表示v_j是故障节点；若v_i是故障节点，无论v_j是否正常其测试结果可能为(v_i,v_j)＝0或(v_i,v_j)＝1；假设(v_i,v_j)＝1的概率为p；v_i对v_j进行n次测试结果都为0，那么v_i和v_j故障的概率为pⁿ；若pⁿ小于0.01，则认为v_i和v_j都正常；对于两个相邻节点v_i,v_j可以得到以下四种情况，其中n为测试的次数：

若满足

则v_i,v_j为正常节点；

若满足

则v_i正常v_j故障；

若满足

则v_i故障v_j正常；

若满足

则v_i,v_j都故障；

S2：以a为起点按照哈密顿圈的顺序依次进行测试，设a的下一个节点为b即(a,b)∈E_h，当a为正确节点时可准确测得b节点状态，若b正常，则重复此过程，直到测试完所有节点或测出故障节点时进入步骤S3；

S3：使用结构的容错哈密顿性质，删除不超过限制个数的节点，剩下的节点仍能构成哈密顿圈，使用步骤S2中的方法继续测试；直到故障节点数超过限制的节点个数后执行步骤S4；

S4：通过PMC测试模型结合概率测试的方法去测试接下来两个节点的状态，直至对所有节点完成测试。

2.根据权利要求1所述的一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

(a,b)∈E_h即b为a的下一个节点，则让a对b进行检测；

若(a,b)＝0，则令a＝b，重复步骤S2,直到检测完所有节点；

若(a,b)＝1，则记录故障节点，进入步骤S3。

3.根据权利要求2所述的一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

所选取的网络具有容错哈密顿性，即删除k个节点之后仍可构成哈密顿圈；用i记录删除的节点个数；

若i≤k，将故障节点b从整个拓扑删除，构建新的哈密顿圈并执行步骤S2；

若i＞k，记录故障节点b，进入步骤S4。

4.根据权利要求3所述的一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

按照哈密顿圈的顺序让故障节点后边的两个节点相互测试，即将b的下个节点设为a’，a’的下个节点设为b’；让a’和b’执行步骤S1中的n次互相测试；存在4种情况

若a’和b’都故障，记录故障节点a’,b’重复步骤S4，直到检测完所有节点；

若a’和b’都正常，令a’＝b’，跳转到步骤S2；

若a’正常b’故障，记录故障节点b’，重复步骤S4，直到检测完所有节点；

若a’故障b’正常，记录故障节点a’，令a’＝b’，跳转到步骤S2。

5.根据权利要求1所述的一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，其特征在于：

在整个测试过程中利用数据中心网络结构递归性的特点，高层结构由若干个低一层结构构成，采用并行诊断的方式同时对若干个低一层结构并行的进行测试，从而增加测试效率。

6.根据权利要求5所述的一种基于容错哈密顿圈的数据中心网络故障诊断方法，其特征在于，所述并行诊断的方法具体为：

用X(n,k)表示具有容错哈密顿性质的结构,通常X(n,k)构造规则满足递归性：即X(n,k)由m个X(n,k-1)组成，其中m＞2，由于结构不同m值也不同；对m个X(n,k-1)同时进行测试，并将测试结果汇总到一起，等同于对X(n,k)进行测试，从而提高测试效率。

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