軌道交通集中告警系統(tǒng)告警相關(guān)性研究

吳迅 齊艷

摘 要：隨著各地地鐵線路的增加，各種設(shè)備故障告警量也越來(lái)越多，各種等級(jí)的告警量也較多，有時(shí)會(huì)有大量的告警是由某個(gè)告警衍生出來(lái)的，運(yùn)營(yíng)人員只能靠專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去識(shí)別哪些告警是根因告警，也沒有預(yù)測(cè)重大告警的能力。

關(guān)鍵詞：軌道交通;告警;相關(guān)性

0 引言

集中告警系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)通信各子系統(tǒng)告警數(shù)據(jù)的采集和展示，因此，對(duì)集中告警系統(tǒng)的告警數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析顯得尤為重要。傳統(tǒng)的相關(guān)性分析方法由于過(guò)多地依賴專家知識(shí)而難以適應(yīng)復(fù)雜、多變的情況，采用數(shù)據(jù)挖掘的算法則可以彌補(bǔ)這方面的不足。

1 算法確定

目前關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的研究主要集中在設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)頻繁模式的算法上，主要算法分兩類：Apriori算法及其改進(jìn)和頻繁模式增長(zhǎng)算法（FP-Growth： Frequent Pattern Growth）及其改進(jìn)算法。從算法效率上來(lái)看，F(xiàn)P-Growth算法要高于Apriori，故在集中告警系統(tǒng)告警相關(guān)性分析中使用FP-Growth算法。

2 告警分析流程

告警分析是一個(gè)處理過(guò)程，通常分為告警的預(yù)處理階段，告警挖掘階段（即告警關(guān)聯(lián)規(guī)則的挖掘）、告警的后處理階段（即對(duì)結(jié)果解釋、評(píng)估以及進(jìn)一步地調(diào)整合并等）。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理階段

這個(gè)階段分為三個(gè)子步驟：數(shù)據(jù)選取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)變換。

數(shù)據(jù)選取的目的是確定發(fā)現(xiàn)任務(wù)的操作對(duì)象，即目標(biāo)數(shù)據(jù)。在告警相關(guān)性分析中主要是從告警庫(kù)中將不同網(wǎng)元發(fā)送的告警進(jìn)行統(tǒng)一格式處理，根據(jù)用戶需要（給定的時(shí)間段）從中選出需要分析的告警數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

將目標(biāo)數(shù)據(jù)處理成便于挖掘的形式，通常包括去噪聲、缺值數(shù)據(jù)處理、消除重復(fù)記錄、完成數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換等操作。這一步對(duì)于告警關(guān)聯(lián)性分析至關(guān)重要。

（1）去噪聲。刪除告警中由于各種原因而無(wú)法識(shí)別的數(shù)據(jù)。

（2）消除重復(fù)記錄。在告警記錄中通常有很多重復(fù)記錄，如告警網(wǎng)元，告警類型和告警發(fā)生時(shí)間相同的告警記錄應(yīng)該在告警相關(guān)性分析中將其刪除。

另外，告警持續(xù)時(shí)間小于閾值（如2秒、5秒或10秒）的告警記錄刪除。

2.3 告警的后處理階段

主要對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋、評(píng)估等。

3 集中告警-FP-Growth算法應(yīng)用分析

挖掘告警的序列模式就是發(fā)現(xiàn)整個(gè)告警數(shù)據(jù)庫(kù)中告警序列之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如果告警A、B發(fā)生后，告警C經(jīng)常在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，則表明告警A、B和告警C之間存在著一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系。如下圖：

這種告警間的關(guān)聯(lián)關(guān)系至少要滿足“經(jīng)常在一起發(fā)生”這個(gè)條件。所謂“經(jīng)?！笔侵改撤N序列模式不是偶然出現(xiàn)的，要具有一定的規(guī)律性，需要達(dá)到一定的頻度，才能夠表示他們之間可能有關(guān)聯(lián)關(guān)系;所謂“在一起”是指這些有關(guān)聯(lián)的告警時(shí)間跨度不能太大，否則挖掘出來(lái)的規(guī)則也毫無(wú)意義。例如在圖1中若告警A、B發(fā)生一年之后告警C發(fā)生，這樣的關(guān)系是沒有價(jià)值的。因此具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的告警應(yīng)在一定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。

在序列模式挖掘中，一般首先通過(guò)時(shí)間窗對(duì)告警序列進(jìn)行劃分，認(rèn)為在同一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的告警可能存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，不在同一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的告警沒有關(guān)系。通常情況下時(shí)間窗以固定的滑動(dòng)步長(zhǎng)從告警序列的起點(diǎn)向終點(diǎn)滑動(dòng)，如圖2所示：

然后，統(tǒng)計(jì)告警序列模式在每個(gè)時(shí)間窗口中的發(fā)生情況，來(lái)確定其是否為頻繁項(xiàng)集。圖2 中為一告警序列S，其中{A-F}為告警類型，采用長(zhǎng)度為win的滑動(dòng)時(shí)間窗從S的初始時(shí)間開始，以單位步長(zhǎng)向后滑動(dòng)，直到S的末尾，由此形成告警窗口（告警子序列）集合W（S，win）。

告警數(shù)據(jù)是一個(gè)時(shí)間序列，在遍歷告警數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要采用滑動(dòng)窗口，這個(gè)窗口從第一條告警記錄開始，滑向最后一條告警記錄，因此還需要定義窗口的滑動(dòng)速度，即滑動(dòng)步長(zhǎng)。窗口滑動(dòng)步長(zhǎng)越大，算法的執(zhí)行效率越高，但規(guī)則的準(zhǔn)確性會(huì)下降;相反步長(zhǎng)越小，關(guān)聯(lián)規(guī)則準(zhǔn)確性提高的同時(shí)會(huì)降低算法的執(zhí)行效率，占用系統(tǒng)資源，一般情況下，為了保證相鄰窗口間有足夠的重疊，滑動(dòng)步長(zhǎng)通常小于窗口寬度大小的一半。

告警序列關(guān)系分為以下三種情況：

串行關(guān)系：告警序列包含A、B，且告警A會(huì)導(dǎo)致告警B出現(xiàn)，則A與B為串行關(guān)系。

并行關(guān)系：告警序列包含A、B，告警A和B通常一起發(fā)生，但它們出現(xiàn)的順序不定，則A和B為并行關(guān)系。

混合關(guān)系：告警序列包含A、B、和C，且通常告警A和B共同發(fā)生后會(huì)引起告警C發(fā)生，那么A、B和C為混合關(guān)系。

結(jié)合集中告警的告警數(shù)據(jù)，取告警時(shí)間窗口為10分鐘，滑動(dòng)步長(zhǎng)為4分鐘。

4 數(shù)據(jù)獲取

將某地鐵線路各個(gè)子系統(tǒng)的告警按車站分開導(dǎo)入不同的excel表格，告警記錄時(shí)間從2017年11月30日到2018年4月25日。

只對(duì)告警量較多的子系統(tǒng)進(jìn)行告警相關(guān)性分析，經(jīng)過(guò)篩選為傳輸和電源。

對(duì)20個(gè)車站的各子系統(tǒng)告警量最多的一個(gè)車站進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，告警情況如下：

（1）傳輸系統(tǒng)。共839條告警，共31個(gè)告警碼，雖也有不少?gòu)?fù)重告警，但有些是分散的，可以嘗試做相關(guān)性分析。

（2）電源系統(tǒng)。共2651條告警，共24個(gè)告警碼，重復(fù)告警較分散，可以嘗試做相關(guān)性分析。

5 相關(guān)性分析

選取傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)使用FP-GROWTH算法進(jìn)行分析：

傳輸系統(tǒng)共839條告警，以10分鐘為告警時(shí)間窗口，4分鐘為滑動(dòng)步長(zhǎng)來(lái)統(tǒng)計(jì)告警序列，將數(shù)據(jù)通過(guò)該算法進(jìn)行計(jì)算，取支持度數(shù)為40，可計(jì)算出滿足支持度數(shù)的頻繁項(xiàng)集：

1 告警A為5441，告警B為4430時(shí)，置信度為0.818181818

2 告警A為4430，告警B為5441時(shí)，置信度為0.818181818

3 告警A為4506，告警B為5548時(shí)，置信度為0.818181818

5441告警內(nèi)容為：以太網(wǎng)物理接口 Ethernet端口半雙工連接。

4330告警內(nèi)容為：以太網(wǎng)物理接口 Ethernet端口未連接。

4506告警內(nèi)容為：VCG（RPR Span）端口保護(hù)倒換事件（PSE） 。

5548告警內(nèi)容為：RPR 端口拓?fù)洳灰恢隆?/p>

咨詢了傳輸專業(yè)的工程師，得知：

在發(fā)生告警“以太網(wǎng)物理接口 Ethernet端口未連接”的情況下，一定會(huì)發(fā)生“以太網(wǎng)物理接口 Ethernet端口半雙工連接”;

在發(fā)生告警“VCG（RPR Span）端口保護(hù)倒換事件（PSE） ”，一定會(huì)發(fā)生“RPR 端口拓?fù)洳灰恢隆?

即規(guī)則2和規(guī)則3成立。

規(guī)則1和規(guī)則2包括的告警碼是相同的，互為因果，但反而置信度較低的一方是正確的，可見并不是置信度高的就一定成立，當(dāng)然這也可能是由于數(shù)據(jù)預(yù)處理不當(dāng)造成的。

參考文獻(xiàn)：

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