基于案例推理方法的國(guó)網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)告警模型的研究*

余 錚 馮 浩 查志勇

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司信息通信公司 武漢 430077）

1 引言

國(guó)網(wǎng)公司內(nèi)部各領(lǐng)域及專業(yè)在信息系統(tǒng)的支撐下高效運(yùn)轉(zhuǎn)，信息系統(tǒng)運(yùn)行支撐壓力越來越大，面對(duì)50 余套信息系統(tǒng)以及400 余臺(tái)服務(wù)器的運(yùn)行維護(hù)工作量，運(yùn)維人員少，工作任務(wù)艱巨。現(xiàn)階段的信息運(yùn)維綜合監(jiān)管平臺(tái)集“調(diào)度、運(yùn)行、檢修、客服、三線”于一體，已具備高效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集功能和資源監(jiān)測(cè)告警功能。

網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)更新變化快的情況下，快速發(fā)現(xiàn)、定位和處理故障的難題，初步實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知及智慧處理。系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的REST API以及方便的Email 集成方式，可將任何支撐系統(tǒng)快速接入到一站式的消息平臺(tái)。當(dāng)告警信息蜂擁而至?xí)r，對(duì)運(yùn)行人員的處理能力提出了更高的要求，同時(shí)大量重復(fù)的告警給準(zhǔn)確及時(shí)的推送帶來了很大的困難，為了應(yīng)對(duì)這些問題，根據(jù)不同的運(yùn)維人員的業(yè)務(wù)水平，該文的主要目的是利用案例推理方法做到精準(zhǔn)的消息推送。

2 相關(guān)工作

告警信息的可視化方便了工作人員工作的同時(shí)，也受到了大量信息，特別是重復(fù)性的告警信息的困擾，陳翔［1］等提出利用規(guī)則庫的方法進(jìn)行告警壓縮，和分階式實(shí)時(shí)綜合故障診斷方法，對(duì)告警實(shí)現(xiàn)自協(xié)化處理。馬游［2］提出設(shè)置重要信息超時(shí)告警來避免值班員錯(cuò)過重要信號(hào)，同時(shí)提出對(duì)告警信號(hào)進(jìn)行合并和分級(jí)分類篩選以減少監(jiān)控信號(hào)的數(shù)量的方法。李昊旸等［3］根據(jù)告警特征分為元件級(jí)告警和系統(tǒng)級(jí)告警，類型有單一、串聯(lián)、并發(fā)、組合、靈敏度和梯度告警。趙家慶等［4］提出了多主題電網(wǎng)設(shè)備綜合智能告警技術(shù)框架，以基于設(shè)備單元的告警信息為切入點(diǎn)，采用時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫高效集成支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以告警分析為中心的多維度、多主題綜合分析和預(yù)警功能。王健等［5］提出利用概率統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算出設(shè)備不同告警源下的正確告警和錯(cuò)誤告警的次數(shù)獲得先驗(yàn)概率；再通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同告警源及其組合的可信度進(jìn)行后驗(yàn)概率的計(jì)算，從而得出在不同告警源告警及組合下的告警可信度，將告警信息以量化的形式更準(zhǔn)確地展現(xiàn)給調(diào)度人員從而降低錯(cuò)誤告警次數(shù)，提高調(diào)度效率。肖艷煒等［6］從 SCADA 系統(tǒng)獲取一次系統(tǒng)模型，從保信系統(tǒng)獲取二次系統(tǒng)模型，采用基于溯因圖的故障診斷方法，分析SCA-DA 系統(tǒng)和保信系統(tǒng)提供的開關(guān)變位、保護(hù)動(dòng)作、重合閘等告警，智能推理故障元件和故障類型。朱子坤等［7］基于特征映射的智能告警系統(tǒng)，通過獲取電網(wǎng)運(yùn)行告警信息所屬調(diào)度對(duì)象的特征信息，包括空間位置特征量以及其所表征的調(diào)度對(duì)象內(nèi)在運(yùn)行狀態(tài)，并建立這些特征信息的虛擬映射邏輯，將自然語言描述的推理規(guī)則映射為計(jì)算機(jī)邏輯表達(dá)式，提高計(jì)算機(jī)處理效率。莊博等［8］從設(shè)備集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的基本需求入手，介紹了監(jiān)控智能告警包含的功能，闡述了監(jiān)控智能告警巡視的內(nèi)容和各項(xiàng)功能，闡述了監(jiān)控智能告警展示的功能、數(shù)據(jù)來源并與調(diào)度智能告警進(jìn)行了比較，介紹了告警智能分析推理的功能。張杰明等［9］設(shè)計(jì)了電網(wǎng)運(yùn)行智能告警系統(tǒng)的架構(gòu)，分析基于專家知識(shí)庫的智能推理規(guī)則。黃國(guó)政［10］等探討了調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)告警信號(hào)智能處理的機(jī)制和規(guī)則。為了更好地幫助決策，陳艷［11］等提出了一種改進(jìn)的最近鄰算法進(jìn)行告警類別的判斷。蔡子恒［12］介紹了幾種綜合智能告警技術(shù)。閃鑫［13］等提出面向調(diào)度運(yùn)行模式的綜合告警、設(shè)備故障的在線快速診斷以及多有調(diào)度間的故障實(shí)時(shí)共享方案。王榮［14］等提出了一個(gè)智能告警框架并闡述了具體功能。陳開等［15］提出為了提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力以及故障分析能力就要積極進(jìn)行故障綜合分析與告警信息系統(tǒng)構(gòu)建，大力開發(fā)告警信息軟件，利用數(shù)據(jù)庫以及模塊來預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)，同時(shí)對(duì)故障信息作出分析和處理，從而有效避免電網(wǎng)運(yùn)行中故障問題發(fā)生。

3 實(shí)現(xiàn)方案

在電網(wǎng)信息系統(tǒng)行期間，系統(tǒng)中的消息感知模塊將會(huì)接入各個(gè)監(jiān)控平臺(tái)的告警與事件。數(shù)據(jù)主要來源于各類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用系統(tǒng)及主機(jī)。通過多種協(xié)議如 syslog，SNMP，ssh，telnet，WMI，jdbc。獲取到日起信息后，可以進(jìn)行規(guī)范化，分類，過濾并推送到核心層進(jìn)行分析、存儲(chǔ)。如圖1 所示，整個(gè)消息感知模塊的業(yè)務(wù)功能分為五個(gè)主要步驟。各步之間相互依賴，各步中傳遞數(shù)據(jù)在不斷的發(fā)生變化，最后實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)推送及可視化展示。

圖1 消息感知模塊

4 基于案例推理框架

基于案例的推理（Case-Based Reasoning，CBR）是人工智能發(fā)展較為成熟的一個(gè)分支，最由早耶魯大學(xué)Schank 教授在1982 年提出的，它是一種基于過去的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)歷的推理，是人工智能領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的推理方法。對(duì)基于案例的推理來說，求解一個(gè)問題的結(jié)論是從記憶里或案例庫中找到與當(dāng)前問題最相關(guān)的案例，然后針案例中的解決方案做為解決當(dāng)前新出現(xiàn)的案例或是進(jìn)行必要的改動(dòng)以適合當(dāng)前需解決的問題，此持術(shù)已成功在法律案例分析、輔助工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域取得了實(shí)用性成果。通過對(duì)國(guó)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中消息感知模塊的仔細(xì)分析，精準(zhǔn)推送功能起到關(guān)鍵的呈上起下的作用，前面的功能的有效實(shí)現(xiàn)是此功能的重要前提，此功能的實(shí)現(xiàn)也是后續(xù)功能的重要前提。通過對(duì)國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)規(guī)范化后，可以清晰地看到告警中信息的重要組成成分：告警數(shù)據(jù)來源，告警信息的詳細(xì)描述，及推送相關(guān)業(yè)務(wù)人員。基于案例推理的框架如圖2所示。

圖2 案例推理流程圖

基于案例推理方法中有三個(gè)重要的實(shí)現(xiàn)步驟：案例表示，案例檢索及案例重用或調(diào)整。

4.1 案例表示

案例表示是案例推理的重要基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中它表示為過去曾解決過的問題。在該文的研究工作中，將已處理過的告警信息作為一個(gè)案例，即包括告警信息及對(duì)此條告警的處理方法，從而可以形成案例模板。用形式化的方法可以表示為：告警數(shù)據(jù)來源：｛硬件故障，網(wǎng)絡(luò)故障，系統(tǒng)服務(wù)故障…｝，告警信息：｛來源，具體描述｝，業(yè)務(wù)人員：｛專責(zé)人員，系統(tǒng)管理員…｝，從表1 中可以看到告警信息的案例描述，當(dāng)系統(tǒng)中的這種案例積累起來后，就會(huì)形成一個(gè)案例數(shù)據(jù)庫，此案例庫就可以作為后續(xù)問題的一個(gè)參考庫。

表1 案例庫中的案例模板

表2 新出現(xiàn)的案例模板

4.2 案例檢索

相似案例的檢索是基于案例推理中的一個(gè)關(guān)鍵操作，即當(dāng)新的案例出現(xiàn)時(shí)，從前面提到的案例庫中去搜索與此新案例最相似的案例，并提取找到的案例中的解決策略作為新案例的解決策略，搜索過程的時(shí)間消耗主要是花在查找過程，提取過程非常迅速。為了更好地實(shí)現(xiàn)查找過程，該文將采用自然語言處理方法對(duì)告警信息進(jìn)行詞法分析，提取重要的相關(guān)詞，將自動(dòng)保存在第4 個(gè)屬性中。然后利用詞向量的方法對(duì)告警信息進(jìn)行相似度計(jì)算，即基于詞匯的重疊利用Jaccard 相似度度量算法完成計(jì)算，具體公式如下：

其中，A為案例庫中的帶有解決方案的案例，B為新出現(xiàn)的問題案例，在該文中，通過詞法分析后獲得案例相似性，將相似閾值設(shè)定為［0.4，1］這樣的范圍表示兩者非常相似或基本等同。同時(shí)，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，案例庫會(huì)不斷的變大，近而影響到的是搜索時(shí)間的問題，對(duì)于國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)急技術(shù)，搜索時(shí)間必須要在合理的限制內(nèi)，為此，該文根據(jù)案例模板中的描述，設(shè)計(jì)了各種索引方便進(jìn)行檢索。

4.3 案例的重用或調(diào)整

在前一步中檢索出來的案例中的解決方案，若確認(rèn)與問題案例有很高的相似性，則可以直接利用它的決策方法來進(jìn)行推送，或相似性不足以讓相關(guān)人員滿意，則可以人為地進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的決策與新案例將再次存放到案例庫中作為后續(xù)的問題的參考。

5 實(shí)驗(yàn)

基于案例推理的技術(shù)方法中，對(duì)其使用效率的關(guān)鍵影響因素為案例庫的大小，案例的數(shù)量不僅直接影響著決策的質(zhì)量，而且影響著檢索速度，案例庫越大，直接線性檢索就會(huì)很慢，所以，另一個(gè)關(guān)鍵影響因素是檢索技術(shù)，根據(jù)國(guó)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了不同的索引來提高檢索速度。該文利用系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了一定量的實(shí)驗(yàn)，選取了一段時(shí)間內(nèi)大約10000 條告警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從最初的庫例庫數(shù)量為0 開始運(yùn)行推理過程，一直到8000 條案例，剩余的2000條作為索引設(shè)計(jì)分析的最終測(cè)試用例。

5.1 案例庫大小的分析

在測(cè)試中可以看出，在庫例庫較小時(shí)，能找到的相似案例中的決策個(gè)數(shù)也較小，隨著案例庫中案例增多，決策個(gè)數(shù)的數(shù)量也會(huì)隨之增加，可以保證決策的質(zhì)量。

圖3 案例庫大小影響圖

5.2 索引設(shè)計(jì)的分析

因測(cè)試用到的數(shù)據(jù)量較小，實(shí)際的運(yùn)行都在毫秒數(shù)量級(jí)，差別不是很大，所以，該文在實(shí)際的測(cè)試中采用給定一定的相似值的情況下，利用找到相似案例時(shí)的比較次數(shù)作為參考，比較次數(shù)越多，會(huì)反應(yīng)出運(yùn)行時(shí)間越多。

圖4 索引技術(shù)對(duì)比

為了圖示方便，在圖4 中的橫坐標(biāo)在每個(gè)點(diǎn)上都縮小了400 倍，實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的相似值為0.7。從圖4 中可以看出，有索引時(shí)的比較次數(shù)雖然也在隨著案例庫的大小在增長(zhǎng)，但是增長(zhǎng)的幅度遠(yuǎn)小于沒有索引技術(shù)的比較次數(shù)。說明，設(shè)計(jì)的索引可以有效的提高檢索速度。

6 結(jié)語

該文針對(duì)國(guó)網(wǎng)信息化系統(tǒng)中的消息感知模塊的實(shí)現(xiàn)給出了一個(gè)基于案例推理的方法實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)闡述了整個(gè)框架的實(shí)現(xiàn)，描述了案例的表示，案例的搜索及案例的重用和修改的具體實(shí)現(xiàn)過程，為了驗(yàn)證方法的有效性，該文也進(jìn)行一定規(guī)模的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，證明了該文提出的方法的有效性。

在今后的工作中，我們將進(jìn)一步分析告警信息，更加全面地設(shè)計(jì)案例模板，同時(shí)再改進(jìn)索引技術(shù)，以提高檢索速度，并在更大數(shù)據(jù)集上進(jìn)行測(cè)試。