楊厚云，回廣福，付興建，王巧玲，孔德娟

（1.北京信息科技大學(xué) 信息網(wǎng)絡(luò)中心，北京 100192；2.北京信息科技大學(xué) 自動化學(xué)院，北京 100192）

通訊與網(wǎng)絡(luò)

基于智能決策CBR技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)故障管理系統(tǒng)的設(shè)計

楊厚云1，回廣福1，付興建2，王巧玲2，孔德娟2

（1.北京信息科技大學(xué) 信息網(wǎng)絡(luò)中心，北京 100192；2.北京信息科技大學(xué) 自動化學(xué)院，北京 100192）

設(shè)計了一種智能決策CBR技術(shù)的高校網(wǎng)絡(luò)故障管理系統(tǒng)。通過應(yīng)用CBR技術(shù)模擬人工網(wǎng)絡(luò)故障解決過程。此外，本研究還設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策支持系統(tǒng)及其開發(fā)流程，并融合智能決策支持系統(tǒng)優(yōu)化人員調(diào)配流程。

網(wǎng)絡(luò)故障；智能決策；CBR

0　引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得校園網(wǎng)已經(jīng)成為高校必備的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，為學(xué)校的教學(xué)、科研、管理與服務(wù)提供運行平臺。隨著校園網(wǎng)不斷延伸，其故障報修頻率越來越高，任何一處網(wǎng)絡(luò)故障都會給用戶學(xué)習(xí)生活帶來不便。目前校園網(wǎng)故障處理過程中主要存在兩方面問題：1）人員調(diào)度問題，故障多層轉(zhuǎn)交和多次重新分析以及責(zé)任互相推諉等問題降低了故障管理效率；2）故障分析過程問題，由于故障分析過程復(fù)雜，需要工作人員具有全面綜合的技術(shù)水平，才能及時的處理故障問題，因此人員的技術(shù)水平直接影響故障處理效率。基于以上網(wǎng)絡(luò)故障處理存在的現(xiàn)實問題，高校校園網(wǎng)亟需一個有效的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點快速判斷，并在第一時間指定故障處理人員。

目前智能決策支持系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于教育［1］、醫(yī)療［2］、航運［3］、公益服務(wù)［4］、供水系統(tǒng)［5］等多個方面，智能決策正在被越來越多的運用。

1　智能網(wǎng)絡(luò)故障管理系統(tǒng)的構(gòu)建

運用CBR技術(shù)將北京信息科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)故障分析過程通過人工智能進(jìn)行模擬，完成網(wǎng)絡(luò)故障描述、檢索、重用、調(diào)整、學(xué)習(xí)等部分工作，實現(xiàn)電腦代替人工分析網(wǎng)絡(luò)故障的工作。

1.1基于CBR技術(shù)的智能決策

案例推理又稱CBR（CASE-BASED REASONING），是一種基于案例的類比推理法，基本原理是模仿人類思維方式，通過搜索已有案例庫，找到相似案例后，根據(jù)當(dāng)前案例對原案例進(jìn)行改編和學(xué)習(xí)，從而尋找到解決當(dāng)前案例的辦法。

1.2案例推理核心技術(shù)

案例推理技術(shù)是人工智能的一個重要技術(shù)。目前基于案例推理技術(shù)（CBR）的核心技術(shù)分為五個部分：表示、檢索、重用、調(diào)整、學(xué)習(xí)。CBR在北京信息科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策中的詳細(xì)步驟如下：

1）校園網(wǎng)絡(luò)故障管理案例表示方法

案例表示過程就是把案例以某種約定形式描述成為知識，然后編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程，本文采用petri網(wǎng)表示方法完成描述。

圖1　網(wǎng)絡(luò)故障描述框架

將校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策方案用三元組表示：故障問題描述；故障解決方案描述；故障解決方案效果描述。網(wǎng)絡(luò)故障案例庫由故障描述和解決措施兩個部分組成，針對校園網(wǎng)絡(luò)故障管理的故障方案描述由故障類型、故障范圍、時間間隔組成。以petri網(wǎng)表示方法［6］建立網(wǎng)絡(luò)故障描述框架如圖1所示。

在案例庫中一務(wù)案例的內(nèi)容如表1所示。

表1　校園網(wǎng)絡(luò)故障管理案例內(nèi)容

2）校園網(wǎng)絡(luò)故障案例檢索方法

假設(shè)待解決案例為Ax，案例庫中的案例集表示A=｛A1，A2，…，An｝，根據(jù)索引選出相似案例集B=｛Atp｝，其中tp為索引號，B∈A。案例檢索匹配就是從B中檢索出與Ax相似度滿足所設(shè)閾值的一個或者多個案例的過程。

通過字段匹配技術(shù)［7］實現(xiàn)檢索過程，字段匹配公式如下：

匹配度=匹配字?jǐn)?shù)/［（M的字?jǐn)?shù)+N的字?jǐn)?shù)）/2］，其中M、N分別代表當(dāng)前案例中某索引下字?jǐn)?shù)與案例庫中所檢索案例的相同索引下字?jǐn)?shù)。

根據(jù)表1所示內(nèi)容，案例庫中一務(wù)完整的案例應(yīng)包含序號、標(biāo)題、故障類型、故障范圍、檢測情況、故障原因、解決措施、指導(dǎo)故障處理人員8項，而與當(dāng)前待解決案例匹配時只需匹配故障類型、故障范圍、檢測情況這三個字段。假設(shè)當(dāng)前案例與表1具有相同索引情況，如表2所示。

表2　當(dāng)前案例內(nèi)容

計算當(dāng)前案例與表1中案例匹配度：

故障類型匹配度計算：“輸入網(wǎng)址無法打開網(wǎng)頁”與“輸入網(wǎng)址打開緩慢”匹配字?jǐn)?shù)=6，M=10，N=8，所以匹配度=6/［（10+8）/2］=0.67。按照此方法計算故障范圍匹配度為0.83，檢測情況匹配度為1，三者平均匹配度為（0.83+0.67+1）/3=0.83。若設(shè)定閾值為0.6，則0.83＞0.6，表示表2中案例與當(dāng)前案例匹配。

3）校園網(wǎng)絡(luò)故障案例重用

案例重用是指在匹配到案例庫中的舊案例后，通過舊案例故障解決措施來解決當(dāng)前案例問題的過程。但是通常情況下舊案例與新案例不會完全匹配，這就需要通過案例編輯和修改來調(diào)整出與當(dāng)前案例更加匹配的案例。CBR中案例庫設(shè)計為可視化界面，用戶通過人機界面可直接對匹配到的舊案例進(jìn)行修改。

4）校園網(wǎng)絡(luò)故障案例調(diào)整

校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策系統(tǒng)中，首先要通過案例檢索來匹配出與當(dāng)前案例最匹配的舊案例，然后根據(jù)知識庫中的專家知識進(jìn)行修改，使檢索出的舊案例能夠解決當(dāng)前的案例問題。

基于規(guī)則推理又稱RBR（Rule-Based Reasoning）技術(shù)是專家系統(tǒng)的一種推理形式，其過程是錄入事故信息后在規(guī)則庫中檢索出適合當(dāng)前案例的專家規(guī)則，對每務(wù)專家規(guī)則進(jìn)行修正判斷，如果需要修正，則把專家規(guī)則添加到故障處理預(yù)案中。如果不需要修正，則判斷下一務(wù)規(guī)則，直到判斷完所有規(guī)則，RBR案例調(diào)整流程如圖2所示。

圖2　RBR案例調(diào)整流程示意圖

5）校園網(wǎng)絡(luò)故障案例學(xué)習(xí)

在每次進(jìn)行CBR運算出當(dāng)前案例故障處理的措施并成功解決問題后，是否考慮將此次案例添加到案例庫中，是案例學(xué)習(xí)的目的。若所有新案例在計算后都添加到案例庫，會造成案例庫檢索時效率降低。通過案例學(xué)習(xí)更加科學(xué)地將有價值案例添加到案例庫中，使案例庫在完善的同時且不降低檢索效率。

設(shè)案例集A=｛A1，A2，…，An｝，Ax表示當(dāng)前案例，將Ax與案例集中的源案例進(jìn)行匹配，同樣采用案例檢索中字段匹配技術(shù)，計算出Ax與A中案例匹配度，并設(shè)定一個閾值w，當(dāng)Ax與A中所有原案例匹配度小于w時，將新案例添加到案例庫中；當(dāng)Ax與A中任意案例匹配度大于w時，刪除當(dāng)前案例。

2　智能網(wǎng)絡(luò)故障管理系統(tǒng)設(shè)計

在運用CBR技術(shù)的智能決策算法分析完成后，需要對智能決策支持系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計和開發(fā)流程規(guī)劃，進(jìn)而實現(xiàn)智能分析網(wǎng)絡(luò)故障功能。

2.1系統(tǒng)總設(shè)計

校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策系統(tǒng)涉及到數(shù)據(jù)的修改和補充、管理員管理、操作員數(shù)據(jù)錄入、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)包監(jiān)控、認(rèn)證監(jiān)控、智能決策系統(tǒng)等方面內(nèi)容。在校園局域網(wǎng)環(huán)境下，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，管理員對決策系統(tǒng)后臺進(jìn)行維護(hù)；用戶提交故障后，操作員根據(jù)受理故障情況，通過打開智能決策支持系統(tǒng)網(wǎng)頁進(jìn)行故障錄入；監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備、數(shù)據(jù)包、認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控；決策支持系統(tǒng)首先獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過推理和計算顯示出故障解決措施。圖3為校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策支持系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖3　校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策支持系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策系統(tǒng)功能體系如圖4所示。

校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)管理：專家規(guī)則管理、案例庫管理、新故障案例庫管理、方法庫管理、監(jiān)控數(shù)據(jù)管理；系統(tǒng)管理：系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)角色管理、系統(tǒng)日志管理；人員調(diào)用管理；信息處理系統(tǒng)管理。

這些功能共同協(xié)作形成決策系統(tǒng)平臺，使校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策系統(tǒng)有效運行。數(shù)據(jù)管理是為決策出解決故障技術(shù)措施而設(shè)置，解決方案提出后根據(jù)人員調(diào)用管理功能指定某個崗位員工進(jìn)行故障處理。系統(tǒng)管理為系統(tǒng)管理員建立管理賬戶、管理登錄用戶名密碼及日志整理提供便利。信息處理系統(tǒng)則提供自然語言與機器語言之間轉(zhuǎn)換功能，從而實現(xiàn)人機交互。

2.3求解過程

決策系統(tǒng)平臺核心任務(wù)即為智能決策，為當(dāng)前故障找出適當(dāng)處理方案，智能決策求解過程如圖5所示。

圖4　校園網(wǎng)絡(luò)故障管理智能決策系統(tǒng)功能體系

圖5　決策任務(wù)求解流程示意圖

1）錄入故障后，經(jīng)過人機接口翻譯為機器語言；

2）從方法庫中找到描述方法；

3）在數(shù)據(jù)庫中分析出當(dāng)前設(shè)備運轉(zhuǎn)情況及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、認(rèn)證等方面數(shù)據(jù)；

4）當(dāng)前故障與當(dāng)前監(jiān)控數(shù)據(jù)描述；

5）通過在案例庫中檢索、重用、以專家?guī)熘袑＜抑R規(guī)則進(jìn)行調(diào)整等步驟，完成問題求解，從而提出解決方案。

執(zhí)行人員對當(dāng)前方案進(jìn)行評估，若感覺方案無法解決當(dāng)前故障，需要調(diào)整，則進(jìn)行故障重新錄入繼續(xù)上述步驟，若方案可解決當(dāng)前問題，系統(tǒng)判斷當(dāng)前案例是否為經(jīng)典案例。若是，則添加到案例庫中；若不是，則刪除當(dāng)前案例后結(jié)束此次決策。

2.4開發(fā)流程設(shè)計

系統(tǒng)平臺分為兩個部分，一部分為將CBR實現(xiàn)過程分解對應(yīng)四個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計，建立管理系統(tǒng)并錄入數(shù)據(jù)，集成各自功能部件。另一部為問題控制設(shè)計，對人員調(diào)用、編程控制、人機對話等功能進(jìn)行開發(fā)。最終建立各部件之間接口，使之集成為一個綜合智能決策支持系統(tǒng)。

3　字段匹配檢索代碼實現(xiàn)

采用C語言實現(xiàn)字段匹配檢索實現(xiàn)過程。例如，當(dāng)前案例關(guān)鍵語句“輸入網(wǎng)址無法打開網(wǎng)頁”，案例庫中案例關(guān)鍵語句為“輸入網(wǎng)址打開緩慢”，通過C語言實現(xiàn)判斷相似度過程如下：

通過程序運行計算出結(jié)果如圖6所示，通過運行結(jié)果可看出字符相似度為0.67，通過設(shè)置閾值判斷是否將此案例檢索出作為備選方案。

圖6　字段匹配技術(shù)代碼實現(xiàn)結(jié)果

4　應(yīng)用智能網(wǎng)絡(luò)故障管理系統(tǒng)后效果

通過對信息網(wǎng)絡(luò)中心應(yīng)用智能決策前后業(yè)務(wù)流程及故障分析過程加以研究，以列舉實例、測速故障處理時間，分析出應(yīng)用智能決策支持系統(tǒng)后對人員調(diào)配影響和故障分析過程的影響。

4.1智能決策應(yīng)用對人員調(diào)配影響

智能決策支持系統(tǒng)應(yīng)用后對故障管理流程，在崗位的數(shù)量、技術(shù)水平的要求、人員調(diào)配等方面都有很大的變化。

1）崗位變化

故障管理方式改變使得不同崗位要求技術(shù)等級有所改變。綜合服務(wù)部內(nèi)的智能決策系統(tǒng)操作員，作為核心人員，要求技術(shù)等級提高，原來工作是負(fù)責(zé)咨詢、查詢、故障分類并轉(zhuǎn)交等業(yè)務(wù)，應(yīng)用智能決策系統(tǒng)后操作員的工作在原工作基礎(chǔ)上增加以下三務(wù)：

（1）故障分析能力。受理到網(wǎng)絡(luò)故障后有一個總體判斷，對故障分類要求較高，做到在一開始對故障有個大概定性，可以為輸入智能決策系統(tǒng)語言做好準(zhǔn)備。

（2）故障輸入表達(dá)能力。當(dāng)接受到故障后，可以將故障時間節(jié)點、故障影響范圍、故障類型等情況用專業(yè)術(shù)語表達(dá)出來，并迅速輸入系統(tǒng)。

（3）故障解決措施判斷能力。當(dāng)智能決策支持系統(tǒng)輸出故障解決方案時，操作員可以對解決措施作出初步判斷，判定是否可以解決問題。若可以，則聯(lián)系解決措施方案中指定技術(shù)人員解決問題，若不可以，則增加或者轉(zhuǎn)換輸入務(wù)件，重新錄入故障描述，再次進(jìn)行分析，并得到新解決方案。

原網(wǎng)絡(luò)部和系統(tǒng)部技術(shù)人員原工作為項目建設(shè)、故障分析、故障修復(fù)，應(yīng)用智能決策系統(tǒng)后可以省去故障分析這一重要工作，故而對技術(shù)等級要求相對降低。

2）人員調(diào)配變化

應(yīng)用智能決策支持系統(tǒng)后，即解決了技術(shù)人員之間工作相互干擾、業(yè)務(wù)互相推諉現(xiàn)象。當(dāng)操作員判定系統(tǒng)決策出來的解決方案可行時，則會直接指定技術(shù)人員處理故障，快速、便捷。

4.2智能決策對設(shè)備故障管理影響

智能決策支持系統(tǒng)模擬人的思維，決策過程中有兩處正是人類思維模擬的體現(xiàn)：

1）將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)作為案例表示中的一部分。這一行為即為模擬技術(shù)人員通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)判定故障節(jié)點的過程。

2）通過案例推理庫推理方式，找到相似案例，經(jīng)過修正后決策出當(dāng)前案例解決方案。這一行為正是模擬人類利用工作經(jīng)驗根據(jù)當(dāng)前故障現(xiàn)象找出故障節(jié)點。

因此判斷故障時不再需要高水平的專業(yè)技能、不再需要豐富的網(wǎng)絡(luò)故障處理經(jīng)驗，對設(shè)備故障的管理更加精準(zhǔn)和高效。

5　結(jié)束語

本系統(tǒng)是根據(jù)高校信息網(wǎng)絡(luò)中心對網(wǎng)絡(luò)故障管理相關(guān)流程、故障分析過程特征等信息多年積累后，根據(jù)實際經(jīng)驗設(shè)計決策系統(tǒng)模擬人工處理網(wǎng)絡(luò)故障過程，實現(xiàn)快速分析診斷決策出故障解決方案并指導(dǎo)人員調(diào)配，從而使網(wǎng)絡(luò)故障管理逐漸由經(jīng)驗型向智能型發(fā)展，最終達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)故障管理效率，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的目的。

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The design of university network failure management system based on intelligent decision-making CBR technology

YANG Hou-yun1， HUI Guang-fu1， FU Xing-jian2， WANG Qiao-ling2， KONG De-juan2

TP391

A

1009-0134（2016）10-0056-05

2016-07-27

楊厚云（1978 -），女，黑龍江佳木斯人，工程師，碩士研究生，研究方向為計算機應(yīng)用技術(shù)。