基于专家系统的网络故障诊断方法

2019-02-21彭中莲

产业与科技论坛 2019年1期

□彭中莲

网络是满足信息化教学环境的一项基础设施，是教育信息化建设的先决条件，是全面实现素质教育的重要手段。在“互联网+教育”的大环境下，教学区、办公区、学生区任何一个地方只要发生网络故障，他们总是要求信息技术中心网络维护人员能够在第一时间内快速地解决网络故障，从而确保教学、科研活动能够正常进行。对于校园网络故障的诊断与定位，传统的方法是采用人工方式，主要是由经验丰富的网络维护人员来完成相关故障的处理。因为网络维护人员熟悉各种网络资源的故障状态及它们之间的关联性，所以根据丰富的经验，他们能够快速判断各种故障事件的优先级并进行相应的处理。信息化时代，产生网络故障的几率也会越来越大，但具有经验丰富的网络维护人员数量有限，人工诊断又比较费时且不能在线进行；对于间断性的故障，人工维护无法及时诊断和排除；学校统筹规划各楼栋之间的网络架构是具有相似性的，那么网络故障诊断方式也应具有一定的通用性；基于以上原因，在网络故障诊断系统中引入专家系统势在必行。

一、专家系统的基本原理

专家系统是人工智能技术的一个分支，它是将某个领域内专家的经验知识总结归纳成一定的规则，计算机将利用这些知识去模仿专家分析问题的方法和解决问题的策略来处理领域问题。一个成熟的专家系统由6个基本组成部分组成：知识库、推理机、人机接口、知识获取子系统、解释子系统和全局数据库，其系统结构如图1所示。

专家系统的核心部分是知识库和推理机。其工作原理是根据知识库中的知识和用户提供的事实进行推理。其过程中，不断地由已知的前提推出未知的结论，即中间结果，并将其放入全局数据库中，再作为已知的新事实来进行推理，把求解问题由未知状态转换为已知状态，不断更新，不断循环，因此全局数据库中的信息会越来越多，越来越丰富。大数据视角下，所作出的结论也会更加精确。因此在回复用户问题中，也可以快速、精确地回复，做出解释。

图1 专家系统结构

二、专家系统的网络故障诊断系统

根据网络运行的特点，本文提出了基于专家系统的网络故障诊断系统。第一，网络故障诊断系统确定发生故障的位置；第二，在系统的图形界面显示故障并在故障日志中记录该故障；第三，在已知故障存在的情况下诊断故障的原因；第四，根据网络故障诊断结果排查故障。其中智能的网络故障诊断是本系统的关键部分，是专家系统应用于网络故障诊断领域的结合点。它由知识获取、知识库、推理机和解释机四大部分组成。

(一)知识获取。知识库是专家系统的组成基础，用来存储解决领域问题所需的专家经验或知识。专家系统知识库中所存储的专家知识的数量和质量决定专家系统性能的优劣以及解决领域问题的能力。知识获取主要有三种形式：手工知识获取方法、半自动知识获取方法及自动知识获取方法。

1.手工知识获取：知识工程师提出各种问题，领域专家作出回答，知识工程师整理回答的内容，按一定形式加工输入到知识库中。如图2.1所示。

图2.1手工知识获取

2.半自动知识获取：利用具有一定知识编辑能力的知识获取系统，采用提问的方式，帮助领域专家提取相关知识，并自动计入知识库。如图2.2。

图2.2半自动知识获取

3.自动知识获取：也称机器学习。机器学习系统不仅可以直接同领域专家对话，不需要知识工程师的干预，其对话内容可自动变换成知识库中的知识规则，而且还能从系统运行实践中总结、归纳出新的知识，同时还能自动修改当前存在的错误，并不断完善知识库。如图2.3所示。

图2.3自动知识获取

本文采用半自动知识获取的方式得到网络故障领域的相关知识。

(二)知识库。知识库用来存放领域专家提供的知识。通常，有三种知识表示形式，分别是：产生式、框架、语义网络，而产生式在专家系统中运用较为普遍。产生式规则的一般形式是：if(前提)，then(动作)或(结论)，如果前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。

本系统采用树的数据结构来组织所有故障知识，多个故障构成多棵故障树，即为故障森林。为便于操作，同时结合二叉树的原理，将故障森林转换成一棵二叉树是网络故障诊断专家系统存储故障规则的前提条件。在数据库中，本系统的二叉树采用双向链表的存储结构，遍历整个二叉树就实现了网络故障诊断专家系统的知识库的建立。

(三)推理机。在网络故障诊断专家系统中，系统根据网络维护人员输入的当前网络故障事实，利用知识库中的知识，根据有效的推理策略，提出解决当前网络故障的办法。其基本思想是：网络维护人员通过系统人机交付界面，输入网络故障事实；推理机针对当前网络故障的已知信息，采用深度优先搜索算法，反复匹配知识库中的规则，引导网络维护人员完成网络故障诊断，系统将记录诊断过程。

(四)解释机。解释机用于解释推理的过程及显示推理的结论。本系统的解释机包含三个部分：事实区、推理过程区和结论区。事实区，按事实先后顺序列举推理过程中用到的所有事实，并按事实性质分类。本系统将故障分为硬件故障、软件故障、网络故障三类。推理过程区，按先后顺序排列推理过程中所用到的知识规则。结论区，显示推理得到的结论，即问题的结果。