[发明专利]一种基于XGBoost的路由算法关键故障点识别方法

说明书

本发明公开了一种基于XGBoost的路由算法关键故障点识别方法，步骤如下：初步建立故障模型；对路由算法源程序进行随机故障注入实验，结合故障注入信息提取故障点特征；结合故障点特征改进目标路由算法故障模型，同时构建样本数据集；构建并训练基于XGBoost的故障类型预测模型；根据模型预测结果对路由算法源程序中故障点发生软错误导致的故障类型自动分类，识别关键故障点。本发明给出了一种目标路由算法在单粒子效应影响下的故障预测方法，并可根据预测结果对程序中的故障点自动进行故障类型分类，识别出关键故障点，可为目标路由算法的可靠性加固策略提供指导，并可提供有针对性的软加固方法。应用本发明方法可提高网络的可靠性。

技术领域

本发明属于软加固和可信软件领域，具体涉及一种基于XGBoost的路由算法关键故障点识别方法。

背景技术

路由器作为天基网络移动通信的重要组成部分，其功能为连通不同的网络，通过选择通畅快捷的传输路径提高通信速度，以减轻网络系统的数据传输负荷，节约网络系统资源，提高网络系统的通信效率，从而让其发挥出更大的效益。选择最佳传输路径的策略与路由算法是路由器的关键技术，路由算法决定去往目的节点的最佳路径。分为静态路由算法和动态路由算法，动态路由算法可以很好的适应网络的拓扑变化或者链路的状态变化，常用于大型和复杂的网路环境中，能改善网络的性能并有助于流量控制。动态路由算法作为网络系统运行的关键程序，需要高水平的可靠性技术来加固，以降低故障率。然而，现代微处理器和存储器件已被证明极易受到太阳辐射等强干扰引起的软错误的影响，导致网络故障和数据损坏。如我国发射的“风云一号”气象卫星由于发生瞬时故障导致提前退役；我国“萤火一号”探测卫星发生瞬时故障，导致探测任务失败。因此，这类不可靠因素将影响辐射环境中路由器中执行的动态路由选择程序，如美国的Telstar401卫星，由于辐射问题导致损坏，致使北美地区通讯大面积中断，造成严重影响。

在太空辐射环境中，因为空间辐射或高能粒子撞击，使计算机系统中的硬件部分如半导体数字电路等受到干扰，这种现象称为单粒子效应。它的具体表现有单粒子翻转(SEU，Single Event Upset)等，SEU属于一种瞬时故障，是由于高能带电粒子对微电子设备(微处理器、半导体存储器、功率晶体管等)的敏感节点进行轰击，使得这些信息逻辑位上发生单位翻转的物理现象，也被称为软错误。软错误所触发的瞬时故障会对运行在计算机硬件上的软件带来不可忽视的影响，比如造成程序陷入死循环、程序崩溃、程序输出结果错误等影响。

识别应用程序的关键故障点可通过软件故障注入的方式，穷举故障注入技术能够识别出程序中几乎所有的关键故障点，却带来无法估量的开销问题。为了减少故障注入的开销，已有的研究工作大多使用故障点修剪或者错误传播建模的方法。如University ofBritish Columbia的Li等人通过基于对程序中错误传播规律的研究构建一个三级模型TRIDENT，在无需故障注入的情况下预测给定程序的总体SDC概率和单个指令的SDC概率。University ofFlorida的Xin Fu等人通过研究微体系结构组件在其运行时表现出的时变行为，使用基于代码结构和基于运行时事件的方法来预测程序的可靠性。NortheasternUniversity的Fritz等人提出了一种故障注入方法PCFI(program counter(PC)guidedfault injection)，利用基于软错误影响指令的程序计数器的故障注入结果的可预测性来减少故障注入活动的次数，在不牺牲准确性的情况下将故障注入活动的时间缩短了22％。College ofWilliamMary的B.Nie等人提出了一种逐步修剪故障站点空间的系统方法，通过识别线程集中代码块之间的动态指令公共性、代表性线程中循环迭代的子集以及目标寄存器位位置的子集，实现故障点的修剪，从而减少所需要的故障注入的次数。上述方法减少了故障注入的开销，但这一过程难以实现自动化且缺少对应用程序特征的分析。