基于边缘计算的服务器故障预测传感器优化部署方法与流程

本发明涉及服务器故障监测，特别是涉及基于边缘计算的服务器故障预测传感器优化部署方法。

背景技术：

1、随着数据中心规模不断扩大，服务器运行负荷和设备集成密度持续提高，风扇、硬盘、电源及处理器散热组件长期处于连续运行状态，为及时发现部件磨损、松动及异常振动，需要在服务器内部合理部署传感器，对早期故障信号进行采集和预测，并在减少传感器数量的同时保证故障识别的准确性。

2、目前服务器故障预测传感器部署技术通常根据结构位置、历史故障数据、信号幅值、信噪比或监测覆盖范围选择传感器安装位置，并通过仿真模型分析故障信号在服务器结构中的传播情况，然而，服务器内部存在散热风扇气流噪声、结构局部共振及多路径传播现象，同一故障信号经过不同结构接口后会发生幅值衰减和相位变化，而部分与故障传播无关的接口也可能出现异常响应，根据异常强度或相关性判断传播路径，难以验证异常信号是否真实经过候选结构接口传播，容易将气流噪声或局部共振形成的响应误认为故障传播信号，进而造成传感器部署位置偏离实际故障传播路线。

3、现有服务器故障预测传感器部署技术，无法准确验证候选位置对应结构接口对早期故障信号的真实传播承接关系，导致传感器部署方案的故障区分能力和可靠性不足，为此，本发明提出一种基于边缘计算的服务器故障预测传感器优化部署方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的服务器故障预测传感器优化部署方法，解决现有服务器故障预测传感器部署技术，无法准确验证候选位置对应结构接口对早期故障信号的真实传播承接关系，导致传感器部署方案的故障区分能力和可靠性不足的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为基于边缘计算的服务器故障预测传感器优化部署方法，包括以下步骤：

4、s1、由边缘计算节点获取服务器结构、运行参数及多个待监测故障类型，建立气流噪声模型和故障信号传播拓扑，在结构传播接口两侧形成预选位置对，将健康传递稳定且早期故障传递异常的位置对确定为候选位置对；

5、s2、针对各故障逐级加载激励并确定新增异常接口，根据候选位置对两侧的传递差异，以及候选位置对的下游侧至新增异常接口的路径传递参数生成反相补偿量，在下游侧虚拟加载，将使新增异常接口的响应衰减满足抵消条件的位置对标记为有效位置对，以同一故障激励等级下的新增异常接口集作为故障传播前沿，由拓扑连续的有效位置对形成承接链，按激励等级和拓扑顺序形成前沿指纹；

6、进一步的，在确定故障传播前沿时，边缘计算节点检查各新增异常接口与对应故障部件之间的有效位置对连接关系；对于能够通过拓扑连续的有效位置对与对应故障部件连接的新增异常接口，将其确定为经传播验证的新增异常接口，并优先由经传播验证的新增异常接口组成故障传播前沿；对于未形成连续有效位置对连接关系的新增异常接口，将其保留为待复核异常接口，不用于形成承接链。

7、s3、比较前沿指纹，确定共同传播区段和首次分化接口集，将共同传播区段内与首次分化接口集拓扑距离最小的候选位置对确定为锚定位置对，以下游位置对是否属于承接链形成确认编码，选取使各故障编码互异且数量最少的下游位置对组合，与锚定位置对形成接力确认组；

8、s4、合并各接力确认组的共用位置对，保留锚定位置对，并根据气流噪声模型确定的背景噪声由高至低依次虚拟撤除其余位置对；撤除后编码仍互异且承接链完整的予以删除，否则恢复，形成初始方案；

9、s5、按初始方案安装传感器并施加非破坏性校验激励，并形成实测承接链和实测编码，以实测与仿真编码偏差修正模型并更新方案，复验至编码满足一致性条件且承接链完整，输出目标方案。

10、进一步的，边缘计算节点设置于目标服务器所在的本地网络中，与服务器数据采集接口通信连接，并在传感器安装后与传感器通信连接，用于执行气流噪声建模、故障传播仿真、反相补偿量生成、确认编码生成、位置对虚拟撤除及实测模型修正；

11、故障信号传播拓扑以故障部件和结构传播接口为节点，以相邻节点之间的结构连接关系为关联边，每一关联边配置对应的路径传递参数，路径传递参数包括故障敏感频段内的幅值衰减参数和相位延迟参数，气流噪声模型用于确定各预选位置对在不同运行工况下的背景噪声频谱；

12、每一预选位置对包括位于对应结构传播接口上游侧的第一预选位置和位于下游侧的第二预选位置；获取第一预选位置与第二预选位置之间的幅值比、相位差和相干系数，形成位置对传递参数，当健康状态下的传递参数波动量不超过稳定阈值，且早期故障状态下相对于健康传递基线的偏离量超过异常阈值时，将对应预选位置对确定为候选位置对。

13、进一步的，故障激励等级根据对应故障特征频段内激励分量的幅值或能量递增设置；将在前一故障激励等级下未满足异常条件、且在当前故障激励等级下满足异常条件的结构传播接口确定为新增异常接口；

14、候选位置对的下游侧至新增异常接口的路径传递参数，由二者之间各关联边的幅值衰减参数和相位延迟参数按照拓扑顺序级联得到；仅存在一条传播路径时，将该传播路径的路径传递参数确定为等效路径传递参数；存在多条并行传播路径时，分别确定各传播路径的路径传递参数，并根据各路径响应到达新增异常接口时的相位关系，合成等效路径传递参数；

15、在生成反相补偿量时，将候选位置对两侧的传递差异经等效路径传递参数投影至新增异常接口，得到该候选位置对对新增异常接口的预测贡献响应，根据等效路径传递参数反向确定虚拟加载信号的幅值和初始相位，使虚拟加载信号传播至新增异常接口后的补偿响应与预测贡献响应相位相差；

16、抵消条件按照故障敏感频段内的响应能量衰减率确定，响应能量衰减率满足：

17、

18、其中，为反相补偿量虚拟加载前新增异常接口的响应能量，为虚拟加载反相补偿量后新增异常接口的响应能量，当不小于预设抵消阈值时，将对应候选位置对标记为有效位置对。

19、进一步的，承接链由故障部件至新增异常接口之间依次相邻且均被标记为有效的位置对构成；前沿指纹包括按照故障激励等级排列的传播前沿接口标识、承接链中的有效位置对标识及其拓扑排列顺序，同一故障激励等级存在多个传播分支时，分别形成各传播分支对应的前沿子指纹。

20、进一步的，共同传播区段为不同故障的承接链自故障传播方向起具有相同拓扑排列关系的连续区段，首次分化接口集由不同故障的承接链在共同传播区段之后首次进入不同拓扑分支所对应的结构传播接口组成；候选位置对与首次分化接口集的拓扑距离，为该候选位置对至首次分化接口集中各结构传播接口的拓扑距离中的最小值；锚定位置对为共同传播区段中与首次分化接口集的拓扑距离最小的候选位置对；

21、针对共享同一共同传播区段的故障集合，按照预设顺序排列下游候选位置对，将下游候选位置对属于对应故障承接链的状态记为第一编码值，将不属于对应故障承接链的状态记为第二编码值，并按照故障激励等级拼接形成各故障的确认编码；从下游候选位置对中选取使故障集合对应确认编码两两不同且位置对数量最少的组合。

22、进一步的，步骤s4中，先将在服务器结构上对应同一位置的候选位置对合并为一个共用位置对，再以故障敏感频段内的背景噪声能量作为排序依据，对非锚定位置对由高至低执行虚拟撤除；每次虚拟撤除后重新生成确认编码并检查承接链覆盖状态，仅在各故障确认编码仍两两不同，且每个锚定位置对至对应传播前沿之间均保留至少一条由连续有效位置对构成的承接路径时，删除被虚拟撤除的位置对。

23、进一步的，非破坏性校验激励具有与对应故障敏感频段相匹配的激励频率，且激励幅值低于故障部件的损伤激励阈值；根据位于同一结构传播接口两侧的成对传感器在校验激励下的实测响应，确定实测位置对传递参数及响应衰减关系，并形成实测承接链和实测编码，当实测编码与仿真编码存在偏差时，根据产生偏差的位置对在故障信号传播拓扑中的位置，修正对应关联边的幅值衰减参数和相位延迟参数，并根据各传感器的实测背景响应修正气流噪声模型。

24、进一步的，步骤s2中，基于气流噪声模型确定候选位置对上游侧、下游侧及新增异常接口在当前运行参数下的气流噪声响应，将频率与散热风扇转速阶次频率相匹配，且与对应散热风扇运行参数的相干程度满足预设相干条件的响应分量，确定为同源气流噪声传递分量，从候选位置对两侧的传递差异中剥离同源气流噪声传递分量，得到故障残余传递差异，并从新增异常接口的异常响应中剥离对应气流噪声响应，得到故障残余响应；根据故障残余传递差异及路径传递参数生成反相补偿量，在虚拟加载后，当新增异常接口的故障残余响应衰减满足抵消条件，且气流噪声响应变化不超过预设噪声保持阈值时，将对应候选位置对标记为有效位置对。

25、本发明具有以下有益效果：

26、1、本发明通过在服务器结构传播接口两侧形成位置对，并利用健康状态与早期故障状态下传递参数的变化筛选候选位置，使传感器部署不再仅依赖单点响应幅值或经验位置，而是能够结合结构连接关系识别对早期故障传播较为敏感且健康状态下传递稳定的位置，提高候选部署位置的可靠性。

27、2、本发明通过逐级加载故障激励，并依据候选位置对两侧的传递差异及其至新增异常接口的路径传递参数生成反相补偿量，利用虚拟加载后的响应衰减验证候选位置对是否真实参与故障信号传播，从而减少局部共振、旁路传播及背景噪声对传播路径判断造成的干扰，提高有效位置对和故障传播前沿的识别准确性。

28、3、本发明通过比较不同故障的前沿指纹，确定共同传播区段、首次分化接口集及锚定位置对，并利用下游位置对形成确认编码，使锚定位置能够确认故障信号到达共同传播区段，下游位置能够区分故障信号进入的具体传播分支，从而在保持故障类型可区分性的同时减少重复设置的传感器数量。

29、4、本发明通过合并共用位置对，并按照背景噪声水平对非锚定位置进行虚拟撤除，在保证确认编码互异及承接路径连续的条件下删除冗余位置；安装完成后，再利用非破坏性校验激励形成实测承接链和实测编码，并据此修正传播模型和气流噪声模型，使最终部署方案能够适应服务器实际装配差异和运行工况，提高故障预测的稳定性及部署方案的实用性。