Semi-Distributed Network Fault Diagnosis Based on Digital Twin Network in Highly Dynamic Heterogeneous Networks

计算机科学 计算机网络 分布式计算
作者
Fengxiao Tang,Linfeng Luo,Zhiqi Guo,Yangfan Li,Ming Zhao,Nei Kato
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:24 (5): 3979-3992 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tmc.2024.3519576
摘要

Highly dynamic heterogeneous networks (HDHNs), characterized by high node mobility and heterogeneity, frequently experience complex and recurrent network faults. Conventional centralized fault diagnosis methods demand real-time collection of extensive network-wide data, while distributed approaches often exhibit limited fault detection capabilities. Additionally, machine learning-based fault diagnosis methods are challenged by the scarcity of labeled fault samples required for training. To address these limitations, this study proposes a semi-distributed network fault diagnosis architecture based on a digital twin network (DTN). The proposed architecture facilitates the extraction of a comprehensive labeled fault dataset that closely replicates real-world network conditions. Using this dataset, we perform centralized training of an enhanced anomaly detection model, FTS-LSTM, to infer fault types at the node level. To overcome the drawbacks of both centralized and distributed approaches, we further introduce a semi-distributed fault diagnosis algorithm (SDFD) that integrates fault types and severity levels identified by nodes to infer overall network faults. The proposed fault diagnosis scheme is validated on a semi-physical DTN simulation platform, demonstrating its effectiveness in realistic scenarios.
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