CN102572865A - 一种无线Ad Hoc网络可靠性度量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线Ad Hoc网络可靠性度量方法，包括以下步骤：根据Ad Hoc网络拓扑结构和节点之间的链路带宽建立一网络模型；根据业务需求对网络权图进行裁剪；计算裁剪后的无向图的连通率cr；根据历史数据计算Ad Hoc的网络可靠性。本发明采用端到端的Ad Hoc网络性能测量技术得到Ad Hoc网络端到端所能提供的带宽资源，不需要事先知道移动节点的物理位置，并与采用何种移动模型和网络协议无关，具有灵活性和一般性；根据业务带宽需求获取Ad Hoc网络连通率信息，实用性强；以实际的Ad Hoc网络为研究对象，可直接应用于实际Ad Hoc网络测量工程中。

Description

一种无线Ad Hoc网络可靠性度量方法

技术领域

本发明涉及一种网络可靠性度量方法，尤其涉及一种基于业务带宽需求无线AdHoc(自组织)网络可靠性度量方法。 

背景技术

为了满足人们摆脱有线网络束缚、随时随地可以进行自由通信的渴望，无线通信技术得到了迅速的发展。根据通信时系统需要有线基础设施(如基站)的支持才能实现，无线通信技术分为有基础设施支持的一般无线通信技术和无线Ad Hoc网络技术两大类。虽然前者依然占据无线通信的主流地位，但是Ad Hoc网络由于不需要固定的基础设施，因此可以在不能利用或不便利用现有网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境，拓宽了移动网络的应用场合，因此得到了业界的广泛关注。AdHoc网络具有网络自主性、动态拓扑、带宽限制和变化的链路容量、能量限制节点、多跳通信、分布式控制和有限的安全性等特点。当前，Ad Hoc网络已经广泛应用于国防战备、灾难救助、偏远地区等无法得到有线网络支持或某些只是临时需要通信的环境。 

在Ad Hoc网络中，各种因素诸如终端的随机移动、节点的开机和关机、节点的故障或者被敌意破坏、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的互相干扰以及地形地貌的变化，都会影响网络拓扑结构的变化。而拓扑的变化又会导致网络性能指标包括可靠性、抗毁性以及服务性能发生变化。 

所谓Ad Hoc网络的可靠性，是指节点和链路由于自身原因引起工作不稳定，最终影响Ad Hoc网络节点间可靠连通的能力。影响Ad Hoc网络可靠性的因素主要有：节点的可靠性、链路的可靠性、网络的拓扑结构、路由技术、业务流量等，围绕这些因素国内外开展的大量相关专题的研究。 

但是这些研究存在以下缺陷：未考虑具体业务对带宽等的需求，往往忽视了AdHoc链路可以提供的带宽的性能指标，建立以无向图为基础的模型，然后在此基础上度量网络可靠性。离实际系统需求存在一定的距离。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所使用的模型离实际系统需求较远的缺陷而提供一种无线ad hoc网络可靠性度量方法，采用端到端的Ad Hoc网络性能测量技术得到Ad Hoc网络端到端所能提供的带宽资源，不需要事先知道移动节点的物理位置，并与采用何种移动模型和网络协议无关，具有灵活性和一般性；根据业务带宽需求获取Ad Hoc网络连通率信息，实用性强；以实际的Ad Hoc网络为研究对象，可直接应用于实际Ad Hoc网络测量工程中。 

实现上述目的的技术方案是：一种无线Ad Hoc网络可靠性度量方法，所述Ad Hoc网络包括若干个节点，每一个节点都是一台Ad Hoc网络终端，其中，包括以下步骤： 

步骤1，建立一网络模型，根据Ad Hoc网络拓扑结构和节点之间的链路带宽建立一网络模型，以无向图进行表示，将链路带宽的信息作为弧线权值加载到该无向图上，即得到一网络权图； 

步骤2，根据业务需求对网络权图进行裁剪，即若某一业务带宽需求为br，则删除步骤1中所得网络权图中弧线权值小于br的弧线，并且去掉网络权图上所余弧线权值，得到新的无向图； 

步骤3，计算裁剪后的无向图的连通率cr，连通率cr为在当前时刻t无向图中的连通集合中节点数目最大值与Ad Hoc网络总结点数的比值，所述的连通集合中，如果存在两个以上节点，则每一对节点都处于联通状态； 

步骤4，根据历史数据计算Ad Hoc的网络可靠性，将当前获得的网络连通率cr标记为cr(t)，其中，t＝nT为当前采样时间，T为采样间隔，n为大于等于0的整数； 

当前网络可靠性Re(t)采用以下算法进行计算： 

如果t为0，初次计算网络连通率cr(0)，且Re(0)＝cr(0)； 

否则网络可靠性Re(t)通过以下递推公式获得： 

Re(t)＝(Re(t-1)*(t-T)+cr(t))/t。 

上述的无线Ad Hoc网络可靠性度量方法，其中，所述的步骤1包括以下步骤： 

步骤11，建立网络模型，根据Ad Hoc网络的拓扑结构建立网络模型，表示为无向图G(V，E)，其中V＝{1，2，...，N}为Ad Hoc网络的节点集合，E＝{1，2，...，L}为节点间能够相互通信的双向链路集合，N为大于0的正整数，L为大于等于0的正整数； 

步骤12，采集网络数据信息，节点通过节点间的相互交换历史数据或者发送测量数据来获得链路上的可用链路带宽信息； 

步骤13，建立网络权图，将把步骤12获得的可用链路带宽信息加载到步骤11所建立的无向图上，得到一网络权图。 

本发明的有益效果是：本发明首先利用端对端Ad Hoc网络性能测量技术，得到Ad Hoc网络单跳链路所能提供的带宽资源；然后根据业务需求，测量任意两点间的链路是否可以提供满足业务需求的相应带宽，如果可以，则判定为连通，否则为非连通；其次统计网络拓扑中每两点之间连通的比率；最后根据相关历史数据判定AdHoc网络的可靠性。本发明具有很好的灵活性，实用性强。 

附图说明

图1本发明的一实施例中经过步骤1所得到的网络权图； 

图2本发明的一实施例中经过步骤2所得到的无向图。 

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。 

本发明的一种无线Ad Hoc网络可靠性度量方法，Ad Hoc网络包括若干个节点，每一个节点都是一台Ad Hoc网络终端，本发明包括以下步骤： 

步骤1，建立一网络模型，根据Ad Hoc网络拓扑结构和节点之间的链路带宽建立一网络模型，以无向图进行表示，将链路带宽的信息作为弧线权值加载到该无向图上，即得到一网络权图。具体的来说，步骤1包括以下步骤： 

步骤11，建立网络模型，根据Ad Hoc网络的拓扑结构建立网络模型，表 示为无向图G(V，E)，其中V＝{1，2，...，N}为Ad Hoc网络的节点集合，E＝{1，2，...，L}为节点间能够相互通信的双向链路集合，N为大于0的正整数，L为大于等于0的正整数。在Ad hoc网络中由于终端的随机移动、节点的开机和关机、节点的故障或者被敌意破坏、无线发信装置发送功率的变化、无线信道间的互相干扰以及地形地貌的变化，都会造成拓扑结构发生变化，从而导致无向图G(V，E)发生动态变化。 

步骤12，采集网络数据信息，节点通过节点间的相互交换历史数据或者发送测量数据来获得链路上的可用链路带宽信息； 

步骤13，建立网络权图，将把步骤12获得的可用链路带宽信息加载到步骤11所建立的无向图上，得到一网络权图，请参见图1，即为得到的网络权图，图中，节点1、2、3、4、5为Ad Hoc网络节点，节点之间的弧线旁边数字代表该条链路所能提供的网络带宽。 

步骤2，根据业务需求对网络权图进行裁剪，即若某一业务带宽需求为br，则删除步骤1中所得网络权图中弧线权值小于br的弧线，并且去掉网络权图上所余弧线权值，得到新的无向图，假设某一业务所需带宽为5，则对附图1进行裁剪后所得的无向图如附图2所示。 

步骤3，计算裁剪后的无向图的连通率cr，本发明中，连通率cr定义为在当前时刻t无向图中的连通集合中节点数目最大值与Ad Hoc网络总结点数的比值，所述的连通集合中，如果存在两个以上节点，则每一对节点都处于联通状态。在附图2中，有两个连通集合{1，2，3，4}和{5}。前者节点数目为4，后者节点数目为1。因此附图2的连通率cr＝4/5＝0.8。 

步骤4，根据历史数据计算Ad Hoc的网络可靠性，将当前获得的网络连通率cr标记为cr(t)。其中，t＝nT为当前采样时间，T为采样间隔，n为大于等于0的整数。 

当前网络可靠性Re(t)采用以下算法进行计算： 

如果t为0，初次计算网络连通率cr(0)，且Re(0)＝cr(0)。 

否则网络可靠性Re(t)通过以下递推公式获得： 

Re(t)＝(Re(t-1)*(t-T)+cr(t))/t。 

综上所述，本发明首先根据端对端Ad Hoc网络性能测量技术，得到Ad Hoc 网络单条链路所能提供的带宽资源，通过检测链路带宽，建立Ad hoc无向权图，根据业务所需带宽确定网络连通率。在此基础上，根据网络连通率历史数据，确定ad hoc网络可靠性。本发明以实际的Ad Hoc网络为研究对象，综合考虑业务带宽需求，可直接应用于实际Ad Hoc网络工程中，不需要事先知道移动节点的物理位置，并且与采用何种移动模型和网络协议无关，具有灵活性和一般性。 

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。 

Claims (2)

1.一种无线Ad Hoc网络可靠性度量方法，所述Ad Hoc网络包括若干个节点，每一个节点都是一台Ad Hoc网络终端，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立一网络模型，根据Ad Hoc网络拓扑结构和节点之间的链路带宽建立一网络模型，以无向图进行表示，将链路带宽的信息作为弧线权值加载到该无向图上，即得到一网络权图；

步骤2，根据业务需求对网络权图进行裁剪，即若某一业务带宽需求为br，则删除步骤1中所得网络权图中弧线权值小于br的弧线，并且去掉网络权图上所余弧线权值，得到新的无向图；

步骤3，计算裁剪后的无向图的连通率cr，连通率cr为在当前时刻t无向图中的连通集合中节点数目最大值与Ad Hoc网络总结点数的比值，所述的连通集合中，如果存在两个以上节点，则每一对节点都处于联通状态；

步骤4，根据历史数据计算Ad Hoc的网络可靠性，将当前获得的网络连通率cr标记为cr(t)，其中，t＝nT为当前采样时间，T为采样间隔，n为大于等于0的整数；

当前网络可靠性Re(t)采用以下算法进行计算：

如果t为0，初次计算网络连通率cr(0)，且Re(0)＝cr(0)；

否则网络可靠性Re(t)通过以下递推公式获得：

Re(t)＝(Re(t-1)*(t-T)+cr(t))/t。

2.根据权利要求1所述的无线Ad Hoc网络可靠性度量方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下步骤：

步骤11，建立网络模型，根据Ad Hoc网络的拓扑结构建立网络模型，表示为无向图G(V，E)，其中V＝{1，2，...，N}为Ad Hoc网络的节点集合，E＝{1，2，...，L}为节点间能够相互通信的双向链路集合，N为大于0的正整数，L为大于等于0的正整数；

步骤12，采集网络数据信息，节点通过节点间的相互交换历史数据或者发送测量数据来获得链路上的可用链路带宽信息；

步骤13，建立网络权图，将把步骤12获得的可用链路带宽信息加载到步骤11所建立的无向图上，得到一网络权图。

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