CN112040506B - 一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN112040506B CN202010966457.3A CN202010966457A CN112040506B CN 112040506 B CN112040506 B CN 112040506B CN 202010966457 A CN202010966457 A CN 202010966457A CN 112040506 B CN112040506 B CN 112040506B
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Abstract

本发明实施例公开了一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质。该方法包括：构建无线传感网络的可靠性指标体系，可靠性指标体系包括应用层、传输层和感知层；根据可靠性指标体系，分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数；根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估。本发明提供的方案能够对无线传感网络的可靠性进行量化，为研究无线传感网络安全提供技术支持，从而满足用户的通信需求。

Description

一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质。
背景技术
无线传感网络(Wireless SensorNetworks，WSN)是一种分布式传感网络，是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者，从而实现数据的采集、处理和传输三种功能。
相较于传统式的网络和其他传感器相比，无线传感网络组建方式自由、网络拓扑结构具有不确定性、控制方式不集中、且安全性不高，因此，确定无线传感网络的可靠性成为当前亟需解决的问题。然而，目前并没有完善的无线传感网络可靠性评估方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质，能够对无线传感网络的可靠性进行量化，为研究无线传感网络安全提供技术支持，从而满足用户的通信需求。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种无线传感网络的可靠性评估方法，包括：
构建无线传感网络的可靠性指标体系，可靠性指标体系包括应用层、传输层和感知层；
根据可靠性指标体系，分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数；
根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估。
可选的，应用层的参数包括以下参数中的至少一项：应用层可用度、两端参数、K端参数、全端参数、规则参数、业务参数。
可选的，应用层可用度
Figure BDA0002682501560000021
其中，TU为无线传感网络的可工作时间，TDW为无线传感网络的不可工作时间，TT为无线传感网络的总拥有时间；
两端参数包括：两端可靠度和两端平均故障间隔时间，其中，两端可靠度R两端(t)＝P{ξ两端＞t}，两端平均故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000022
ξ两端为无线传感网络中两个端点之间发生断路故障前的工作时间，t为无线传感网络规定的时间，TO,两端为无线传感网络的总工作时间，NT,两端为无线传感网络中指定的两个端点之间发生断路故障的总次数；
K端参数包括：K端可靠度和K端平均故障间隔时间，其中，K端可靠度Rk端(t)＝P{ξk端＞t}，K端平均故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000023
ξk端为无线传感网络端点中指定k个端点中第一次出现两个端点之间不再存在连通路径的时间，t为无线传感网络规定的时间，TO,K端为无线传感网络的总工作时间，NT,K端为无线传感网络中指定的K个端点之间发生断路故障的总次数；
全端参数包括：全端可靠度和全端平均故障间隔时间，其中，全端可靠度R全端(t)＝P{ξ全端＞t}，全端平均故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000024
ξ全端为无线传感网络中所有端点之间第一次出现两个端点之间不再存在连通路径的时间，t为无线传感网络规定的时间，TO,全端为无线传感网络的总工作时间，NT,全端为无线传感网络中全部端点之间发生断路故障的总次数；
规则参数包括：规则性能可靠度、规则及时可靠度、规则完整可靠度和规则正确可靠度，其中，规则性能可靠度RP＝P{P≤Pmin}，规则及时可靠度
Figure BDA0002682501560000031
规则完整可靠度
Figure BDA0002682501560000032
规则正确可靠度
Figure BDA0002682501560000033
P表示无线传感网络的性能，Pmin表示用户允许的最小性能要求，D表示无线传感网络端到端的传输时延，Dmax表示用户允许的最大时延，NT为规定时间内，传输时间不大于给定最大允许时延的数据包个数，N为规定时间内传输的数据包总个数，NI为规定时间内，传输过程中没有丢失的数据包个数，NR为规定时间内，传输过程中没有发生错误的数据包个数；
业务参数包括：业务可靠度、业务及时可靠度、业务完整可靠度和业务正确可靠度，其中，业务可靠度RA＝P{PA≤PA,min}，业务及时可靠度
Figure BDA0002682501560000034
业务完整可靠度
Figure BDA0002682501560000035
业务正确可靠度
Figure BDA0002682501560000036
PA表示无线传感网络规定业务的性能，PA,min表示用户对该业务允许的最小性能要求，DA表示无线传感网络规定业务的端到端传输时延，DA,max表示用户允许该业务的最大时延，NA,T为该业务规定时间内，传输时间不大于给定最大允许时延的数据包个数，NA为该业务在规定时间内传输的数据包总个数，NA,I为该业务在规定时间内，传输过程中没有丢失的数据包个数，NA,R为该业务在规定时间内，传输过程中没有发生错误的数据包个数。
可选的，传输层的参数包括以下参数中的至少一项：基本可靠度、平均故障间隔时间、任务可靠度、平均严重故障间隔时间。
可选的，基本可靠度R(t')＝P{ξ＞t'}，其中，R(t')为t'时刻通信设备的基本可靠度，ξ为通信设备故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
平均故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000037
其中，TO为通信设备的工作时间，NT1为通信设备故障的总次数；
任务可靠度RM(t')＝P{ξM＞t'}，其中，RM(t')为t'时刻通信设备的任务可靠度，ξM为通信设备在规定的任务剖面中故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
平均严重故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000041
其中，NTM为TO时间内通信设备发生的严重故障总次数。
可选的，感知层的参数包括以下参数中的至少一项：基本可靠度、平均故障间隔时间、平均预防性维修间隔时间、平均维修间隔时间、任务可靠度、平均严重故障间隔时间。
可选的，基本可靠度R(t')＝P{ξ＞t'}，其中，R(t')为t'时刻通信设备的基本可靠度，ξ为通信设备故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
平均故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000042
其中，TO为通信设备的工作时间，NT1为通信设备故障的总次数；
平均预防性维修间隔时间包括保养的间隔时间、定期检测的间隔时间、定时修理的间隔时间和定期更换的间隔时间；
平均维修间隔时间
Figure BDA0002682501560000043
其中，NM为维修事件数；
任务可靠度RM(t')＝P{ξM＞t'}，其中，RM(t')为t'时刻通信设备的任务可靠度，ξM为通信设备在规定的任务剖面中故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
平均严重故障间隔时间
Figure BDA0002682501560000044
其中，NTM为TO时间内通信设备发生的严重故障总次数。
可选的，根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估，包括：
获取无线传感网络任务，每个无线传感网络任务具有对应的参数；
根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，确定无线传感网络任务对应的参数的取值；
根据无线传感网络任务对应的参数的取值，对无线传感网络任务进行可靠性评估。
第二方面，本发明实施例提供了一种无线传感网络的可靠性评估装置，包括：处理器，处理器用于在执行计算机程序时实现具有上述第一方面任一特征的无线传感网络的可靠性评估方法。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现具有上述第一方面任一特征的无线传感网络的可靠性评估方法。
本发明实施例提供了一种无线传感网络的可靠性评估方法、装置及存储介质。通过构建无线传感网络的可靠性指标体系，并分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数，从而可以根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数，对无线传感网络任务进行可靠性评估。如此，能够实现对无线传感网络的可靠性进行量化，为研究无线传感网络安全提供技术支持，从而满足用户的通信需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一提供的一种无线传感网络的可靠性评估方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种无线传感网络的可靠性指标体系关系图；
图3为本发明实施例一提供的一种无线传感网络的可靠性指标体系的参数示意图；
图4为本发明实施例提供的一种无线传感网络的可靠性评估装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本发明实施例中提到的“和/或”是指包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。
还需要说明是，本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种无线传感网络的可靠性评估方法的流程示意图，本发明实施例公开的方法适用于无线传感网络的可靠性评估装置(如计算机设备等)。如图1所示，该方法可以包括如下步骤：
S110、构建无线传感网络的可靠性指标体系，可靠性指标体系包括应用层、传输层和感知层。
图2为本发明实施例一提供的一种无线传感网络的可靠性指标体系关系图。如图2所示，可靠性指标体系包括应用层、传输层和感知层。
感知层包括传感器等数据采集设备，是无线传感网络发展的应用的基础。其主要实现的是无线传感网络的网络拓扑结构上的连通功能，感知层的可靠性是拓扑可靠性。
传输层中的感知数据管理与处理技术是实现以数据为中心的无线传感网络的核心技术。传输层包括各种网络和传输设备，是无线传感网络的运行机制，网络协议和路由算法的选择，交换机、路由器的配置等形成了无线传感网络的运行规则。传输层能够实现无线传感网络的动态传输功能，传输层的可靠性是性能可靠性。
应用层能够利用经过分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务，是无线传感网络的具体应用，也是无线传感网络的发展的目的。服务是网络节点提供的细致功能；业务是对服务的组合，是无线传感网络对外提供给终端用户的功能。应用层依靠其下两层(即传输层和感知层)实现无线传感网络对于终端用户的支持功能，应用层的可靠性是业务可靠性。
在一实施例中，本发明对无线传感网络可靠性的定义为：无线传感网络在规定的条件下和规定的时间内完成用户的正常通信需求的能力(或概率)。
其中，规定的条件是指无线传感网络在执行任务时所处的环境条件和用户工作条件。环境条件常常指网络所在的地理、自然环境等对通信网络有影响的物理、化学、生物及其随着时间的变化规律，其主要作用于通信网络中的硬件设备，直接影响其可靠性水平；工作条件则包括了网络运行使用过程中网络结构、路由策略、业务分布与种类、维修策略、操作人员素质等要求，对网络中的硬件和软件等具有不同程度的影响。
规定的任务时间是指一段固定的时间段或保障一次任务顺利执行的时间。一般来说，随着任务时间的增加，网络出现故障的概率将会增大。满足用户正常通信需求是无线传感网络对各类人员需求满足的能力，定义强调了以需求为通信网可靠性研究的出发点。
另外，本发明提到的用户是指无线传感网络的使用人员。由于用户角色和所处位置的不同，用户对由于通信网络对其需求满足程度的不同，可能会对通信网络可靠性的评价也不尽相同。如某用户节点交换机故障，可能对网络运行维护者来看只是一个轻微故障，然而对于该交换机所服务的用户而言则是一个严重故障。
本发明对无线传感网络可靠性的定义体现了通信网络“以用户为中心”的宗旨。“完成用户通信需求的能力”是通信网可靠性的测度，它既包括了网络的生存能力和可用性，也反映出了网络对用户需求的适应能力。通过对通信网络可靠性的定义，使其与通信设备或者通信系统的可靠性区分开来。通信设备和通信系统的可靠性研究都是为了保证通信网络的可靠性，从而满足用户的通信需求。
S120、根据可靠性指标体系，分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数。
具体的，步骤S120分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数的步骤，至少满足如下原则：
A、完整性；
无线传感网络的可靠性指标体系要综合全面地反映无线传感网络的各个层次，能全面并综合地反映体现影响无线传感网络可靠性的所有因素。例如感知层、传输层和应用层都具有其对应的参数，这些参数内涵要完整地反映网络在应用层、传输层和感知层的可靠性水平，体系内的各类参数相互联系，形成一个完整的参数体系系统。
B、可操作性；
无线传感网络的可靠性指标体系要建立在科学、客观的基础上，参数必须概念清晰、明确，必须简单实用，易于获取，具有具体的科学内涵、物理意义必须明确、测算方法标准、统计计算方法规范。
C、必要性；
无线传感网络的可靠性指标体系中的参数具有代表性，应该是必不可少的，不能出现冗余，且参数的内容简单明了与准确，应尽可能地减少参数数量。
D、协调性；
无线传感网络的可靠性指标体系中的参数间可能存在相关性，应当使得这些参数协调一致，避免提出相互矛盾的指标要求。例如感知层、传输层和应用层的参数和指标应相互协调，一般低层次应满足其上层次的要求。
图3为本发明实施例一提供的一种无线传感网络的可靠性指标体系的参数示意图。如图3所示，应用层的参数包括以下参数中的至少一项：应用层可用度、两端参数、K端参数、全端参数、规则参数、业务参数。
具体的，应用层可用度是无线传感网络在任一时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。它的可工作或可使用状态包括拓扑/物理层、规则/配置层和业务/服务层三个方面的状态。
应用层可用度可以表示为
Figure BDA0002682501560000091
其中，TU为无线传感网络的可工作时间(网络在拓扑物理层上保持连通，在性能/规则层上满足性能要求，在业务/服务层上满足业务要求)，TDW为无线传感网络的不可工作时间(网络在拓扑物理层上不能连通，或在性能/规则层上不满足性能要求，或在业务/服务层上不满足业务要求)，TT为无线传感网络的总拥有时间。
两端参数包括：两端可靠度和两端平均故障间隔时间。
两端可靠度是指无线传感网络中两个端点之间保持连通的能力，即网络中两个端点至少存在一条路径的概率。两端可靠度可以表示为R两端(t)＝P{ξ两端＞t}；其中，ξ两端为无线传感网络中两个端点之间发生断路故障前的工作时间，t为无线传感网络规定的时间。
两端平均故障间隔时间是用来度量无线传感网络发生故障(指定的两个端点之间不存在连通路径)之间的平均工作时间。两端平均故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000092
其中，TO,两端为无线传感网络的总工作时间，NT,两端为无线传感网络中指定的两个端点之间发生断路故障的总次数。
K端参数包括：K端可靠度和K端平均故障间隔时间。
K端可靠度是指无线传感网络中k个端点之间保持连通的概率，即网络中给定的端点子集K(
Figure BDA0002682501560000093
V是网络中所有端点的集合)中各个端点之间都至少存在一条路径的概率。K端可靠度可以表示为Rk端(t)＝P{ξk端＞t}；其中，ξk端为无线传感网络端点中指定k个端点中第一次出现两个端点之间不再存在连通路径的时间，t为无线传感网络规定的时间。
K端平均故障间隔时间是用来度量无线传感网络发生故障(指定的K个端点之间不存在连通路径)之间的平均工作时间。K端平均故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000101
其中，TO,K端为无线传感网络的总工作时间，NT,K端为无线传感网络中指定的K个端点之间发生断路故障的总次数。
全端参数包括：全端可靠度和全端平均故障间隔时间。
全端可靠度是指整个无线传感网络的所有端点保持连通的能力，即网络所有端点集V中各个端点之间都至少存在一条路径的概率。全端可靠度可以表示为R全端(t)＝P{ξ全端＞t}；其中，ξ全端为无线传感网络中所有端点之间第一次出现两个端点之间不再存在连通路径的时间，t为无线传感网络规定的时间。
全端平均故障间隔时间是用来度量无线传感网络发生故障(所有端点之间存在不连通)之间的平均工作时间。全端平均故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000102
其中，TO,全端为无线传感网络的总工作时间，NT,全端为无线传感网络中全部端点之间发生断路故障的总次数。
规则参数包括：规则性能可靠度、规则及时可靠度、规则完整可靠度和规则正确可靠度。
规则性能可靠度是指无线传感网络在规定条件下和规定时间内，网络性能满足用户需求的概率。规则性能可靠度可以表示为RP＝P{P≤Pmin}；其中，P表示无线传感网络的性能，Pmin表示用户允许的最小性能要求。
规则及时可靠度是指无线传感网络在规定条件下和规定时间内，节点间传输信息的时间满足用户期望的概率。规则及时可靠度可以表示为
Figure BDA0002682501560000103
其中，D表示无线传感网络端到端的传输时延，Dmax表示用户允许的最大时延，NT为规定时间内，传输时间不大于给定最大允许时延的数据包个数，N为规定时间内传输的数据包总个数。
规则完整可靠度是指无线传感网络在规定条件下和规定时间内，能完整地在节点间传输信息的概率。规则完整可靠度可以表示为
Figure BDA0002682501560000111
其中，NI为规定时间内，传输过程中没有丢失的数据包个数，N为规定时间内传输的数据包总个数。
规则正确可靠度是指无线传感网络在规定条件下和规定时间内，能正确地在节点间传输信息的概率。规则正确可靠度可以表示为
Figure BDA0002682501560000112
其中，NR为规定时间内，传输过程中没有发生错误的数据包个数，N为规定时间内传输的数据包总个数。
业务参数包括：业务可靠度、业务及时可靠度、业务完整可靠度和业务正确可靠度。
业务可靠度是指规定时间内，无线传感网络规定的业务在规定的业务剖面内满足规定性能要求的概率。业务可靠度可以表示为RA＝P{PA≤PA,min}；其中，PA表示无线传感网络规定业务的性能，PA,min表示用户对该业务允许的最小性能要求。
业务及时可靠度是指无线传感网络规定的业务在规定的业务剖面内，节点之间传输信息的时间满足用户期望的概率。业务及时可靠度可以表示为
Figure BDA0002682501560000113
其中，DA表示无线传感网络规定业务的端到端传输时延，DA,max表示用户允许该业务的最大时延(也就是故障判据)，NA,T为该业务规定时间内，传输时间不大于给定最大允许时延的数据包个数，NA为该业务在规定时间内传输的数据包总个数。
业务完整可靠度是指无线传感网络规定的业务在规定的业务剖面内，能完整地在节点间传输信息的概率。业务完整可靠度可以表示为
Figure BDA0002682501560000114
其中，NA,I为该业务在规定时间内，传输过程中没有丢失的数据包个数，NA为该业务在规定时间内传输的数据包总个数。
业务正确可靠度是指无线传感网络规定的业务在规定的业务剖面内，能正确地在节点间传输信息的概率。业务正确可靠度可以表示为
Figure BDA0002682501560000121
其中，NA,R为该业务在规定时间内，传输过程中没有发生错误的数据包个数，NA为该业务在规定时间内传输的数据包总个数。
继续参考图3，传输层的参数包括以下参数中的至少一项：基本可靠度、平均故障间隔时间、任务可靠度、平均严重故障间隔时间。
基本可靠度是指通信设备在规定的条件下、规定时间内，完成规定功能的概率。基本可靠度可以表示为R(t')＝P{ξ＞t'}，其中，R(t')为t'时刻通信设备的基本可靠度，ξ为通信设备故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间。
平均故障间隔时间是用来度量通信设备任何故障之间的平均工作时间。平均故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000122
其中，TO为通信设备的工作时间，NT1为通信设备故障的总次数。
任务可靠度是任务可靠性的概率度量，指通信设备在规定的任务剖面内完成规定功能的概率。任务可靠度可以表示为RM(t')＝P{ξM＞t'}，其中，RM(t')为t'时刻通信设备的任务可靠度，ξM为通信设备在规定的任务剖面中故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间。
平均严重故障间隔时间是与任务有关的一种可靠性参数，用来度量任务必要系统功能故障的平均时间间隔，等于通信设备总的任务时间除以造成不能执行任务的事件数。平均严重故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000123
其中，NTM为TO时间内通信设备发生的严重故障总次数。
继续参考图3，感知层的参数包括以下参数中的至少一项：基本可靠度、平均故障间隔时间、平均预防性维修间隔时间、平均维修间隔时间、任务可靠度、平均严重故障间隔时间。
基本可靠度是指通信设备在规定的条件下、规定时间内，完成规定功能的概率。基本可靠度可以表示为R(t')＝P{ξ＞t'}，其中，R(t')为t'时刻通信设备的基本可靠度，ξ为通信设备故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间。
平均故障间隔时间是在规定的条件下和规定的时间内，通信设备的寿命单位总数与其故障总数之比。平均故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000131
其中，TO为通信设备的工作时间，NT1为通信设备故障的总次数。
平均预防性维修间隔时间是与维修策略有关的可靠性参数。平均预防性维修间隔时间可以包括保养的间隔时间、定期检测的间隔时间、定时修理的间隔时间和定期更换的间隔时间等维修工作类型的间隔时间。
平均维修间隔时间是用来度量计划性维修和非计划性维修事件之间的平均工资时间。平均维修间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000132
其中，NM为维修事件数。
任务可靠度是指设备在规定的任务剖面内完成规定功能的概率。任务可靠度可以表示为RM(t')＝P{ξM＞t'}，其中，RM(t')为t'时刻通信设备的任务可靠度，ξM为通信设备在规定的任务剖面中故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间。
平均严重故障间隔时间是用来度量任务必要系统功能故障的平均时间间隔，等于通信设备总的任务时间除以造成不能执行任务的事件数。平均严重故障间隔时间可以表示为
Figure BDA0002682501560000133
其中，NTM为TO时间内通信设备发生的严重故障总次数。
另外，如图3所示，无线传感网络的可靠性指标体系的参数还可以包括网络配置参数，网络配置参数包括但不限于带宽、缓存区大小、中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)大小和存储空间。
S130、根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估。
具体的，根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估的方法可以包括如下三个步骤：
1)获取无线传感网络任务，每个无线传感网络任务具有对应的参数。
2)根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，确定无线传感网络任务对应的参数的取值。
3)根据无线传感网络任务对应的参数的取值，对无线传感网络任务进行可靠性评估。
无线传感网络任务包含多个网络业务，业务不同，使用需求/要求不同，因此每个无线传感网络任务对应的故障判据(体现在参数上)有所区别，需要分别针对不同的网络业务确定故障判据。
在一实施例中，无线传感网络的故障定义通过“业务-故障判据”矩阵进行，如表1所示。
表1无线传感网络的“业务-故障判据”矩阵表
… 性能参数1 性能参数2 性能参数3 …
业务1
业务2
业务3  
其中，业务是指在用户使用网络的过程中，对网络的“操作”，即用户对部署在网络上的服务的访问和使用。无线传感网络的业务一般包含：态势感知信息业务、指挥控制信息业务、实时话音以及网络控制信息业务等。
故障判据是判断是否构成故障的界限值。无线传感网络的故障一般涉及断路故障、延时故障、数据不完整故障等，具体表达如：数据传输时延≥150ms、丢包率≥1％、抖动≥30ms等。
另外，本发明还可以根据参数的定义，确定了参数的使用阶段、验证时机和验证方法。如表2和表3所示。
表2参数适用范围
Figure BDA0002682501560000151
其中，√表示适用。
表3参数适用层级汇总
Figure BDA0002682501560000161
本发明实施例提供一种无线传感网络的可靠性评估方法，包括：构建无线传感网络的可靠性指标体系，可靠性指标体系包括应用层、传输层和感知层；根据可靠性指标体系，分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数；根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估。通过构建无线传感网络的可靠性指标体系，并分别定义应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数，从而可以根据应用层的参数、传输层的参数和感知层的参数，对无线传感网络任务进行可靠性评估。如此，能够实现对无线传感网络的可靠性进行量化，为研究无线传感网络安全提供技术支持，从而满足用户的通信需求。
实施例二
本发明实施例还提供了一种无线传感网络的可靠性评估装置，包括：处理器，处理器用于在执行计算机程序时实现具有上述实施例任一特征的无线传感网络的可靠性评估方法。
图4为本发明实施例提供的一种无线传感网络的可靠性评估装置的结构示意图，如图4所示，该无线传感网络的可靠性评估装置包括处理器20、存储器21、输入装置22和输出装置23；无线传感网络的可靠性评估装置中处理器20的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器20为例；无线传感网络的可靠性评估装置中的处理器20、存储器21、输入装置22和输出装置23可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。总线表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
存储器21作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器20通过运行存储在存储器21中的软件程序、指令以及模块，从而执行无线传感网络的可靠性评估装置的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。
存储器21可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据无线传感网络的可靠性评估装置的使用所创建的数据等。此外，存储器21可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器21可进一步包括相对于处理器20远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至无线传感网络的可靠性评估装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置22可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与无线传感网络的可靠性评估装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置23可包括显示屏等显示无线传感网络的可靠性评估装置。
实施例三
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例所提供的一种无线传感网络的可靠性评估方法，该方法具体可以但不限于上述各方法实施例所公开的内容。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++、Ruby、Go，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种无线传感网络的可靠性评估方法，其特征在于，包括：
构建无线传感网络的可靠性指标体系，所述可靠性指标体系包括应用层、传输层和感知层；
根据所述可靠性指标体系，分别定义所述应用层的参数、所述传输层的参数和所述感知层的参数；
根据所述应用层的参数、所述传输层的参数和所述感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估；
所述无线传感网络任务包含多个网络业务，业务不同，使用需求/要求不同，因此每个无线传感网络任务对应的故障判据有所区别，需要分别针对不同的网络业务确定故障判据；
所述无线传感网络的故障定义通过“业务-故障判据”矩阵进行，其中，业务是指在用户使用网络的过程中，对网络的“操作”，即用户对部署在网络上的服务的访问和使用；无线传感网络的业务包含：态势感知信息业务、指挥控制信息业务、实时话音以及网络控制信息业务；
所述应用层的参数包括以下参数中的至少一项：应用层可用度、两端参数、K端参数、全端参数、规则参数、业务参数；
所述应用层可用度
Figure FDA0004066598510000011
其中，TU为无线传感网络的可工作时间，TDW为无线传感网络的不可工作时间，TT为无线传感网络的总拥有时间；
所述两端参数包括：两端可靠度和两端平均故障间隔时间，其中，所述两端可靠度R两端(t)＝P{ξ两端＞t}，所述两端平均故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000012
ξ两端为无线传感网络中两个端点之间发生断路故障前的工作时间，t为无线传感网络规定的时间，TO,两端为无线传感网络的总工作时间，NT,两端为无线传感网络中指定的两个端点之间发生断路故障的总次数；
所述K端参数包括：K端可靠度和K端平均故障间隔时间，其中，所述K端可靠度Rk端(t)＝P{ξk端＞t}，所述K端平均故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000021
ξk端为无线传感网络端点中指定k个端点中第一次出现两个端点之间不再存在连通路径的时间，t为无线传感网络规定的时间，TO,K端为无线传感网络的总工作时间，NT,K端为无线传感网络中指定的K个端点之间发生断路故障的总次数；
所述全端参数包括：全端可靠度和全端平均故障间隔时间，其中，所述全端可靠度R全端(t)＝P{ξ全端＞t}，所述全端平均故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000022
ξ全端为无线传感网络中所有端点之间第一次出现两个端点之间不再存在连通路径的时间，t为无线传感网络规定的时间，TO,全端为无线传感网络的总工作时间，NT,全端为无线传感网络中全部端点之间发生断路故障的总次数；
所述规则参数包括：规则性能可靠度、规则及时可靠度、规则完整可靠度和规则正确可靠度，其中，所述规则性能可靠度RP＝P{P≤Pmin}，所述规则及时可靠度
Figure FDA0004066598510000023
所述规则完整可靠度
Figure FDA0004066598510000024
所述规则正确可靠度
Figure FDA0004066598510000025
P表示无线传感网络的性能，Pmin表示用户允许的最小性能要求，D表示无线传感网络端到端的传输时延，Dmax表示用户允许的最大时延，NT为规定时间内，传输时间不大于给定最大允许时延的数据包个数，N为规定时间内传输的数据包总个数，NI为规定时间内，传输过程中没有丢失的数据包个数，NR为规定时间内，传输过程中没有发生错误的数据包个数；
所述业务参数包括：业务可靠度、业务及时可靠度、业务完整可靠度和业务正确可靠度，其中，所述业务可靠度RA＝P{PA≤PAmin}，所述业务及时可靠度
Figure FDA0004066598510000031
所述业务完整可靠度
Figure FDA0004066598510000032
所述业务正确可靠度
Figure FDA0004066598510000033
PA表示无线传感网络规定业务的性能，PA,min表示用户对该业务允许的最小性能要求，DA表示无线传感网络规定业务的端到端传输时延，DA,max表示用户允许该业务的最大时延，NA,T为该业务规定时间内，传输时间不大于给定最大允许时延的数据包个数，NA为该业务在规定时间内传输的数据包总个数，NA,I为该业务在规定时间内，传输过程中没有丢失的数据包个数，NA,R为该业务在规定时间内，传输过程中没有发生错误的数据包个数；
所述传输层的参数包括以下参数中的至少一项：基本可靠度、平均故障间隔时间、任务可靠度、平均严重故障间隔时间；
所述基本可靠度R(t')＝P{ξ＞t'}，其中，R(t')为t'时刻通信设备的基本可靠度，ξ为通信设备故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
所述平均故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000034
其中，TO为通信设备的工作时间，NT1为通信设备故障的总次数；
所述任务可靠度RM(t')＝P{ξM＞t'}，其中，RM(t')为t'时刻通信设备的任务可靠度，ξM为通信设备在规定的任务剖面中故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
所述平均严重故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000035
其中，NTM为TO时间内通信设备发生的严重故障总次数；
所述感知层的参数包括以下参数中的至少一项：基本可靠度、平均故障间隔时间、平均预防性维修间隔时间、平均维修间隔时间、任务可靠度、平均严重故障间隔时间；
所述基本可靠度R(t')＝P{ξ＞t'}，其中，R(t')为t'时刻通信设备的基本可靠度，ξ为通信设备故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
所述平均故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000041
其中，TO为通信设备的工作时间，NT1为通信设备故障的总次数；
所述平均预防性维修间隔时间包括保养的间隔时间、定期检测的间隔时间、定时修理的间隔时间和定期更换的间隔时间；
所述平均维修间隔时间
Figure FDA0004066598510000042
其中，NM为维修事件数；
所述任务可靠度RM(t')＝P{ξM＞t'}，其中，RM(t')为t'时刻通信设备的任务可靠度，ξM为通信设备在规定的任务剖面中故障前的工作时间，t'为通信设备规定的时间；
所述平均严重故障间隔时间
Figure FDA0004066598510000043
其中，NTM为TO时间内通信设备发生的严重故障总次数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述应用层的参数、所述传输层的参数和所述感知层的参数中的至少一项，对无线传感网络任务进行可靠性评估，包括：
获取所述无线传感网络任务，每个所述无线传感网络任务具有对应的参数；
根据所述应用层的参数、所述传输层的参数和所述感知层的参数中的至少一项，确定所述无线传感网络任务对应的参数的取值；
根据所述无线传感网络任务对应的参数的取值，对所述无线传感网络任务进行可靠性评估。
3.一种无线传感网络的可靠性评估装置，其特征在于，包括：处理器，所述处理器用于在执行计算机程序时实现如权利要求1-2中任一所述的无线传感网络的可靠性评估方法。
4.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一所述的无线传感网络的可靠性评估方法。
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