CN113992535A - 一种网络可靠性评估方法、装置、电子设备 - Google Patents

Abstract

一种网络可靠性评估方法、装置、电子设备，其中，所述方法包括：计算通信网络G在当前时刻t的链接连通矩阵L(t)、传输质量矩阵G(t)、流量需求矩阵F(t)。传输质量门限ρ从0到1按照预定步长进行取值，根据L(t)和Q(t)计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)。根据F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

Description

一种网络可靠性评估方法、装置、电子设备

技术领域

本申请实施例涉及通信网络技术领域，具体而言，本申请涉及一种网络可靠性评估方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术

通信网络是现代社会需要和现代信息技术不断发展的必然结果，它不但给人类社会生产和生活带来了极大的便利，同时也提高了人类的生产效率和生活质量。通信网络的可靠性决定了人类生产生活的通信效率和质量。同时，通信网络规模庞大，行为复杂，通信网络的可靠性是通信网设计和分析中必须考虑的重要因素。因此需要精确、通用且易用的通信网络可靠性评价方法、装置，能够有效比较不同设计下的通信网络的可靠性，有利于促进设计出更安全可靠的通信网络系统。

发明内容

本申请实施例的目的旨在至少能解决上述的技术问题，特提出以下技术方案：

一方面，提供了一种基于渗流理论的网络可靠性评估方法，应用于通信网络G，所述通信网络G包含n个通信节点，其特征在于，包括：

初始化步骤：假设当前时刻为t；计算链接连通矩阵L(t)，其矩阵元素l_ij(t)表示节点i到节点j的传输链接；当i=j时，l_ij(t)=0；当i≠j时，判断链接是否可连通；当链接可连通时，l_ij(t)=1，当链接不可连通时，l_ij(t)=∞；计算链接质量矩阵Q(t)，其矩阵元素q_ij(t)表示节点i到节点j的传输质量；计算流量需求矩阵F(t)，其矩阵元素f_ij(t)表示节点i到节点j的路径流量需求；

循环计算步骤：假设当前时刻为t；传输质量门限ρ的取值范围为从0到1，按照步长Δρ进行取值；根据L(t)和Q(t)针对每个传输质量门限ρ计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，其矩阵元素p_ρ,ij(t)表示 ρ门限下节点i到节点j之间的可通行性；当路径可通行时，p_ρ,ij(t)=1，当路径不可通行时，p_ρ,ij(t)=0；

网络可靠性计算步骤：假设当前时刻为t；根据F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

一方面，提供了一种基于渗流理论的网络可靠性评估装置，应用于通信网络G，所述通信网络G包含n个通信节点，其特征在于，包括：

初始化模块：假设当前时刻为t；计算链接连通矩阵L(t)，其矩阵元素l_ij(t)表示节点i到节点j的传输链接；当i=j时，l_ij(t)=0；当i≠j时，判断链接是否可连通；当链接可连通时，l_ij(t)=1，当链接不可连通时，l_ij(t)=∞；计算链接质量矩阵Q(t)，其矩阵元素q_ij(t)表示节点i到节点j的传输质量；计算流量需求矩阵F(t)，其矩阵元素f_ij(t)表示节点i到节点j的路径流量需求；

循环计算模块：假设当前时刻为t；传输质量门限ρ的取值范围为从0到1，按照步长Δρ进行取值；根据L(t)和Q(t)针对每个传输质量门限ρ计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，其矩阵元素p_ρ,ij(t)表示ρ门限下节点i到节点j之间的可通行性；当路径可通行时，p_ρ,ij(t)=1，当路径不可通行时，p_ρ,ij(t)=0；

网络可靠性计算模块：假设当前时刻为t；根据F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

一方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现上述的基于渗流理论的网络可靠性评估方法。

一方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的基于渗流理论的网络可靠性评估方法。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本申请实施例附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请实施例上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例一的基本流程图；

图2为本申请实施例一的总体流程图；

图3为本申请实施例二的示意图；

图4为本申请实施例二的可靠性计算的数据示意图；

图5为本申请实施例二的可靠性计算的结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

下面以具体地实施例对本申请实施例的技术方案以及本申请实施例的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

实施例一

本实施例提供了一种基于渗流理论的网络可靠性评估方法，该方法由计算机设备执行，该计算机设备可以是终端或者服务器。终端可以是台式设备或者移动终端。服务器可以是独立的物理服务器、物理服务器集群或者虚拟服务器。

假设一个具体的通信网络G，其中有n个通信节点。t表示时刻，初始时刻为在t=0。

如图1所示，为本申请实施例一的基本流程图。

首先计算通信网络G在当前时刻t的链接连通矩阵L(t)、传输质量矩阵G(t)、流量需求矩阵F(t)。其次，传输质量门限ρ从0到1按照预定步长进行取值，计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)。最后根据流量需求矩阵F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

如图2所示，为本申请实施例一的总体流程图。

在t时刻下从第i个节点到第j个节点的传输链接用l_ij(t)来表示，则n个节点的G网络可生成链接连通矩阵L(t)。

当i≠j时，链接l_ij(t)在t时刻是可连通时，l_ij(t)=1，当链接l_ij(t)在t时刻是不可连通时，l_ij(t)= ∞。当i=j时，l_ij(t)=0。

链接l_ij(t)的传输质量表示为q_ij(t)，表示t时刻下第i个节点到第j个节点的传输质量。则n个节点的G网络可生成传输质量矩阵Q(t)。

传输质量表示为q_ij(t) 可由以下公式进行计算：

其中λ_ij(t)和

分别分别是t时刻下链接l_ij(t)的真实传输性能和理想传输 性能。

链接的传输性能λ包括真实传输性能和理想传输性能。传输性能λ由三部分组成，吞吐量α，时延β和丢包率γ，即λ=xα+yβ+zγ；其中x，y和z是评估参数，由通信系统的网络可靠性的评估需求决定。

在t时刻下从第o个节点到第d个节点的路径流量需求用f_od(t)来表示，则n个节点的G网络可生成流量需求矩阵F(t)。

传输质量门限由ρ来表示。ρ的取值范围是从0到1。对ρ在取值范围内的不同取值，计算通信网络G的各个节点之间的可通行性。

具体地，通信网络G的各个节点之间的可通行性由路径通行矩阵表示。在t时刻下从第o个节点到第d个节点的路径用p_od(t)来表示，则n个节点的G网络可生成路径通行矩阵P(t)。当路径p_od(t)在t时刻是可通行时，p_od(t)=1，当链接p_od(t)在t时刻是不可通行时，p_od(t)=0。

如图2所示，网络可靠性的计算过程如下：

第一步：生成时刻t=0，生成网络G(t)和其中的n个节点。

第二步：生成时刻t=0下的L(t)、Q(t)和F(t)。设置t时刻下的传输质量门限ρ，初始值为0。

第三步：响应于链接l_ij(t)的传输质量小于当前门限，即q_ij(t)<ρ，则该链接在此门限下不可连通，即l_ρ,ij(t)=∞。响应于链接l_ij(t)的传输质量大于等于当前门限，即q_ij(t)≥ρ，则该链接在此门限下可连通，即l_ρ,ij(t)=1。将所有链接依据该准则，生成ρ门限下的链接连通矩阵L_ρ(t)。

第四步：依据最短路径算法，根据链接连通矩阵计算出路径通行矩阵。

具体地，针对任意三个节点，节点i、节点j、节点k，

响应于p_ρ,ij(t)>p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)，设置p_ρ,ij(t)=p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)；

响应于p_ρ,ij(t)=∞，设置p_ρ,ij(t)=0，否则p_ρ,ij(t)=1；

对任意三个节点都进行过上述处理后，得到ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)。

其伪码实现如下：

for k=1:n

for i=1:n

for j=1:n

if p_ρ,ij(t)>p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)，则p_ρ,ij(t)=p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)。

if p_ρ,ij(t)=∞，则p_ρ,ij(t)=0；如果p_ρ,ij(t)≠∞，则p_ρ,ij(t)=1。

第五步：以Δρ为步长，不断增长ρ，即ρ=ρ+Δρ，不断循环步骤二和步骤三，直至ρ=1。

第六步：计算时刻t=0下的网络可靠性R(t)，即

第七步：以Δt为步长，不断增长t，即t=t+Δt，不断循环第一步至第六步。

实施例二

如图3所示，为本申请实施例二的示意图。

本实施例中，基于渗流理论的网络可靠性评估的计算过程如下：

第一步：生成了节点数为6（n=6）的网络G；

第二步：生成其链接连通矩阵L(t0),链接质量矩阵Q(t0)和路径需求矩阵F(t0)，可以由图3中(a)中的网络看出不同链接的连通情况，节点间连线的有无、以及连线的灰度深浅，标注了节点间链接的传输质量。路径需求也由图3中(a)下方的矩阵表示出。

第三步：此时的网络链接连通情况如图4中(a)所示。

第四步：相应地，路径通行情况如图4中(b)所示。说明任意两个节点间的路径都可通过中转进行通信。

第五步：以不同门限下计算该门限下的链接连通矩阵L(t0)和路径通行矩阵P(t0)。具体的，ρ=0.2时，此时的链接连通矩阵L_0.2(t0)和路径通行矩阵P_0.2(t0)如图4中(c)和图4中(d)所示。此时的网络如图3中(b)所示。

第六步：不断重复上述步骤，网络节点的变化如图3中(c)至图3中(f)所示。

第七步：根据网络可靠性计算公式，计算得到t时刻的网络可靠性R(t)。根据公式可知，是一个积分过程，即求图5中的阴影面积。此时该网络的可靠性为0.596。

实施例三

本实施例提供了一种基于渗流理论的网络可靠性评估装置，应用于通信网络G，所述通信网络G包含n个通信节点，其特征在于，包括：

初始化模块：假设当前时刻为t；计算链接连通矩阵L(t)，其矩阵元素l_ij(t)表示节点i到节点j的传输链接；当i=j时，l_ij(t)=0；当i≠j时，判断链接是否可连通；当链接可连通时，l_ij(t)=1，当链接不可连通时，l_ij(t)=∞；计算链接质量矩阵Q(t)，其矩阵元素q_ij(t)表示节点i到节点j的传输质量；计算流量需求矩阵F(t)，其矩阵元素f_ij(t)表示节点i到节点j的路径流量需求；

循环计算模块：假设当前时刻为t；传输质量门限ρ的取值范围为从0到1，按照步长Δρ进行取值；根据L(t)和Q(t)针对每个传输质量门限ρ计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，其矩阵元素p_ρ,ij(t)表示ρ门限下节点i到节点j之间的可通行性；当路径可通行时，p_ρ,ij(t)=1，当路径不可通行时，p_ρ,ij(t)=0；

网络可靠性计算模块：假设当前时刻为t；根据F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

实施例四

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述基于渗流理论的网络可靠性评估方法。

实施例五

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述基于渗流理论的网络可靠性评估方法。

本申请针对现有技术不能通过一个系统综合评价一个通信网络的可靠性，仅能单一评价时延、丢包率、通信容量的高低不同的问题，采用时延、丢包率、吞吐量三者结合的算子来综合评价网络可靠性，同时该算子可依据不同系统需求进行自调节，达到不同通信系统通用的效果。本申请针对现有技术不能结合通信网络内部不同通信路径的通信传输需求来评价通信网络可靠性的问题，采用通信传输需求加权的方法，结合不同路径独立加权计算并求和的技术路线，达到通信网络可靠性融合通信网络内部不同通信路径的通信传输需求的目的。本申请针对现有技术不能综合评价不同传输质量标准下的通信可靠性的问题，采用渗流理论计算方法，将不同传输质量标准下的可靠性融为一体，建立不同传输质量标准的综合可靠性评价系统。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种网络可靠性评估方法，应用于通信网络G，所述通信网络G包含n个通信节点，其特征在于，包括：

初始化步骤：假设当前时刻为t；计算链接连通矩阵L(t)，其矩阵元素l_ij(t)表示节点i到节点j的传输链接；当i=j时，l_ij(t)=0；当i≠j时，判断链接是否可连通；当链接可连通时，l_ij(t)=1，当链接不可连通时，l_ij(t)=∞；计算链接质量矩阵Q(t)，其矩阵元素q_ij(t)表示节点i到节点j的传输质量；计算流量需求矩阵F(t)，其矩阵元素f_ij(t)表示节点i到节点j的路径流量需求；

循环计算步骤：假设当前时刻为t；传输质量门限 ρ的取值范围为从0到1，按照步长Δρ进行取值；根据L(t)和Q(t)针对每个传输质量门限ρ计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，其矩阵元素p_ρ,ij(t)表示ρ门限下节点i到节点j之间的可通行性；当路径可通行时，p_ρ,ij(t)=1，当路径不可通行时，p_ρ,ij(t)=0；

网络可靠性计算步骤：假设当前时刻为t；根据F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据L(t)和Q(t)针对每个传输质量门限ρ计算对应的路径通行矩阵P_ρ(t)，包括：

步骤一，设置t时刻下的传输质量门限ρ，初始值为0；

步骤二，根据L(t)和Q(t)生成ρ门限下的链接连通矩阵L_ρ(t)，其矩阵元素l_ρ,ij(t)表示ρ门限下的传输链接；具体生成方式是，响应于链接l_ij(t)的传输质量小于当前门限，即q_ij(t)<ρ，则该链接在此门限下不可连通，即l_ρ,ij(t)=∞；响应于链接l_ij(t)的传输质量大于等于当前门限，即q_ij(t)≥ρ，则该链接在此门限下可连通，即l_ρ,ij(t)=1；

步骤三，依据最短路径算法，根据ρ门限下的链接连通矩阵L_ρ(t)计算出ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，其矩阵元素p_ρ,ij(t)表示ρ门限下节点i到节点j之间的传输链接；

步骤四，以Δρ为步长，不断增长ρ，即ρ=ρ+Δρ，不断循环步骤二和步骤三，直至ρ=1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据ρ门限下的链接连通矩阵L_ρ(t)计算出ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，包括：

针对任意三个节点，节点i、节点j、节点k，

响应于p_ρ,ij(t)>p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)，设置p_ρ,ij(t)=p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)；对于p_ρ,ij(t)≤p_ρ,ik(t)+p_ρ,kj(t)的情况，不进行处理；

响应于p_ρ,ij(t)=∞，设置p_ρ,ij(t)=0；响应于p_ρ,ij(t)≠∞，设置p_ρ,ij(t)=1；

对任意三个节点都进行过上述处理后，得到ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据F(t)、所有传输质量门限ρ下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)，

其中，t为当前时刻，i、j为节点编号，ρ为当前传输质量门限。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输质量矩阵Q(t)，其矩阵元素q_ij(t)的计算公式为：

其中λ_ij(t)和

分别是t时刻下链接l_ij(t)的真实传输性能和理想传输性能。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，链接的传输性能λ包括真实传输性能和理想传输性能；传输性能λ由三部分组成，吞吐量α，时延β和丢包率γ，即λ=xα+yβ+zγ；其中x，y和z是评估参数，由通信系统的网络可靠性的评估需求决定。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于渗流理论进行网络可靠性计算。

8.一种网络可靠性评估装置，应用于通信网络G，所述通信网络G包含n个通信节点，其特征在于，包括：

初始化模块：假设当前时刻为t；计算链接连通矩阵L(t)，其矩阵元素l_ij(t)表示节点i到节点j的传输链接；当i=j时，l_ij(t)=0；当i≠j时，判断链接是否可连通；当链接可连通时，l_ij(t)=1，当链接不可连通时，l_ij(t)=∞；计算链接质量矩阵Q(t)，其矩阵元素q_ij(t)表示节点i到节点j的传输质量；计算流量需求矩阵F(t)，其矩阵元素f_ij(t)表示节点i到节点j的路径流量需求；

循环计算模块：假设当前时刻为t；传输质量门限ρ的取值范围为从0到1，按照步长Δρ进行取值；根据L(t)和Q(t)针对每个传输质量门限ρ计算ρ门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，其矩阵元素p_ρ,ij(t)表示ρ门限下节点i到节点j之间的可通行性；当路径可通行时，p_ρ,ij(t)=1，当路径不可通行时，p_ρ,ij(t)=0；

网络可靠性计算模块：假设当前时刻为t；根据F(t)、所有传输质量门限下的路径通行矩阵P_ρ(t)，计算网络可靠性矩阵R(t)。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的方法。

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