CN116208527A - 收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，以平均等效路径数为指标评估网络的抗毁性，包括以下步骤；S1：给拓扑图中节点编号，并获取节点数N，以及节点间连接状态；S2：计算节点对间的等效路径数；S3：计算网络等效路径数目和；S4：计算网络的平均等效路径数。本发明能够减少网络的抗毁性评估计算量，并准确、快速地评估该网络的抗毁性能。

Description

收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法。

背景技术

移动自组织网络系统具有无中心、无基础设施、节点可以移动等特点，这些特点使得移动自组网(Mobile Ad Hoc Network)系统能够灵活快速组网，因而在很多场景中得到了应用。但是，移动Ad Hoc网络节点间的无线链路易受多种因素影响而产生中断，从而使网络瘫痪。因此，构建一个抗毁性强的移动自组织网的意义重大。从网络拓扑抗毁性角度出发，可以分为网络抗毁性评估和抗毁性优化。抗毁性评估是研究移动自组织网络抗毁性的前提，提出一种快速、准确的评估方法对抗毁性研究有着重要作用。

为了更好地评估网络的抗毁性能，Chvatal提出了用于评价图中各个连通分量紧密程度的测量指标。该指标能够精确描述网络的抗毁性，但计算指标是NP问题。为了简化计算过程，更好地评价网络的抗毁性，饶育萍等人提出一种基于全网平均等效最短路径数的网络抗毁度。虽然该计算网络抗毁度的方法能够准确评价网络的抗毁性，但其计算量太大，对于一般的拓扑而言过于复杂，且节点数越多时，计算量剧增。

尽管上述提到的技术都能够反映网络的抗毁性能，但是移动自组网发展迅速，与其他网络混合使用也是一大热点。研究特殊的移动自组网的抗毁性评估方法是未来移动自组织网络研究方向之一。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，能够减少网络的抗毁性评估计算量，并准确、快速地评估该网络的抗毁性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，以平均等效路径数为指标评估网络的抗毁性，包括以下步骤；

S1：给拓扑图中节点编号，并获取节点数N，以及节点间连接状态；

S2：计算节点对间的等效路径数；

S3：计算网络等效路径数目和；

S4：计算网络的平均等效路径数。

所述S1中，具体为：

1a)对拓扑图中节点进行编号；

2b)计算其节点数N。

3c)获取网络的邻接矩阵。

所述S2中，具体为：

2a)根据节点之间的连接情况，根据Dijkstra算法计算出节点i和节点j之间(1≤i≤N,1≤j≤N且i≠j)的最小跳数q；

2b)统计出节点i和节点j的最小跳数为q的所有路径数r；

2c)在节点数为N的全连通网络中，计算节点i和节点j的跳数为q的所有路径数目

即在所有节点中除去源节点和目的节点选择q-1个节点组成跳数为q的路径组合数；

2d)计算出节点i和节点j之间的等效路径数λ_ij＝r/p。

所述S3中，具体为：

3a)是否计算完网络拓扑中所有节点对的等效路径数：是，则转到3c)；否则转到3b)；

3b)在拓扑图中重新选择一对不同的节点对，转到步骤2；

3c)将计算出的所有节点对的等效路径数进行累加，得到网络的等效路径数目和

所述S4中，具体为：

4a)计算网络的节点对数目L＝(N-1)N/2；

4b)将网络等效路径数目和进行归一化，得到网络的平均等效数

所述S1中，网络拓扑图是指由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图，用图论中的无向图G(N,E)进行表示，G中顶点集合用V＝{v₁,v2,…,v_n}来表示，其中，网络中的节点为无向图中的顶点，节点间的连接状态包括节点间直接相连和未直接相连。

所述S2中，节点对可以用顶点对表示(vi,v_j),其中1≤i≤N,1≤j≤N且i<j。

所述S4中，平均等效路径数越大，网络的抗毁性越强。

所述收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法用于移动自组织网络的拓扑构建。

本发明的有益效果：

1.使用提出的抗毁性评估指标，只考虑了全连通网络中跳数相同的路径，能够简化网络抗毁性评估方法的计算量。

2.相对收发信机受限的移动自组网的抗毁性评估，该方法效率更高，计算量更小，为后面网络拓扑构建研究提供参考。

附图说明

图1为本发明的实现流程图。

图2为本发明的移动自组织网的实例图。

图3为编号后的实例图。

图4为节点数为5的移动自组织网的抗毁性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，本发明的具体流程如下：

步骤1：获取网络拓扑图信息。

1a)对拓扑图中节点进行编号；

2b)计算其节点数N。

3c)获取网络的邻接矩阵。

步骤2：计算节点对间的等效路径数。

2a)根据节点之间的连接情况，根据Dijkstra算法计算出节点i和节点j之间(1≤i≤N,1≤j≤N且i≠j)的最小跳数q；

2b)统计出节点i和节点j的最小跳数为q的所有路径数r；

2c)在节点数为N的全连通网络中，计算节点i和节点j的跳数为q的所有路径数目

即在所有节点中除去源节点和目的节点选择q-1个节点组成跳数为q的路径组合数；

2d)计算出节点i和节点j之间的等效路径数λ_ij＝r/p。

步骤3：计算拓扑图中所有节点对间的等效路径数，并进行累加。

3a)是否计算完网络拓扑中所有节点对的等效路径数：是，则转到3c)；否则转到3b)；

3b)在拓扑图中重新选择一对不同的节点对，转到步骤2；

3c)将计算出的所有节点对的等效路径数进行累加，得到网络的等效路径数目和

步骤4：计算网络的平均等效路径数。

4a)计算网络的节点对数目L＝(N-1)N/2；

4b)将网络等效路径数目和进行归一化，得到网络的平均等效数

本发明的效果可通过下面实例说明和仿真实验进一步说明：

1.实例说明：

参考图2，这是一个网络G(8,16)的拓扑图。

1)先对其进行编号，参考图3，并记下节点数N＝8；

2)节点1和节点2直接相连，即节点间最小跳数q为1，计算节点间这样的路径数目r＝1，全连通网络下的路径数

节点1和节点2的等效路径数λ₁₂＝r/p＝1；节点1和节点6之间的最小跳数q为2，计算节点间这样的路径数目r＝2，全连通网络下的路径数

节点1和节点2的等效路径数λ₁₂＝r/p＝1/3；

3)像节点1和节点2这样的节点对有16对，节点1和节点6这样的节点对有12对，因此，网络的等效路径数目和λ＝1*16+1/3*12＝20。

4)图中节点对数总共为28对，因此，网络的平均等效数

2.仿真实验说明及其结构分析

2.1仿真实验条件：

本发明的仿真实验平台：windows10操作系统和MatlabR2022a。

2.2仿真实验内容及其结果分析：

对节点数N＝5的网络进行仿真，研究平均等效路径数与网络拓扑的边数的关系。通过不断地随机向网络拓扑中添加新的边，即随机选择网络G(N,E)的一种拓扑连接图，并按上述计算步骤计算出此时网络拓扑的平均等效路径数，并记录此时的网络的边数和平均等效路径数，结果如图4所示。

由图4可以看出节点数N为5的网络的平均等效路径数随着网络拓扑中边数的增加而增加。当边数越接近总节点对数目时，网络的平均等效路径数随链路数增加变化不大；而边数较小时，随着边数增加，网络的平均等效路径数变化较大；而边数中等情况时，网络的平均等效路径数随边数增加而增加较慢。

仿真结果表明，本发明提出的移动自组织网络的抗毁性评估方法能够评估一个网络的抗毁性，并计算量较小。一般的收发信机受限的移动自组织其拓扑结构的边数远小于全连通网络的边数，因此，能够更快速、准确地评估收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性。

Claims (9)

1.一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，以平均等效路径数为指标评估网络的抗毁性，包括以下步骤；

S1：给拓扑图中节点编号，并获取节点数N，以及节点间连接状态；

S2：计算节点对间的等效路径数；

S3：计算网络等效路径数目和；

S4：计算网络的平均等效路径数。

2.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S1中，具体为：

1a)对拓扑图中节点进行编号；

2b)计算其节点数N。

3c)获取网络的邻接矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S2中，具体为：

2a)根据节点之间的连接情况，根据Dijkstra算法计算出节点i和节点j之间(1≤i≤N,1≤j≤N且i≠j)的最小跳数q；

2b)统计出节点i和节点j的最小跳数为q的所有路径数r；

2c)在节点数为N的全连通网络中，计算节点i和节点j的跳数为q的所有路径数目

即在所有节点中除去源节点和目的节点选择q-1个节点组成跳数为q的路径组合数；

2d)计算出节点i和节点j之间的等效路径数λ_ij＝r/p。

4.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S3中，具体为：

3a)是否计算完网络拓扑中所有节点对的等效路径数：是，则转到3c)；否则转到3b)；

3b)在拓扑图中重新选择一对不同的节点对，转到步骤2；

3c)将计算出的所有节点对的等效路径数进行累加，得到网络的等效路径数目和

5.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S4中，具体为：

4a)计算网络的节点对数目L＝(N-1)N/2；

4b)将网络等效路径数目和进行归一化，得到网络的平均等效数

6.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S1中，网络拓扑图是指由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图，用图论中的无向图G(N,E)进行表示，G中顶点集合用V＝{v₁,v₂,…,v_n}来表示，其中，网络中的节点为无向图中的顶点，节点间的连接状态包括节点间直接相连和未直接相连。

7.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S2中，节点对用顶点对表示(v_i,v_j),其中1≤i≤N,1≤j≤N且i<j。

8.根据权利要求1所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述S4中，平均等效路径数越大，网络的抗毁性越强。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法，其特征在于，所述收发信机受限的移动自组织网络的抗毁性评估方法用于移动自组织网络的拓扑构建。

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