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专利号: 2020103099033
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种对移动Ad Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:根据网络特点建立抽象通信模型;

步骤二:对网络端到端通信的故障类型进行归纳;

步骤三:建立网络故障模型;

步骤四:计算基于时延指标的业务可用度;

所述步骤四具体还包括以下步骤:(1)计算全网的平均稳态可用度;(2)分析时延达标率;(3)计算网络业务可用度;

所述步骤(1)具体为:

多跳通信系统的平均稳态可用度为

其中 A1为单跳的稳态可用度,Δ1为一跳情况在网络系统中所占的比重;

A2为两跳的稳态可用度,Δ2为两跳情况在网络系统中所占的比重;

An‑1为(n‑1)跳的稳态可用度,Δn‑1为(n‑1)跳情况在网络系统中所占的比重;

An为n跳的稳态可用度,Δn为n跳情况在网络系统中所占的比重;

得到多跳通信网络端到端的稳态可用度为

所述步骤(3)具体为:网络时延指标为TB时,计算网络延时到标率为 当网络时延指标为TB时,计算网络延时到标率为 其中对所有的edi≤TB;

其中i代表跳数,F1表示一跳的时延达标率,多跳平均时延达标率为:根据统计学原理,建立基于时延的业务可用度公式为:

2.根据权利要求1所述的一种对移动Ad Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法,其特征在于:所述步骤一具体为:设所有移动终端节点具有相同的有限能量和通信半径;并将网络划分为不同的区域,同一区域节点可以直接通信,不同区域节点通过交叉区域内节点的中继通信。

3.根据权利要求1所述的一种对移动Ad Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法,其特征在于:所述步骤二具体为:因中继节点能量不足或因节点移动导致连接中断的节点故障称为Ⅰ类故障,Ⅰ类故障的发生率为λ1,由Ⅰ类故障转至无故障的平均故障转换时延为1/μ1;

因节点间通信链路障碍、衰落、噪声等影响造成的链路故障类型称为Ⅱ类故障,Ⅱ类故障的发生率为λ2,由Ⅱ类故障转至无故障的平均故障转换时延为1/μ2;节点的平均移出率是λ,平均移入率是μ。

4.根据权利要求1所述的一种对移动Ad Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法,其特征在于:所述步骤三具体为:(1)对网络中的元素进行形式化描述;令i∈I={0,1,2,...,N}表示当前交叉区域中可供正常使用的中继结点的个数,令j∈R={0,1,2}表示故障类型集,0为无故障,1为Ⅰ类故障,2为Ⅱ类故障;二元组{(i,j)|i∈I,j∈J}表示一个两跳链路连接有效或故障时,当前链路的交叉区域内有i个可供中继的正常节点,并且系统处于j类故障;用状态(N,0)表示当前端到端连接有效,N个中继节点位于交叉区域且都能正常工作,其中一个参与了中继转发,其余N‑1个节点中的任何一个以概率λ移出交叉区域时,网络状态转移到(N‑1,0);对状态(N‑1,0)表示当前端到端连接有效,N‑1个中继节点位于交叉区域且都能正常工作,其中一个参与了中继转发;当区域外1个节点以概率μ移入到交叉区域时,网络状态转移到(N,0);对状态(N,0),若当前正在中继的结点发生Ⅰ类故障或Ⅱ类故障,则端到端连接中断,交叉区域可供使用的中继节点数变为N‑1个,网络以λ1或λ2转移到状态(N‑1,

1)或(N‑1,2);对于状态(N‑1,1)或(N‑1,2),发生故障的节点在经过路由切换时延1/μ1或1/μ2后转至无故障状态,即状态(N,0);(2)计算端到端的稳态可用度;对步骤(1)中状态转化为连续时间的马尔科夫链;通过对求解马尔科夫状态;

对状态(N,0)有:

‑πn,0*((n‑1)λ+λ1+λ2)+πn‑1,0*μ+πn‑1,1*μ1+πn‑1,2*μ2=0对状态(N‑1,1)有:‑πn‑1,1*μ1+πn,0*λ1=0对状态(N‑1,2)有:‑πn‑1,2*μ2+πn,0*λ2=0可得

对状态(N‑1,0)有:

‑πn‑1,0*((n‑1)λμ+λ1+λ2μ)+‑πn,0*(n‑1)λ+πn‑3,0*2μ+πn‑3,1*μ1+πn‑2,1*μ2=0对状态(N‑2,1)有:‑πn‑2,1*μ1+πn‑1,0*λ1=0对状态(N‑2,2)有‑πn‑2,2*μ2+πn‑1,0*λ2=0可得:

对状态(N‑2,0),(N‑3,0),...,(2,0)稳态可用度的计算过程与(N‑1,0)相同;

对状态(1,0)有:

‑π1,0*((n‑1)λ+μ+λ1+λ2)+π2,0*λ+π0,0*λμ+π0,1*μ1+π0,2*μ2=0‑π1,0*((n‑1)μ+λ)+π2,0*λ+π0,0*nμ=0其中

可得:

得出各状态的通用表达式:

得出两跳网络端到端的稳态可用度为

5.根据权利要求1所述的一种对移动Ad Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法,其特征在于:所述步骤(2)具体为:根据CSMA/CA协议的通信机制特点建立离散时间的马尔科夫链为:i

当每个包传输的冲突概率恒定为p时,其中W0为最小竞争窗口,Wi=2 W0 i∈[0,m];m为最大回避阶数;i∈(0,m)为发送失败回退阶数;

bi,k为Markov链的稳态分布概率,根据Markov链的转移概率得出:i

bi,0=pb0,0(0<i<m);

m

bm,0=pb0,0/(1‑p);

bi,k=(wi‑k)bi,0/wi;

i∈[0,m],k∈[0,wi‑1];

i

由bi,0=p b0,0(0<i<m)可知bi,0服从几何分布并且可以证明bi,0转移到只是P/Wi+1;由于所有的站点只有在回退计数器为0时才传输包,因此n‑1

p=1‑(1‑τ)

n为作战区域的子节点数,所有其他n‑1个站点都不传输数据包的概率即为不发生冲突n‑1的概率为(1‑τ) ;通过数值计算方法可求取τ和p;

计算每一轮平均回退窗;

Wip=(Wimax+1)/2

Wip为平均回退窗口;

n‑1

PS=nτ(1‑τ)

n

PN=(1‑τ)

PC=1‑PS‑PN

其中PS为数据包成功传输的概率;PN为数据包不传输的概率;PC为数据包传输但发生冲突的概率;

TS=DIFS+H+ED+δ+SIFS+ACK+δTC=DIFS+H+ED+δ

其中TS是由于成功传输包平均的通道忙时间;TC为由于包传输冲突平均的通道忙时间;

H为物理层和MAC层包头部字段的总长度;SIFS短帧间间隔;令传播延迟为δ;ED为报文平均传输延迟;DIFS为分布式协调功能间隔;每一轮发报文平均回退时间EBi=Wip*σ+EFi(PSTS+PCTC);Wip为每一轮发报文平均回退窗大小;σ一个时隙时长;PS为每一轮发数据包成功传输的概率;

EFi=Wip/Eldle‑1

Eldle=PN/(1‑PN)

EFi为每一轮报文回退过程中平均freeze的次数;Eldle为每次传输前空闲的时隙个数期望;

延迟应该由以下公式计算得到

其中Lj=EBj+TC+T0,i∈(0,6);

i

报文的平均传输延迟概率分布率是Pi=P·(1‑P) ,i∈(0,6)当发送6次都发生冲突不成功时,终止发送报告上层,相应的当i‑1次冲突后,报文发送成功,其报文的传输延迟时间是Edi。