技术摘要：
本发明属于网络可用性领域，具体涉一种对移动Ad Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法，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；本方法  全部
背景技术：
移动Ad  Hoc网络(Mobile  Ad  Hoc  Network,MANET)是一种由无线移动结点组成的 多跳、无中心、能量有限、临时的分布式网络系统,依靠结点之间的相互协作在移动、时变的 无线通信环境中自行组网。网络中每个结点兼具主机和路由器的功能，通过存贮、中继转发 实现多跳通信，各结点可以动态地加入或离开网络。作为一种较有前途，支持移动性、高度 自组织、快速自愈、组网灵活、系统整体抗毁性强的无线通信网络技术,Ad  Hoc网络具有广 泛的应用领域和前景，如搜寻与营救、灾后应急通信、移动办公通信等。 网络可用性是衡量移动自组织网络中可持续通信服务能力的重要标准，他是对网 络中节点可靠性、链路质量可靠性、网络拓扑、业务流量、路由算法等因素的一个综合评价， 反映了网络在不考虑外来破坏性作用的情况下节点间能够提供可持续性服务的能力。目前 国内外对Ad  Hoc网络的研究虽然取得很大进展，但评估方法所展现出来的概念、模型和算 法却相互交叠混乱，不成系统。而且其研究角度从网络本身性质出发，与故障和用户需求无 关。本发明以网络系统故障为核心，通过数学分析与建模，提出了一种对移动Ad  Hoc网络故 障模型的可用性度量评估方法
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种对移动Ad  Hoc网络故障 模型的可用性度量评估方法，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现： 一种对移动Ad  Hoc网络故障模型的可用性度量评估方法，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。 进一步的，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。 进一步的，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。 进一步的，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, 6 CN 111586726 A 说　明　书 2/12 页 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： 7 CN 111586726 A 说　明　书 3/12 页 则 得出两跳网络端到端的稳态可用度为 进一步的，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。 进一步的，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 进一步的，所述步骤(2)具体为：建立离散时间的马尔科夫链为： 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＝2iW0  i∈[0 , m]；m为最大回避阶数；i∈(0,m)为发送失败回退阶数； 令 bi,k为Markov链的稳态分布概率，根据Markov链的转移概率得出： b ＝pii,0 b0,0(0＜i＜m)； b ＝pmm,0 b0,0/(1-p)； bi,k＝(wi-k)bi,0/wi； i∈[0,m],k∈[0,wi-1]； 8 CN 111586726 A 说　明　书 4/12 页 由b ii ,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 冲突的概率为(1-τ)n-1；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。 PS＝nτ(1-τ)n-1 PN＝(1-τ)n 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 δ TC＝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；PC为数据包传输但发生冲突的概率；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。 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)； 报文的平均传输延迟概率分布率是Pi＝P·(1-P)i，i∈(0,6)当发送6次都发生冲 9 CN 111586726 A 说　明　书 5/12 页 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。 进一步的，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： 与现有技术相比，本发明的有益效果： 本发明所述的一种基于故障的Ad  Hoc网络业务可用性评估方法，按此方法得出的 业务可用度可作为车载移动自组互联网设计方案优化和已建车载移动自组织网络评估指 标之一；本发明通过对网络故障分析，引入多状态转移理论，通过对各状态的马尔科夫过程 求解得到网络系统稳态可用度的可靠评估。在建模过程中密切结合了车载移动网络易受干 扰，节点移动频繁，节点移动速度快等特点，对系统故障进行归纳分类，使模型更贴近实际 通信情景。本发明在仿真环境的支持下，能够对车载移动自组织网络进行较准确的可用性 评估。 附图说明 图1是本发明方法流程图。 图2是抽象网络通信模型。 图3是故障下网络各状态转换的状态转换图。 图4是CSMA\CA协议退避窗口的状态转换图 图5是仿真过程中，网络稳态可用度随着干扰强度变化的情况。 图6是干扰时间间隔对业务可用度的影响。 图7是节点个数对业务可用度的影响。 图8是信道传输速率对可用度的影响。 图9是报文长度对可用度的影响。