一种用于海底信息网络的可靠性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种用于海底信息网络的可靠性分析方法，其方法包括以下步骤：步骤一、初始化，输入仿真次数F、水下节点总数M、骨干链路数目D、网络邻接矩阵A、网络骨干层邻接矩阵B，迭代计数器j＝1，k＝1，步骤二、系统状态随机游动，抽样获取第j次仿真中各节点和骨干链路的失效时间。本发明专利技术通过分析其功能使命，提出了适用于海底信息网的可靠性分析模型和评价指标，并采用蒙特卡罗法仿真分析了网络的系统可靠性以及节点抗毁度的变化情况，对于海底信息网的维修决策和节点拓扑位置优化具有一定的参考意义，现实中的海底信息网是可以进行维修的，下一步工作是分析添加维修策略后对海底信息网可用性的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海底信息网络的可靠性分析方法
本专利技术涉及信息网络
，具体为一种用于海底信息网络的可靠性分析方法。
技术介绍
海底信息网可以实现岸站与水下传感设备稳定持续的长时间信息交互，是未来国防和科学研究的重要基础数据来源，海底信息网系统结构复杂，一般建于海洋深处，维修的难度和费用较高，为达到令人满意的网络可用性，需将系统可靠性分析贯穿于整个海底信息网规划和设计的全过程，多数研究工作集中在功能性部件（如通信系统、供电系统等）的研究，在可靠性方面更多注重解决设备在海下环境的耐受性问题，较少涉及系统层的可靠性评价指标以及分析方法，然而海底信息网的任务不是传统网络的传输数据，而是要达到某种信息交互目的，因此需要评价网络是否具备在一定时间内完成特定任务的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于海底信息网络的可靠性分析方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于海底信息网络的可靠性分析方法，其方法包括以下步骤：步骤一、初始化，输入仿真次数Ｆ、水下节点总数Ｍ、骨干链路数目Ｄ、网络邻接矩阵Ａ、网络骨干层邻接矩阵Ｂ，迭代计数器ｊ=１，ｋ=１。步骤二、系统状态随机游动，抽样获取第ｊ次仿真中各节点和骨干链路的失效时间，包括主接驳盒、次接驳盒、骨干链路以及水下设备接口的失效时间，并将失效时间存入失效时间序列Ｔｓ。步骤三、系统失效时间抽样，将第ｊ次仿真时的失效时间序列Ｔｓ，按升序进行重排列。步骤四、将模拟执行时间增加到第ｋ个失效事件的发生时刻，执行系统状态改变的所有动作：若为节点故障，则将该节点以及所连的边从网络中删除；若为边故障，则将该边从网络中删除。步骤五、针对当前失效时刻，在网络骨干层拓扑中，采用广度搜索算法，以每个主接驳盒节点为源点，将搜索不到岸站节点的主接驳盒节点所属水下传感设备的状态置零。步骤六、针对当前失效时刻，在全网络拓扑中采用深度优先搜索算法，以岸站节点为源点，将搜索不到的水下传感设备节点状态置零，统计当前失效时刻对应的失效水下传感设备数量。步骤七、若ｋ=｜S｜，则继续下一步，否则ｋ=ｋ+１，返回步骤4。步骤八、若ｊ=Ｎ，则继续下一步，否则令ｊ=ｊ+１且ｋ=１，返回步骤2。步骤九、根据２、３节提出的可靠性指标点估计公式，分析收集仿真统计数据。优选的，所述海底信息网节点中的主、次接驳盒以及水下设备接口共同影响岸站节点与水下传感设备的信息交换。优选的，本分析方法还包括岸基供电系统和岸基数据管理系统；主接驳盒通过海底光电复合缆互相连接，主要负责网络路由分支、下级设备的供电以及骨干层数据传输；次接驳盒为水下传感设备提供合适的数据传输通道和供电等级；水下设备接口包括适配多类通信协议的部件以及水密接插件等；水下传感设备负责收集海底相关信息以及响应岸站指令；发信设备，包含光发信机和EDFA；收信设备，为光收信机；次接驳盒，包含壳体、供电设备和交换机；水下设备接口，包含节点控制设备和水密接口。优选的，本分析方法还包括系统可靠性模型，其中海底信息网节点中的主、次接驳盒以及水下设备接口共同影响岸站节点与水下传感设备的信息交换，视岸站、主次接驳盒、水下设备接口以及水下传感设备建模为独立的节点，其中s为岸站源节点，Ｚ１～Ｚｎ（ｎ＝1，2，…，Ｍ）代表主接驳盒，Ｃ１～Ｃｎ为次接驳盒，Ｊｉｊ（ｉ＝1，2，…，Ｍ；ｊ=1，2，…，ｍ）为次接驳盒中与水下传感设备相连的设备接口，Ｋｉｊ为水下传感设备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过分析其功能使命，提出了适用于海底信息网的可靠性分析模型和评价指标，并采用蒙特卡罗法仿真分析了网络的系统可靠性以及节点抗毁度的变化情况，对于海底信息网的维修决策和节点拓扑位置优化具有一定的参考意义，现实中的海底信息网是可以进行维修的，下一步工作是分析添加维修策略后对海底信息网可用性的影响。附图说明图1为本专利技术海底信息网环形结构示意图；图2为本专利技术海底信息网模型示意图；图3为本专利技术系统可靠度示意图；图4为本专利技术节点抗毁度示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-4，一种用于海底信息网络的可靠性分析方法，其方法包括以下步骤：步骤一、初始化，输入仿真次数F、水下节点总数M、骨干链路数目D、网络邻接矩阵A、网络骨干层邻接矩阵B，迭代计数器ｊ=１，ｋ=１。步骤二、系统状态随机游动，抽样获取第j次仿真中各节点和骨干链路的失效时间，包括主接驳盒、次接驳盒、骨干链路以及水下设备接口的失效时间，并将失效时间存入失效时间序列Ｔｓ，海底信息网节点中的主、次接驳盒以及水下设备接口共同影响岸站节点与水下传感设备的信息交换。步骤三、系统失效时间抽样，将第ｊ次仿真时的失效时间序列Ｔｓ，按升序进行重排列。步骤四、将模拟执行时间增加到第ｋ个失效事件的发生时刻，执行系统状态改变的所有动作：若为节点故障，则将该节点以及所连的边从网络中删除；若为边故障，则将该边从网络中删除，本分析方法还包括岸基供电系统和岸基数据管理系统；主接驳盒通过海底光电复合缆互相连接，主要负责网络路由分支、下级设备的供电以及骨干层数据传输；次接驳盒为水下传感设备提供合适的数据传输通道和供电等级；水下设备接口包括适配多类通信协议的部件以及水密接插件等；水下传感设备负责收集海底相关信息以及响应岸站指令；发信设备，包含光发信机和EDFA；收信设备，为光收信机；次接驳盒，包含壳体、供电设备和交换机；水下设备接口，包含节点控制设备和水密接口。步骤五、针对当前失效时刻，在网络骨干层拓扑中，采用广度搜索算法，以每个主接驳盒节点为源点，将搜索不到岸站节点的主接驳盒节点所属水下传感设备的状态置零。步骤六、针对当前失效时刻，在全网络拓扑中采用深度优先搜索算法，以岸站节点为源点，将搜索不到的水下传感设备节点状态置零，统计当前失效时刻对应的失效水下传感设备数量，本分析方法还包括系统可靠性模型，其中海底信息网节点中的主、次接驳盒以及水下设备接口共同影响岸站节点与水下传感设备的信息交换，视岸站、主次接驳盒、水下设备接口以及水下传感设备建模为独立的节点，其中s为岸站源节点，Ｚ１～Ｚｎ（ｎ＝1，2，…，Ｍ）代表主接驳盒，Ｃ１～Ｃｎ为次接驳盒，Ｊｉｊ（ｉ＝1，2，…，Ｍ；ｊ=1，2，…，ｍ）为次接驳盒中与水下传感设备相连的设备接口，Ｋｉｊ为水下传感设备。步骤七、若ｋ=｜S｜，则继续下一步，否则ｋ=ｋ+１，返回步骤4。步骤八、若ｊ=Ｎ，则继续下一步，否则令ｊ=ｊ+１且ｋ=１，返回步骤2。步骤九、分析收集仿真统计数据，以系统可靠度为例，分别选取仿真次数为10、100、1000和2000进行计算，100次的实验次数与更多实验次数的仿真结果近似，当仿真次数大于,1000后，仿真结果没有太大的变动，因此仿真次数为1000次的结果是有效的。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海底信息网络的可靠性分析方法，其特征在于：其方法包括以下步骤：步骤一、初始化，输入仿真次数F、水下节点总数M、骨干链路数目D、网络邻接矩阵A、网络骨干层邻接矩阵B，迭代计数器j＝1，k＝1。步骤二、系统状态随机游动，抽样获取第j次仿真中各节点和骨干链路的失效时间，包括主接驳盒、次接驳盒、骨干链路以及水下设备接口的失效时间，并将失效时间存入失效时间序列Ts。步骤三、系统失效时间抽样，将第j次仿真时的失效时间序列Ts，按升序进行重排列。步骤四、将模拟执行时间增加到第k个失效事件的发生时刻，执行系统状态改变的所有动作：若为节点故障，则将该节点以及所连的边从网络中删除；若为边故障，则将该边从网络中删除。步骤五、针对当前失效时刻，在网络骨干层拓扑中，采用广度搜索算法，以每个主接驳盒节点为源点，将搜索不到岸站节点的主接驳盒节点所属水下传感设备的状态置零。步骤六、针对当前失效时刻，在全网络拓扑中采用深度优先搜索算法，以岸站节点为源点，将搜索不到的水下传感设备节点状态置零，统计当前失效时刻对应的失效水下传感设备数量。步骤七、若k＝|S|，则继续下一步，否则k＝k+1，返回步骤4。步骤八、若j＝N，则继续下一步，否则令j＝j+1且k＝1，返回步骤2。步骤九、根据2、3节提出的可靠性指标点估计公式，分析收集仿真统计数据。...

【技术特征摘要】
1.一种用于海底信息网络的可靠性分析方法，其特征在于：其方法包括以下步骤：步骤一、初始化，输入仿真次数F、水下节点总数M、骨干链路数目D、网络邻接矩阵A、网络骨干层邻接矩阵B，迭代计数器j＝1，k＝1。步骤二、系统状态随机游动，抽样获取第j次仿真中各节点和骨干链路的失效时间，包括主接驳盒、次接驳盒、骨干链路以及水下设备接口的失效时间，并将失效时间存入失效时间序列Ts。步骤三、系统失效时间抽样，将第j次仿真时的失效时间序列Ts，按升序进行重排列。步骤四、将模拟执行时间增加到第k个失效事件的发生时刻，执行系统状态改变的所有动作：若为节点故障，则将该节点以及所连的边从网络中删除；若为边故障，则将该边从网络中删除。步骤五、针对当前失效时刻，在网络骨干层拓扑中，采用广度搜索算法，以每个主接驳盒节点为源点，将搜索不到岸站节点的主接驳盒节点所属水下传感设备的状态置零。步骤六、针对当前失效时刻，在全网络拓扑中采用深度优先搜索算法，以岸站节点为源点，将搜索不到的水下传感设备节点状态置零，统计当前失效时刻对应的失效水下传感设备数量。步骤七、若k＝|S|，则继续下一步，否则k＝k+1，返回步骤4。步骤八、若j＝N，则继续下一步，否则令j＝j+1且k＝1，返回步骤2。步骤九、根据2、3节提出的可靠性指标点估计公式，分析收集仿真统计数据。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫毓昌，蔡绍滨，高振国，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35