一种用于移动Ad hoc网络故障传播的抑制方法技术

本发明专利技术提供一种用于移动Ad hoc网络故障传播的抑制方法，其技术方案是，首先将实际移动Ad hoc网络抽象为网络拓扑，利用随机路点模型，建立网络节点动态移动过程；选择移动Ad hoc网络初始感染状态节点，计算网络中节点的初始负载，在节点容量分配时使用预防性分配方法，加强节点承受负载的能力；利用SIR模型和容量负载模型建立多状态下的故障状态传播过程；最后在移动Ad hoc网络的故障传播过程中，采用节点修复策略，对故障传播过程进行抑制。本发明专利技术能够在故障传播发生之前通过预防性分配节点容量方法，提高网络负载承受能力，在故障传播发生的过程中，对节点采取修复策略，控制故障的进一步传播，有利于开展移动Ad hoc网络的维护工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法
：本专利技术提出一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法，属于网络科学与控制科学交叉领域。
技术介绍
：移动Adhoc网络(Mobileadhocnetwork，MANET)作为一种支持终端用户移动、具有高度自组织能力、组网方式灵活、系统整体抗毁性强、不依赖于固定基础设施的通信网络，是下一代移动通信网络的关键技术之一。在战术互联网络、环境监测、灾难现场紧急救援、远程医疗、野外科学考察等领域有着广泛的应用。由于移动Adhoc网络的无线通信带宽受限，安全性差等不足，相比于固定网络，它更加易于遭受恶意程序的攻击而故障。随着移动Adhoc网络应用的增大，尤其是网络中路由节点规模越来越大时，一个内部或者外部的故障，就可能使故障“有点及面”全面爆发。由于移动Adhoc网络中路由节点之间的信息传输关系，网络中产生的故障会在网络中传播，最终将导致网络丧失通信能力，严重时将造成难以挽回的经济影响。因此，当网络遭遇随机失效或者蓄意攻击后，制定有效的故障传播抑制策略来降低其相继故障传播的范围和影响，对保障移动Adhoc网络的可靠、安全运营具有很大价值。构建新的方法去保护移动Adhoc网络并防止相继故障传播是很必要的，研究在何种代价下使一个重建的网络针对随机失效和恶意攻击更具鲁棒性具有重要意义。移动Adhoc网络的终端节点以一定的方式分布，必须自行组织形成网络，各终端节点的运行自由度很高，需要根据情况进行自适应调整通信，以局部终端节点之间的相互作用，完成整个网络的通信功能，所以它的整体功能大于局部子网功能之和，这和复杂网络的典型特性----涌现特性相符合。所以，可以将移动Adhoc网络看作一种复杂动态网络。目前，在动态网络的故障传播研究中，一般复杂网络中关于故障传播的研究方法已经取得了一定的研究成果，主要集中在复杂供电网络、Internet网络、抽象复杂网络。但研究仍缺少针对移动Adhoc网络故障传播过程的抑制方法，现有的网络修复方法对具有动态特性的移动Adhoc网络效果差，需要制定新的抑制方法抑制移动Adhoc网络故障传播。
技术实现思路
：本专利技术针对移动Adhoc网络现有研究的不足，提出了一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法。专利技术的目的是通过移动Adhoc网络故障传播抑制方法，控制存在网络中的传播型故障，防止故障传播对移动Adhoc网络造成进一步损害，有助于及时开展网络事后修复工作。本专利技术提出一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法，该方法具体步骤如下：步骤一：构建初始移动Adhoc网络拓扑，将实际移动Adhoc网络抽象为网络拓扑模型；以移动Adhoc网络中的移动终端作为节点，设定移动Adhoc网络通信半径r，在通信半径内的终端之间相互连接，将连接抽象为节点连接边，在一定的空间内建立网络拓扑；步骤二：基于移动Adhoc网络的网络拓扑，利用随机路点模型，以节点停留时间为单位，赋予网络中节点移动属性，建立网络节点动态移动过程，在每一单位时间根据节点移动属性移动节点空间位置，构建移动Adhoc网络的动态网络拓扑模型；步骤三：选择移动Adhoc网络初始感染状态节点，计算网络中节点的初始负载，初始负载为节点的介数，对节点容量进行分配，采用预防性分配方法，加强节点承受负载的能力；通过预防性的容量分配，减少因移动Adhoc网络自身带宽受限等原因造成的过载故障，抑制的网络故障传播；步骤四：根据初始感染状态节点(I态)，针对病毒等恶意程序导致的移动Adhoc网络故障，利用SIR模型建立故障状态传播过程，感染状态节点在单位时间内，以一定的概率λ感染相邻的正常状态节点(S态)，在完成感染后，将移动Adhoc网络中原感染状态节点判定为故障节点(R态)，并将其移出网络；步骤五：根据定义的初始负载和节点容量，建立容量负载模型下的故障传播过程，重新计算步骤三中剩余节点的新负载，将负载超过节点容量的节点判定为过载故障(F态)，将其作为故障节点移出网络；循环步骤四和步骤五形成故障传播过程，直至网络无新的故障节点出现，进入稳态网络；步骤六：在移动Adhoc网络的故障传播过程中，在设定时间内对网络中的R态节点进行修复，修复概率为p，通过随机修复R态节点的方法对故障传播过程进行抑制；减少因被植入恶意程序等原因造成故障传播。通过以上步骤，达到了对移动Adhoc网络的故障传播过程的抑制效果，解决了网络内节点故障传播问题，适用于发生故障时控制移动Adhoc网络内设备状态防止大面积故障发生，减小故障传播范围，最小化经济损失。其中，在上述步骤一中所述的“构建初始移动Adhoc网络拓扑”，其具体作法有：首先确定移动Adhoc网络区域大小，将网络中移动终端抽象为节点，编号从1开始排序到N，确定初始网络的位置信息；确定网络内移动通信半径r，任意节点i和节点j在t时刻的距离为：式中：(xi(t),yi(t))为t时刻节点i的几何位置，(xj(t),yj(t))为t时刻节点j的几何位置，dij(t)是节点i和节点j的几何距离；对dij(t)≤r的节点建立抽象连接边，形成初始移动Adhoc网络拓扑。其中，在上述步骤二中所述的“基于移动Adhoc网络的网络拓扑，利用随机路点模型，以节点停留时间为单位，赋予网络中节点移动属性，建立网络节点动态移动过程”，其具体过程有：对网络中节点i赋予三个运动参数：当前位置Pi，速度Vi和路标点Wi；此外，每个节点停留的单位时间为t0，随机路点模型的移动过程为：初始时刻，节点是静止的，停留单位时间t0后，节点随机选择一个目的路标点P，并以速度Vi(Vi值随机从区间[vmin,vmax]上选取)经过最短路径达到路标点P，在到达路标点位置后，每个节点会短暂停顿t时间后，再次选择新的目的路标，再停顿，周而复始。其中，在上述步骤三中所述的“选择移动Adhoc网络初始感染状态节点，计算网络中节点的初始负载，初始负载为节点的介数，对节点容量进行分配，采用预防性分配方法，加强节点承受负载的能力”，其节点初始负载具体计算公式有：其中Li是节点i的介数，即节点i的初始负载，gpq(i)为节点p与q间通过节点i的最短路径条数，gpq为节点p与q之间所有的最短路径条数；预防性分配节点容量计算公式有：Ci＝(1+α)gmax(Li)其中是Ci节点的容量，α表示冗余系数，α≥0，Li是节点的初始负载；以初始时刻网络中节点负载的最大值的倍数来分配网络容量，减少因节点通信过载带来的过载故障传播，达到对故障传播过程抑制的目的。其中，在上述步骤四中所述的“利用SIR模型建立故障状态传播过程”，其作法如下：SIR模型(SusceptibleInfectedRecoveredModel)是一种传染病模型；在移动Adhoc网络中，将节点划分为S(易感状态)、I(感染状态)和R(免疫状态)三种状态；正常状态时节点为S态，在单位时间内，存在于网络中的I态节点会以一定概率λ将相连的S节点感染为I态；I态节点在一定时间内以一定概率μ转换为R态，在移动Adhoc网络模型中，R态节点是因被植入恶意程序或者感染恶意程序后被移除的故障状态节点；当故障传播结束时，移动Adhoc网络中只存在S态节点与R态节点，网络处于稳定状态。其中，在上述步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于移动Ad hoc网络故障传播的抑制方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：构建初始移动Ad hoc网络拓扑，将实际移动Ad hoc网络抽象为网络拓扑模型；以移动Ad hoc网络中的移动终端作为节点，设定移动Ad hoc网络通信半径r，在通信半径内的终端之间相互连接，将连接抽象为节点连接边，在一预定的空间内建立网络拓扑；步骤二：基于移动Ad hoc网络的网络拓扑，利用随机路点模型，以节点停留时间为单位，赋予网络中节点移动属性，建立网络节点动态移动过程，在每一单位时间根据节点移动属性移动节点空间位置，构建移动Ad hoc网络的动态网络拓扑模型；步骤三：选择移动Ad hoc网络初始感染状态节点，计算网络中节点的初始负载，初始负载为节点的介数，对节点容量进行分配，采用预防性分配方法，加强节点承受负载的能力；通过预防性的容量分配，减少因移动Ad hoc网络自身带宽受限原因造成的过载故障，抑制的网络故障传播；步骤四：根据初始感染状态节点(I态)，针对病毒恶意程序导致的移动Ad hoc网络故障，利用SIR模型建立故障状态传播过程，感染状态节点在单位时间内，以一预定的概率λ感染相邻的正常状态节点(S态)，在完成感染后，将移动Ad hoc网络中原感染状态节点判定为故障节点(R态)，并将其移出网络；步骤五：根据定义的初始负载和节点容量，建立容量负载模型下的故障传播过程，重新计算步骤三中剩余节点的新负载，将负载超过节点容量的节点判定为过载故障(F态)，将其作为故障节点移出网络；循环步骤四和步骤五形成故障传播过程，直至网络无新的故障节点出现，进入稳态网络；步骤六：在移动Ad hoc网络的故障传播过程中，在设定时间内对网络中的R态节点进行修复，修复概率为p，通过随机修复R态节点的方法对故障传播过程进行抑制；减少因被植入恶意程序原因造成故障传播；通过以上步骤，达到了对移动Ad hoc网络的故障传播过程的抑制效果，解决了网络内节点故障传播问题，适用于发生故障时控制移动Ad hoc网络内设备状态防止大面积故障发生，减小故障传播范围，最小化经济损失。...

【技术特征摘要】
1.一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：构建初始移动Adhoc网络拓扑，将实际移动Adhoc网络抽象为网络拓扑模型；以移动Adhoc网络中的移动终端作为节点，设定移动Adhoc网络通信半径r，在通信半径内的终端之间相互连接，将连接抽象为节点连接边，在一预定的空间内建立网络拓扑；步骤二：基于移动Adhoc网络的网络拓扑，利用随机路点模型，以节点停留时间为单位，赋予网络中节点移动属性，建立网络节点动态移动过程，在每一单位时间根据节点移动属性移动节点空间位置，构建移动Adhoc网络的动态网络拓扑模型；步骤三：选择移动Adhoc网络初始感染状态节点，计算网络中节点的初始负载，初始负载为节点的介数，对节点容量进行分配，采用预防性分配方法，加强节点承受负载的能力；通过预防性的容量分配，减少因移动Adhoc网络自身带宽受限原因造成的过载故障，抑制的网络故障传播；步骤四：根据初始感染状态节点(I态)，针对病毒恶意程序导致的移动Adhoc网络故障，利用SIR模型建立故障状态传播过程，感染状态节点在单位时间内，以一预定的概率λ感染相邻的正常状态节点(S态)，在完成感染后，将移动Adhoc网络中原感染状态节点判定为故障节点(R态)，并将其移出网络；步骤五：根据定义的初始负载和节点容量，建立容量负载模型下的故障传播过程，重新计算步骤三中剩余节点的新负载，将负载超过节点容量的节点判定为过载故障(F态)，将其作为故障节点移出网络；循环步骤四和步骤五形成故障传播过程，直至网络无新的故障节点出现，进入稳态网络；步骤六：在移动Adhoc网络的故障传播过程中，在设定时间内对网络中的R态节点进行修复，修复概率为p，通过随机修复R态节点的方法对故障传播过程进行抑制；减少因被植入恶意程序原因造成故障传播；通过以上步骤，达到了对移动Adhoc网络的故障传播过程的抑制效果，解决了网络内节点故障传播问题，适用于发生故障时控制移动Adhoc网络内设备状态防止大面积故障发生，减小故障传播范围，最小化经济损失。2.根据权利要求1所述的一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法，其特征在于：在上述步骤一中所述的“构建初始移动Adhoc网络拓扑”，其具体作法有：首先确定移动Adhoc网络区域大小，将网络中移动终端抽象为节点，编号从1开始排序到N，确定初始网络的位置信息；确定网络内移动通信半径r，任意节点i和节点j在t时刻的距离为：式中：(xi(t),yi(t))为t时刻节点i的几何位置，(xj(t),yj(t))为t时刻节点j的几何位置，dij(t)是节点i和节点j的几何距离；对dij(t)≤r的节点建立抽象连接边，形成初始移动Adhoc网络拓扑。3.根据权利要求1所述的一种用于移动Adhoc网络故障传播的抑制方法，其特征在于：在上述步骤二中所述的“基于移动Adhoc网络的网络拓扑，利用随机路点模型，以节点停留时间为单位，赋予网络中节点移动属性，建立网络节点动态移...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪晟，王江辉，李煌，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11