[发明专利]网络可靠性动态评估的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及网络可靠性的评估技术，更具体地为一种网络可靠性动态评估的方法和装置。

背景技术

网络可靠性是指：在规定的条件和环境下，在一定时间内，网络可以正常完成给定任务的概率。

在经济生活日益依赖于传输网络的今天，网络故障不仅会带来巨大的数据损失，甚至会导致灾难性后果，因此，在设计传输网络的过程中考虑网络可靠性是至关重要的。目前，在医疗网络、教育网络、电网、天然气管道网络、军用网络等有线网络或无线网络的设计、部署调动上都要确保在一些网络节点或链路出现故障的时候保证网络依旧可以使用。在网络的设计、部署调动过程中要随时根据网络可靠性的评估结果对网络进行调整，这些调整包括增删一些链路或节点或者移动一些节点，因此需要动态高效的对网络可靠性进行评估。

不仅在有线网络或无线网络的设计、部署调动上，在一些动态变化的网络的使用过程中，动态评估网络可靠性也是必要的。例如，较传统的静态网络，移动自组织网络（ad hoc网络）是一种拓扑动态变化的无线传感器网络，并且网络节点具有的能源有限。如果网络规模庞大，在网络中进行不可靠的通信会浪费大量的能源，因此有必要对ad hoc网络进行可靠性进行评估。

对网络可靠性的评估算法主要运用了OBDD（Ordered Binary Decision Diagram的缩写，其义为有序二叉决策图）这种数据结构。OBDD是目前广泛使用的处理大规模布尔运算的数据结构，用这种数据结构表示布尔函数，可以对大规模的与、或、非等布尔运算进行高效的实现。在评估可靠性的算法中对布尔运算进行OBDD表示，可以高效地评估链路数大于1000的大规模的网络的可靠性。

对可靠性的评估方法包括近似评估方法和精确评估方法。近似评估方法是评估出网络可靠性的一个近似值的方法，精确评估方法是精确评估出网络可靠性的值的方法。

目前常用的对静态网络可靠性进行精确评估的方法是基于OBDD的边扩展算法，在此算法中，网络中从某个节点到另一节点经过的所有链路为二者之间的路径。该算法分为两个步骤：

第一步骤为基于OBDD的边扩展算法创建指定网络拓扑图G的路径函数的OBDD结构；

第二步骤为根据OBDD计算网络的可靠性。

第一步骤具体步骤如下：

1)如果网络拓扑图G中s和d为同一节点，返回OBDD_ZERO；

2)查看与G同形的图是否在hash表中，如果在则返回查到的OBDD

3)对以s为端点的每条链路e：

a)进行链路e扩展得到子图sub_G

b)删除sub_G中的冗余链路，将得到的子图赋值为sub_G，直到sub_G中没有冗余链路为止；在此，冗余链路的定义为：如果以一条链路的某个端点为端点的链路只有这一条，并且该端点不是s也不是d，那么这条链路就是冗余链路。

c)把G赋值为sub_G返回步骤1，构建sub_G的OBDD

d)对得到的OBDD执行BDD_and和BDD_or操作得到网络拓扑图G的OBDD

4)在hash表中记录G的OBDD

5)返回G的OBDD

第二步骤是一个递归的计算过程，根据bdd_node这个OBDD，计算网络可靠性的算法具体步骤如下：

1)bdd_node表示的链路可用的概率赋值给p。q赋值为1-p，q即为bdd_node表示的链路不可用的概率

2)如果bdd_node为BDD_ZERO则返回0.0

3)根据bdd_node这个OBDD查询hash表，如果找到对应的可靠性的值则返回此值，否则执行步骤4)

4)result变量赋值为p乘以bdd_node的1-孩子为顶点的OBDD计算的网络可靠度的值加上q乘以以bdd_node的0-孩子为顶点的OBDD计算的网络可靠度的值。

5)将bdd_node这个OBDD对应的计算结果result加入到hash表中

6)返回result

但是，现有的基于OBDD的边扩展算法主要是处理静态网络的可靠性评估。此方法用于动态变化的网络的可靠性评估时，会产生大量的重复计算，造成评估的效率低下，不能满足现实的评估需要。

发明内容

本发明的目的为设计一种网络可靠性动态评估的方法和装置，本方法和装置对动态变化的网络进行高效的精确评估，并可在网络动态变化过程中，根据需要随时评估网络的可靠性。