針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)及其工作方法。通過網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)，可以評(píng)估通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)布線受自然災(zāi)害（如地震，洪水）以及人為破壞（如有目的EMP攻擊，漁船拖網(wǎng)）等地理位置相關(guān)的區(qū)域故障的影響程度，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在區(qū)域故障情況下的統(tǒng)計(jì)行為特征，包括平均故障鏈路容量，端到端的流量變化等性能。在此基礎(chǔ)上，該網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)利用物理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，可以定位?duì)該網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障區(qū)域，進(jìn)而指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)提供了可視化的界面環(huán)境，可以明確地指明系統(tǒng)的脆弱性，幫助通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者和維護(hù)者未雨綢繆，構(gòu)建魯棒性更高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
【專利說明】針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析，特別分析物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诖蠓秶鷧^(qū)域故障下的行為特征，同時(shí)定位對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響最大的潛在故障區(qū)域位置。
【背景技術(shù)】
[0002]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)通信的主要手段。隨著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴增強(qiáng)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求也越來越高。另一方面，由于網(wǎng)絡(luò)本身的急速發(fā)展，大面積區(qū)域故障，如自然災(zāi)害，人為破壞對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響日益凸顯，其頻率和破壞程度呈上升趨勢(shì)，已經(jīng)成為影響網(wǎng)絡(luò)可靠性的不可忽略的主要問題之一。
[0003]網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析可以幫助設(shè)計(jì)者和維護(hù)人員了解網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在攻擊和故障情況下性能變化程度，從而指導(dǎo)我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)升級(jí)和運(yùn)行維護(hù)管理。目前通用的網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析與保障工作主要涉及網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)?，且只針?duì)少量的網(wǎng)絡(luò)鏈路和節(jié)點(diǎn)故障，通過觀察在有限數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障情況下，數(shù)據(jù)流量的變化，定位關(guān)鍵設(shè)備。
[0004]現(xiàn)有工作在物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎氯绾斡行Х治龃蠓秶鷧^(qū)域故障對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，尚未有可行的解決辦法。這主要是由于大范圍的區(qū)域故障具有很強(qiáng)的地理位置相關(guān)性，突發(fā)性和多故障特點(diǎn)。故障發(fā)生的位置，形狀和范圍均未知，而且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受故障的影響也難以預(yù)測(cè)。簡(jiǎn)單沿用傳統(tǒng)的在邏輯網(wǎng)絡(luò)上的分析方法，利用確定性的區(qū)域故障模型，將過度地簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的脆弱性分析，無法反映區(qū)域故障的重要特征，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)策略失效或網(wǎng)絡(luò)保護(hù)過投資。因此，需要設(shè)計(jì)有效的針對(duì)自然災(zāi)害等大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)及其工作方法，其通過網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)，可以評(píng)估通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)布線受自然災(zāi)害以及人為破壞等地理位置相關(guān)的區(qū)域故障的影響程度，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在區(qū)域故障情況下的統(tǒng)計(jì)行為特征，并利用物理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⒍ㄎ粚?duì)該網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障區(qū)域。
[0006]本發(fā)明提供了一種針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)，分析大規(guī)模區(qū)域故障對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的影響并定位對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障位置，其特征在于:該系統(tǒng)包括
[0007]區(qū)域故障模型，模擬真實(shí)世界的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括鏈路容量，節(jié)點(diǎn)和鏈路的地理位置信息，模擬常見的區(qū)域故障，如地震、颶風(fēng)等；
[0008]計(jì)算分析模塊，計(jì)算分析網(wǎng)絡(luò)鏈路被打斷的個(gè)數(shù)和容量，端到端節(jié)點(diǎn)對(duì)之間流量變化，端到端節(jié)點(diǎn)對(duì)主路徑和備份路徑同時(shí)被切斷的概率及其平均值；
[0009]Gn模塊，接收區(qū)域故障模型的參數(shù)輸入，如模型的選擇、變量值的設(shè)定并傳送至計(jì)算分析模塊，將計(jì)算分析結(jié)果即網(wǎng)絡(luò)中最脆弱的區(qū)域以可視化的方式標(biāo)注出來。
[0010]本發(fā)明還提供了一種針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其包括如下步驟:
[0011]I)首先模擬真實(shí)世界的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建區(qū)域故障模型，在該故障模型中，故障區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施會(huì)以一定的概率P被破壞，P越大表示該區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)越脆弱，而且被破壞的概率會(huì)隨著距離災(zāi)害中心遠(yuǎn)近以及所在災(zāi)害區(qū)域的面積的不同而變化；
[0012]2)根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)故障模型中的二維地理平面進(jìn)行剖分，形成一系列網(wǎng)格，視每個(gè)網(wǎng)格中區(qū)域性故障對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響相同，然后以每個(gè)網(wǎng)格為故障中心，以給定指標(biāo)Λ為衡量網(wǎng)絡(luò)性能的標(biāo)準(zhǔn)，首先計(jì)算區(qū)域故障發(fā)生在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的影響Λη，然后通過幾何概率的知識(shí)，利用如下公式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，
[0013]Δ =Σ n(area(n)/all area) Δη
[0014]其中area (η)表示第η個(gè)網(wǎng)格的面積，all area表示網(wǎng)絡(luò)部署的地理區(qū)域面積；
[0015]3)形成三個(gè)衡量網(wǎng)絡(luò)脆弱性的標(biāo)準(zhǔn)量:
[0016](I)斷連的鏈路容量，即DLC:區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，斷連的鏈路容量平均值。當(dāng)鏈路容量為單位值時(shí)，表示平均斷連的鏈路數(shù)；
[0017](2)點(diǎn)對(duì)之間減少的流量，即PTR:區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，指定節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的數(shù)據(jù)流量減少的平均值；
[0018](3)點(diǎn)對(duì)之間斷連的概率，即PDP:區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，指定節(jié)點(diǎn)對(duì)間工作路徑和保護(hù)路徑同時(shí)發(fā)生斷連的概率。
[0019]4)定位對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障區(qū)間的過程，具體為:依據(jù)上述計(jì)算出的三個(gè)衡量網(wǎng)絡(luò)脆弱性的標(biāo)準(zhǔn)量；將這些標(biāo)準(zhǔn)量從大到小排序，排在前面的對(duì)應(yīng)的小方格集合構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中最脆弱的區(qū)域。
`[0020]步驟I)所述的區(qū)域故障模型包括模擬地震的同心圓概率區(qū)域故障模型，以及模擬颶風(fēng)，拖網(wǎng)損害光纜的線段故障概率模型，其中:
[0021]所述同心圓概率區(qū)域故障模型的結(jié)構(gòu)為:
[0022](I)由M個(gè)半徑依次為m.r, m=l，…，M的同心圓劃分成M個(gè)圓環(huán)，中心的圓環(huán)同時(shí)也是圓，每一個(gè)圓環(huán)都是一個(gè)均勻的碟狀概率區(qū)域故障，其中r為節(jié)距；
[0023](2)在第m個(gè)碟狀同心環(huán)故障區(qū)域中，長(zhǎng)度為任意短δ的鏈路發(fā)生故障的概率為Qffl* I其中qm代表第m個(gè)區(qū)域的故障概率；
[0024](3)由于破壞程度隨著到源點(diǎn)距離的增大而減小，圓環(huán)中的參數(shù)q由里往外單調(diào)遞減,即qAq)…>q ；
[0025](4) 一條鏈路經(jīng)過同心圓概率區(qū)域故障的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，受破壞的概率也就越大，設(shè)經(jīng)過同心圓概率區(qū)域故障的鏈路長(zhǎng)度為1，它發(fā)生故障的概率P為:
[0026]p = l-丄
[0027]特別地，當(dāng)q=0時(shí)，p=0,代表沒有發(fā)生區(qū)域故障；當(dāng)q=+ 時(shí)，P=I,退化成確定性模型；
[0028]所述線段概率區(qū)域故障模型的結(jié)構(gòu)為:
[0029](I)被線狀區(qū)域故障切割的網(wǎng)絡(luò)部分將完全被破壞；
[0030](2)線狀區(qū)域故障的長(zhǎng)度2r是固定的，但是方向具有隨機(jī)性；
[0031](3)記線性故障的的長(zhǎng)度為2r，其中心點(diǎn)距鏈路的距離為X，鏈路法線與線性故障形成的夾角為α，假設(shè)線段概率區(qū)域故障的方向是均勻分布的，那么鏈路被打斷的概率P為
[0032]P = 2 a / Ji = (2/ τι) arccos (x/r)
[0033]步驟2)的具體過程為:
[0034]假設(shè)有E條邊的網(wǎng)絡(luò)被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，其計(jì)算過程如下:
[0035]St印1:以某一個(gè)網(wǎng)格作為區(qū)域故障中心，假設(shè)故障模型及其參數(shù)已經(jīng)被用戶設(shè)置好，計(jì)算每條邊受到該故障影響的概率，所有概率計(jì)算完成后，形成了 N*E的故障概率矩陣，設(shè)為failure_prob[] [], failure_prob [i] [j]表示以第i個(gè)網(wǎng)格為故障中心,第j條邊被破壞的概率；
[0036]Step2:以每個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)Λ為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算以任意一個(gè)網(wǎng)格為故障中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的影響。
[0037]步驟4)的具體過程為:
[0038](I)DLC的計(jì)算方法:首先計(jì)算故障區(qū)域內(nèi)的鏈路被打斷的概率，然后以該概率為權(quán)重，計(jì)算出鏈路容量的加權(quán)和。
[0039](2)PTR的計(jì)算方法:使用Suurballe算法尋找點(diǎn)對(duì)之間的所有邊不重復(fù)地路徑集，計(jì)算這些路徑集的鏈路容量的加權(quán)和。
[0040](3)PDP的計(jì)算方法:使用Suurballe算法尋找點(diǎn)對(duì)之間的兩條最短的邊不重復(fù)地路徑，計(jì)算這兩條路徑的鏈路容量的加權(quán)和。
[0041]所述Suurballe算法是用于尋找指定兩點(diǎn)之間的K條邊不重復(fù)且總長(zhǎng)最小的路徑集的經(jīng)典算法。
[0042]對(duì)所有網(wǎng)格，分別按DLC、PTR、PDP從大到小排序，選出前0.1%的網(wǎng)格作為最終的
結(jié)果，即網(wǎng)絡(luò)中的最脆弱區(qū)域。
[0043]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0044]本發(fā)明通過網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)，可以評(píng)估通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)布線受自然災(zāi)害以及人為破壞等地理位置相關(guān)的區(qū)域故障的影響程度，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在區(qū)域故障情況下的統(tǒng)計(jì)行為特征，包括平均故障鏈路容量，端到端的流量變化等性能。在此基礎(chǔ)上，該網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)利用物理網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ梢远ㄎ粚?duì)該網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障區(qū)域，進(jìn)而指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)提供了可視化的界面環(huán)境，可以明確地指明系統(tǒng)的脆弱性，幫助通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者和維護(hù)者未雨綢繆，構(gòu)建魯棒性更高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
[0045]相較于基于圖論的網(wǎng)絡(luò)脆弱性理論分析，網(wǎng)格劃分計(jì)算有著更廣泛地適應(yīng)性，在處理實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜拓?fù)渖细?jiǎn)單有效；相較于確定性區(qū)域故障模型，概率故障模型更好地模擬了物理破壞的特點(diǎn)，具有更高的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0046]圖1為物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。
[0047]圖2為M=3時(shí)同心圓概率區(qū)域故障模型圖。
[0048]圖3為線段概率區(qū)域故障模型圖。
[0049]圖4為網(wǎng)格剖分示意圖。
[0050]圖5為網(wǎng)格及網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0051]1.系統(tǒng)輸入
[0052]圖1表示網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的輸入為真實(shí)世界的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌皇蔷W(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)?。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中包括鏈路容量，節(jié)點(diǎn)和鏈路的地理位置坐標(biāo)信息。此外，分析系統(tǒng)還需要輸入考察的大面積區(qū)域性故障的大小和概率參數(shù)。例如對(duì)于模擬地震等自然災(zāi)害的同心圓概率區(qū)域故障模型，數(shù)據(jù)參數(shù)包括區(qū)域半徑和指定故障范圍內(nèi)的單位鏈路故障概率，該信息可以通過歷史數(shù)據(jù)獲得。對(duì)于模擬颶風(fēng)，拖網(wǎng)等自然和人為災(zāi)害的線段概率區(qū)域故障模型，數(shù)據(jù)參數(shù)為需要考察的線段長(zhǎng)度。
[0053]本發(fā)明衡量網(wǎng)絡(luò)脆弱性的標(biāo)準(zhǔn)量有三個(gè):
[0054](I).斷連的鏈路容量(Disrupted Link Capacity, DLC):區(qū)域故障發(fā)生時(shí),斷連的鏈路容量平均值。當(dāng)鏈路容量為單位值時(shí)，表示平均斷連的鏈路數(shù)。
[0055](2).點(diǎn)對(duì)之間減少的流量(Pairwise Traffic Reduction, PTR):區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，指定節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的數(shù)據(jù)流量減少的平均值。
[0056](3).點(diǎn)對(duì)之間斷連的概率(Pairwise Disconnection Probability, PDP):區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，指定節(jié)點(diǎn)對(duì)間工作路徑和保護(hù)路徑同時(shí)發(fā)生斷連的概率。
[0057]本發(fā)明主要包括以下三個(gè)組成部分:
[0058]a).區(qū)域故障模型
[0059]為了更準(zhǔn)確地模擬真實(shí)世界中的大范圍區(qū)域故障，本發(fā)明按照上述舉例設(shè)計(jì)了兩種概率區(qū)域故障模型一同心圓模型和線段模型，來分別模擬地震，洪水，拖網(wǎng)等自然災(zāi)害和人為破壞對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。在概率故障模型中，災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施會(huì)以一定的概率被破壞，而且被破壞的概率會(huì)隨著距離災(zāi)害中心遠(yuǎn)近以及所在災(zāi)害區(qū)域的面積的不同而變化。
[0060]所述同心圓概率區(qū)域故障模型如圖2所示，具有如下特征:
[0061](a).由M個(gè)半徑依次為m.r1, m=l,…，M的同心圓劃分成M個(gè)圓環(huán)(中心的圓環(huán)同時(shí)也是圓)，每一個(gè)圓環(huán)都是一個(gè)均勻的碟狀概率區(qū)域故障，其中r為節(jié)距。
[0062](b).在第m個(gè)碟狀同心環(huán)故障區(qū)域中，長(zhǎng)度為任意短δ的鏈路發(fā)生故障的概率為qm.δ，其中qm代表第m個(gè)區(qū)域的故障概率。
[0063](c).由于破壞程度隨著到源點(diǎn)距離的增大而減小，圓環(huán)中的參數(shù)qm由里往外單調(diào)遞減，即 ql>q2>*“>qM。
[0064](d).一條鏈路經(jīng)過同心圓概率區(qū)域故障的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，受破壞的概率也就越大。設(shè)經(jīng)過同心圓概率區(qū)域故障的鏈路長(zhǎng)度為1，它發(fā)生故障的概率P為:

[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)，分析大規(guī)模區(qū)域故障對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的影響并定位對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障位置，其特征在于:該系統(tǒng)包括 區(qū)域故障模型，模擬真實(shí)世界的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括鏈路容量，節(jié)點(diǎn)和鏈路的地理位置信息； 計(jì)算分析模塊，計(jì)算分析網(wǎng)絡(luò)鏈路被打斷的個(gè)數(shù)和容量，端到端節(jié)點(diǎn)對(duì)之間流量變化，端到端節(jié)點(diǎn)對(duì)主路徑和備份路徑同時(shí)被切斷的概率及其平均值； Gn模塊，接收區(qū)域故障模型的參數(shù)輸入，包括模型的選擇、變量值的設(shè)定并傳送至計(jì)算分析模塊，將計(jì)算分析結(jié)果即網(wǎng)絡(luò)中最脆弱的區(qū)域以可視化的方式標(biāo)注出來。
2.一種針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:其包括如下步驟: 1)首先模擬真實(shí)世界的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳?gòu)建區(qū)域故障模型，在該故障模型中，故障區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施會(huì)以一定的概率P被破壞，P越大表示該區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)越脆弱，而且被破壞的概率會(huì)隨著距離災(zāi)害中心遠(yuǎn)近以及所在災(zāi)害區(qū)域的面積的不同而變化； 2)根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)故障模型中的二維地理平面進(jìn)行剖分，形成一系列網(wǎng)格，視每個(gè)網(wǎng)格中區(qū)域性故障對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響相同，以每個(gè)網(wǎng)格為故障中心，以給定指標(biāo)Λ為衡量網(wǎng)絡(luò)性能的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算區(qū)域故障發(fā)生在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的影響Λη，然后通過幾何概率的知識(shí)，利用如下公式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，
Δ = Σ n(area(n)/all area) Δn 其中area(n)表示第n個(gè)網(wǎng)格的面積，all area表示網(wǎng)絡(luò)部署的地理區(qū)域面積； 3)形成三個(gè)衡量網(wǎng)絡(luò)脆弱性的標(biāo)準(zhǔn)量: (1)斷連的鏈路容量，即DLC:區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，斷連的鏈路容量平均值。當(dāng)鏈路容量為單位值時(shí)，表示平均斷連的鏈路數(shù)； (2)點(diǎn)對(duì)之間減少的流量，即PTR:區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，指定節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的數(shù)據(jù)流量減少的平均值； (3)點(diǎn)對(duì)之間斷連的概率，即rop:區(qū)域故障發(fā)生時(shí)，指定節(jié)點(diǎn)對(duì)間工作路徑和保護(hù)路徑同時(shí)發(fā)生斷連的概率。
3.如權(quán)利要求2所述的針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:該方法還包括步驟4)定位對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響最大的故障區(qū)間的過程，具體為:依據(jù)上述計(jì)算出的三個(gè)衡量網(wǎng)絡(luò)脆弱性的標(biāo)準(zhǔn)量；將這些標(biāo)準(zhǔn)量從大到小排序，排在前面的對(duì)應(yīng)的小方格集合構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中最脆弱的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2或3所述的針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:步驟I)所述的區(qū)域故障模型包括模擬地震的同心圓概率區(qū)域故障模型，以及模擬颶風(fēng)，拖網(wǎng)損害光纜的線段故障概率模型，其中: 所述同心圓概率區(qū)域故障模型的結(jié)構(gòu)為: (1)由M個(gè)半徑依次為m.r, m=l,…，M的同心圓劃分成M個(gè)圓環(huán)，中心的圓環(huán)同時(shí)也是圓，每一個(gè)圓環(huán)都是一個(gè)均勻的碟狀概率區(qū)域故障，其中r為節(jié)距； (2)在第m個(gè)碟狀同心環(huán)故障區(qū)域中，長(zhǎng)度為任意短δ的鏈路發(fā)生故障的概率為Qffl* I其中qm代表第m個(gè)區(qū)域的故障概率； (3)由于破壞程度隨著到源點(diǎn)距離的增大而減小，圓環(huán)中的參數(shù)q由里往外單調(diào)遞減，即 q1>q2...>q; (4)一條鏈路經(jīng)過同心圓概率區(qū)域故障的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，受破壞的概率也就越大，設(shè)經(jīng)過同心圓概率區(qū)域故障的鏈路長(zhǎng)度為1，它發(fā)生故障的概率P為:
5.如權(quán)利要求2或3所述的針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于步驟2)的具體過程為: 假設(shè)有E條邊的網(wǎng)絡(luò)被劃分為N個(gè)網(wǎng)格，其計(jì)算過程如下: Stepl:以某一個(gè)網(wǎng)格作為區(qū)域故障中心，假設(shè)故障模型及其參數(shù)已經(jīng)被用戶設(shè)置好，計(jì)算每條邊受到該故障影響的概率，所有概率計(jì)算完成后，形成了 N*E的故障概率矩陣，設(shè)為failure_prob[] [], failure_prob[i] [j]表示以第i個(gè)網(wǎng)格為故障中心,第j條邊被破壞的概率； Step2:以每個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)Δ為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算以任意一個(gè)網(wǎng)格為故障中心對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的影響。
6.如權(quán)利要求3所述的針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于步驟3)的具體過程為: (1)DLC的計(jì)算方法:首先計(jì)算故障區(qū)域內(nèi)的鏈路被打斷的概率，然后以該概率為權(quán)重，計(jì)算出鏈路容量的加權(quán)和； (2)PTR的計(jì)算方法:使用Suurballe算法尋找點(diǎn)對(duì)之間的所有邊不重復(fù)地路徑集，計(jì)算這些路徑集的鏈路容量的加權(quán)和； (3)PDP的計(jì)算方法:使用Suurballe算法尋找點(diǎn)對(duì)之間的兩條最短的邊不重復(fù)地路徑，計(jì)算這兩條路徑的鏈路容量的加權(quán)和； 所述Suurballe算法是用于尋找指定兩點(diǎn)之間的K條邊不重復(fù)且總長(zhǎng)最小的路徑集的經(jīng)典算法。
7.如權(quán)利要求6所述的針對(duì)大規(guī)模區(qū)域故障的通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于步驟4)的具體過程為:對(duì)所有網(wǎng)格，分別按DLC、PTR、PDP從大到小排序，選出前0.1%的網(wǎng)格作為最終的結(jié)果，即網(wǎng)絡(luò)中的最脆弱區(qū)域。
【文檔編號(hào)】H04L12/24GK103684864SQ201310675396
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】王曉亮, 鄧晨, 陸桑璐 申請(qǐng)人:南京大學(xué)