本發(fā)明涉及一種車聯(lián)網(wǎng)鏈路生存性評(píng)估方法，屬于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)（v2v網(wǎng)絡(luò)）連通性是車輛保持安全行駛重要因素之一，由于車聯(lián)網(wǎng)通信鏈路的無線特性和快速移動(dòng)性，所以它容易受到黑客的攻擊或信道衰落，前者會(huì)造成虛假或錯(cuò)誤道路交通信息從惡意車輛節(jié)點(diǎn)向其他正常車輛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳播，后者會(huì)造成車與車之間車輛的通信中斷，這兩種因素都可能引起嚴(yán)重的交通安全問題。因此怎樣確保車聯(lián)網(wǎng)鏈路的安全性是當(dāng)下重要的研究熱點(diǎn)。

生存性研究是車聯(lián)網(wǎng)鏈路安全性的一個(gè)重要的度量，它反映了車聯(lián)網(wǎng)鏈路在遭受到各種異常事件（如惡意攻擊、網(wǎng)絡(luò)故障、自然災(zāi)害等）后依然能夠繼續(xù)完成其通信任務(wù)的能力。在以往的研究文獻(xiàn)中出現(xiàn)了各種不同的生存性評(píng)估方法，他們分別應(yīng)用在無線自組織網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)模移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)以及車輛自組織網(wǎng)，但是這些研究方法都是通過數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)近似值的仿真分析，其計(jì)算量大，花費(fèi)時(shí)間長，而且數(shù)值分析能力比較弱，不能從多個(gè)角度進(jìn)行精確計(jì)算和分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提出了一種基于概率模型檢測(cè)方法的車聯(lián)網(wǎng)鏈路生存性評(píng)估方法，該方法在車聯(lián)網(wǎng)通信鏈路生存性分析上能夠提供了一個(gè)嚴(yán)格的形式化模型，能夠分析模型中的所有可能的隨機(jī)行為。

本發(fā)明提出的車聯(lián)網(wǎng)鏈路生存性評(píng)估方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)鏈路構(gòu)建連續(xù)馬爾可夫鏈模型，該模型包含以下參數(shù)：車輛的故障數(shù)n，節(jié)點(diǎn)故障f1的故障強(qiáng)度λ1，鏈路故障f2的故障強(qiáng)度λ2，節(jié)點(diǎn)故障f1的修復(fù)率μ1，鏈路故障f2的修復(fù)率μ2；其中，故障強(qiáng)度是指：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率；修復(fù)率是指：單位時(shí)間內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)鏈路可被修復(fù)的概率；

步驟2：在概率模型檢測(cè)軟件中對(duì)步驟1中構(gòu)建的連續(xù)馬爾可夫鏈模型進(jìn)行可識(shí)別描述，用連續(xù)時(shí)間隨機(jī)邏輯公式定義與生存性相關(guān)的兩種屬性，分別為發(fā)生故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最大概率pmax和發(fā)生故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最小概率pmin；

公式1:pmax=[trueu≤t{max}]

true表示為真，u表示在一直運(yùn)行直到指定的時(shí)間，t是指在一定的時(shí)間范圍，公式1表示在t時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)遭受到破壞的最大概率；

公式2:pmin=[trueu≤t{min}]

true表示為真，u表示在一直運(yùn)行直到指定的時(shí)間，t是指在一定的時(shí)間范圍，公式2表示在t時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)遭受到破壞的最小概率；

步驟3：在概率模型檢測(cè)軟件中設(shè)置車聯(lián)網(wǎng)鏈路中的車輛數(shù)n，設(shè)置節(jié)點(diǎn)故障f1的故障強(qiáng)度λ1和節(jié)點(diǎn)故障f1的修復(fù)率μ1，使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)故障的最大概率pmax進(jìn)行分析并輸出分析圖；設(shè)置鏈路故障f2的故障強(qiáng)度λ2、和鏈路故障f2的修復(fù)率μ2，使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)鏈路故障的最大概率pmax進(jìn)行分析并輸出最大概率分析圖，鏈路故障分析時(shí)，鏈路數(shù)為2n-1；

步驟4：觀察步驟3中獲得的節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障下的最大概率分析圖，找出故障強(qiáng)度上限值，當(dāng)任意故障強(qiáng)度達(dá)到該上限值，車聯(lián)網(wǎng)鏈路不可被修復(fù)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性為0；

步驟5：在概率模型檢測(cè)軟件中設(shè)置車聯(lián)網(wǎng)鏈路中的車輛數(shù)n，設(shè)置節(jié)點(diǎn)故障f1的故障強(qiáng)度λ1和節(jié)點(diǎn)故障f1的修復(fù)率μ1，使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)故障的最小概率pmin進(jìn)行分析并輸出分析圖；設(shè)置鏈路故障f2的故障強(qiáng)度λ2、和鏈路故障f2的修復(fù)率μ2，使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)鏈路故障的最小概率pmin進(jìn)行分析并輸出最小概率分析圖，鏈路故障分析時(shí)，鏈路數(shù)為2n-1；

步驟6：觀察步驟5中獲得的節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障下的最小概率分析圖，找出故障強(qiáng)度安全值，當(dāng)任意故障強(qiáng)度不大于該安全值時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路不可被破壞，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性較高；

步驟7：根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)鏈路的運(yùn)行狀況，計(jì)算綜合故障強(qiáng)度λ=λ1+λ2，若λ大于或等于故障強(qiáng)度上限值，則車聯(lián)網(wǎng)鏈路不可修復(fù)；若λ不超過故障強(qiáng)度安全值，則車聯(lián)網(wǎng)鏈路的故障可被修復(fù)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性較高；若λ介于故障強(qiáng)度上限值與故障強(qiáng)度安全值，則通過提高修復(fù)率進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)鏈路修復(fù)，提高車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性。

本發(fā)明根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)的通信鏈路結(jié)構(gòu)建立了連續(xù)的馬爾可夫鏈模型，并在此模型中考慮了兩種故障類型，一個(gè)是節(jié)點(diǎn)故障，另一個(gè)是鏈路故障，它們分別是由于惡意節(jié)點(diǎn)攻擊和通信中斷造成的，分析在這兩種故障發(fā)生情況下對(duì)車聯(lián)網(wǎng)鏈路生存性的影響情況。本發(fā)明在prism模型檢測(cè)工具中對(duì)注入故障機(jī)制的馬爾可夫鏈模型進(jìn)行了系統(tǒng)描述，然后用連續(xù)隨機(jī)邏輯（csl）公式對(duì)定義了相關(guān)的生存性屬性，在概率模型檢測(cè)方法下對(duì)模型產(chǎn)生的所有狀態(tài)進(jìn)行分析并輸出分析圖，最后觀察分析圖，獲得對(duì)現(xiàn)實(shí)具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。實(shí)踐表明，本發(fā)明概率模型檢測(cè)研究方法在車聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)生存性分析上具有簡單高效的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為發(fā)生節(jié)點(diǎn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最大概率隨著時(shí)間的變化圖。

圖2為發(fā)生鏈路故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最大概率隨著時(shí)間的變化圖。

圖3為發(fā)生節(jié)點(diǎn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最小概率隨著時(shí)間的變化圖。

圖4為發(fā)生鏈路故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最小概率隨著時(shí)間的變化圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

車聯(lián)網(wǎng)鏈路生存性評(píng)估方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)鏈路構(gòu)建連續(xù)馬爾可夫鏈模型，該模型包含以下參數(shù)：車輛的故障數(shù)n，節(jié)點(diǎn)故障f1的故障強(qiáng)度λ1，鏈路故障f2的故障強(qiáng)度λ2，節(jié)點(diǎn)故障f1的修復(fù)率μ1，鏈路故障f2的修復(fù)率μ2；其中，故障強(qiáng)度是指：單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率；修復(fù)率是指：單位時(shí)間內(nèi)車聯(lián)網(wǎng)鏈路可被修復(fù)的概率。

步驟2：在概率模型檢測(cè)軟件（prism，prism是由牛津大學(xué)的martakwiatkowska教授主導(dǎo)開發(fā)的一款面向?qū)W術(shù)界可免費(fèi)使用的概率模型檢測(cè)工具）中對(duì)步驟1中構(gòu)建的連續(xù)馬爾可夫鏈模型進(jìn)行可識(shí)別描述，用連續(xù)時(shí)間隨機(jī)邏輯公式定義與生存性相關(guān)的兩種屬性，分別為發(fā)生故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最大概率pmax和發(fā)生故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的最小概率pmin；

公式1:pmax=[trueu≤t{max}]

true表示為真，u表示在一直運(yùn)行直到指定的時(shí)間，t是指在一定的時(shí)間范圍，公式1表示在t時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)遭受到破壞的最大概率；

公式2:pmin=[trueu≤t{min}]

true表示為真，u表示在一直運(yùn)行直到指定的時(shí)間，t是指在一定的時(shí)間范圍，公式2表示在t時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)遭受到破壞的最小概率。

步驟3：在概率模型檢測(cè)軟件（prism）中設(shè)置車聯(lián)網(wǎng)鏈路中的車輛數(shù)n（本例中n設(shè)置為100），設(shè)置節(jié)點(diǎn)故障f1的故障強(qiáng)度λ1（分別設(shè)置0.1、0.3、0.6）和節(jié)點(diǎn)故障f1的修復(fù)率μ1（設(shè)置為0.5），使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)故障的最大概率pmax進(jìn)行分析并輸出分析圖（如圖1所示）；設(shè)置鏈路故障f2的故障強(qiáng)度λ2（分別設(shè)置0.1、0.3、0.6）、和鏈路故障f2的修復(fù)率μ2（分別設(shè)置為0.05、0.2），使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)鏈路故障的最大概率pmax進(jìn)行分析并輸出最大概率分析圖（如圖2所示），鏈路故障分析時(shí)，鏈路數(shù)為198。

步驟4：觀察步驟3中獲得的節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障下的最大概率分析圖，找出故障強(qiáng)度上限值。從圖1和圖2中可以看出，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到0.3時(shí)，不論修復(fù)強(qiáng)度是多高，最終車聯(lián)網(wǎng)鏈路還是遭到了破壞。因此，故障強(qiáng)度上限值可以取0.3。當(dāng)任意故障強(qiáng)度達(dá)到該上限值，車聯(lián)網(wǎng)鏈路不可被修復(fù)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性為0。從圖中也可以看出，隨著故障強(qiáng)度的增大，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性越低，對(duì)于相同的故障強(qiáng)度下，修復(fù)率越高車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性越大。

步驟5：在概率模型檢測(cè)軟件（prism）中設(shè)置車聯(lián)網(wǎng)鏈路中的車輛數(shù)n（本例中n設(shè)置為100），設(shè)置節(jié)點(diǎn)故障f1的故障強(qiáng)度λ1（分別設(shè)置0.1、0.3、0.6）和節(jié)點(diǎn)故障f1的修復(fù)率μ1（設(shè)置為0.5），使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)故障的最小概率pmin進(jìn)行分析并輸出分析圖（如圖3所示）；設(shè)置鏈路故障f2的故障強(qiáng)度λ2（分別設(shè)置0.1、0.3、0.6）、和鏈路故障f2的修復(fù)率μ2（分別設(shè)置為0.05、0.2），使用概率模型檢測(cè)軟件對(duì)鏈路故障的最小概率pmin進(jìn)行分析并輸出最小概率分析圖（如圖4所示），鏈路故障分析時(shí)，鏈路數(shù)為198。

步驟6：觀察步驟5中獲得的節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障下的最小概率分析圖，找出故障強(qiáng)度安全值。從圖3、圖4中可以看出，當(dāng)故障強(qiáng)度達(dá)到0.1時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性較高，在觀察時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)被破壞的概率較低。因此，故障強(qiáng)度安全值可取0.1，當(dāng)任意故障強(qiáng)度不大于該安全值時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路不可被破壞，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性較高。

步驟7：根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)鏈路的運(yùn)行狀況，計(jì)算綜合故障強(qiáng)度（節(jié)點(diǎn)故障強(qiáng)度與鏈路故障強(qiáng)度之和）λ=λ1+λ2，若λ大于或等于故障強(qiáng)度上限值，則車聯(lián)網(wǎng)鏈路不可修復(fù)；若λ不超過故障強(qiáng)度安全值，則車聯(lián)網(wǎng)鏈路的故障可被修復(fù)，車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性較高，此時(shí)采用較低的修復(fù)率即可保證車聯(lián)網(wǎng)的安全運(yùn)行；若λ介于故障強(qiáng)度上限值與故障強(qiáng)度安全值，則通過提高修復(fù)率進(jìn)行車聯(lián)網(wǎng)鏈路修復(fù)，提高車聯(lián)網(wǎng)鏈路的生存性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于上述實(shí)施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理的前提下進(jìn)行的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。