一种基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法与流程

本发明属于通信网络以及可靠性技术领域，具体涉及一种基于业务的通信网络可靠性试验剖面的构建方法。

背景技术：

可靠性试验是系统可靠性鉴定、定型或验证的必备手段，在可靠性试验中，剖面是其至关重要的环节，是区别于普通系统测试的重点，任务剖面是产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。剖面构建的合理性直接影响整个可靠性试验的结果及其可信程度。以往的通信网络剖面多凭借经验和直觉思维建立，缺乏严格和缜密的依据，科学性不强，难以保证其试验效果。目前有部分研究试图给出通信网络的可靠性试验剖面的构建方法。例如陈卫卫等试图从流量的角度构建网络的剖面体系，但是缺乏对网络外部环境的考虑(参考文献[1]:chen,weiwei,ninghuang,yuqingliu,yewang,andruikang."analysisandverificationofnetworkprofile."journalofsystemsengineeringandelectronics21,no.5(2010):784-790.)；谭齐等针对战术互联网分析其任务剖面的组成要素以及对任务阶段的划分，但并未没有给出剖面的具体构建方法(参考文献[2]：谭齐,姜永广,莫娴.军用通信网可靠性测试任务剖面研究[j].信息安全与通信保密,2010,(04):53-55.)。通信网络中的任务都是通过网络中的具体通信业务完成的，因此通信业务的部署情况直接影响网络可靠性。而现有的方法很少没有从业务的角度来构建网络可靠性的试验剖面。

业务描述了用户调用网络服务满足特定需求的过程，而网络服务是网络为用户提供的功能。基于业务能够构建科学合理的网络可靠性试验剖面，以保证试验效果。然而，目前基于业务构建网络试验剖面的研究缺少相关的理论方法支持。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决通信网络在进行可靠性试验过程中无法构建合理的试验剖面的问题，提出一种基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法。

一种基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法，包括如下步骤：

1、一种基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：明确网络的评估需求，并根据评估需求确定系统的任务想定。

步骤2：通过对任务想定的分析，明确网络任务，然后将任务进行分解明确任务阶段信息。通过各任务阶段信息可以得到完成任务这段时间内所经历的的事件和环境的时序描述，即可得到系统的任务剖面。

步骤3：针对每一个任务阶段，对其进行综合与分解，提炼出其中具体的通信业务、移动情况以及涉及环境。

步骤4：确定每一任务阶段的通信业务信息，并据此构建通信业务剖面。

步骤5；确定每一任务阶段的节点移动信息，并据此构建移动剖面。

步骤6：确定每一任务阶段的环境信息，并据此构建环境剖面。

步骤7：综合通信业务剖面、移动剖面以及环境剖面合成得到可以直接应用于试验的试验剖面。

通过上述步骤可以得到相应的通信业务剖面、移动剖面、环境剖面的三方面的具体信息，因此，对于网络系统的可靠性试验，我们仅需将不同的任务阶段的三方面的剖面信息进行时序合成即可得到系统的任务过程所需的可靠性试验剖面。

所述的步骤1中，明确网络的评估需求即要求理解该网络可靠性试验具体评估需求，包括该网络可靠性评估对象、试验目的、具体要求等等。只有明确了具体评估需求才能对下一步构建网络可靠性试验的任务剖面提供相应的规范和准则。任务想定描述的是为完成使命及相关任务必须参与的相关对象及对象间的关系，对象所具有的行为特性。从任务剖面的概念上出发，任务想定作为构建任务剖面的依据，应当对以下几个方面的内容做出描述：任务时间、任务区域、任务环境、任务编成、任务规划等等。

所述的步骤2中，将想定任务分解成不同的任务阶段，主要明确任务阶段的计划和实时情况，根据任务编成，确定各阶段网络系统的通信人数、环境信息、业务种类与移动信息等。最后构建的任务阶段是否合理，主要基于如下几个方面判断：(1)任务阶段是否具备典型性；(2)是否违背相关技术准则；(3)相关领域内专家的意见。如果不合理则继续进行此步骤，直到合理为止。

所述的步骤4中，在构通信建业务剖面时，要综合步骤4中得到的每一任务阶段的通信业务信息，进行综合后得到业务剖面信息表，主要包括业务类型、业务请求率、业务请求时间、业务请求间隔时间等信息。再通过业务类型、业务请求率、业务请求时间、业务请求间隔时间等信息来计算业务流量，计算时采用on/off模型来计算。on/off模型将网络中所有的数据源抽象为节点，假设每个节点只可能处于on状态或者off状态，且on、off状态严格交替。节点在on状态时以恒定速率产生数据，在off状态时不产生数据，这种数据源称为on/off源。假设有n个独立的数据源，每个数据源都是一个更新回报过程，具有独立同分布的on/off周期，xi(t)交替产生1或0，分别对应on或off状态。于是，n个数据包的叠加，合成流量为：

设定t为重整化的时间因子，则在[0，tt]时间间隔内叠加数据包后的过程为：

其中，sn(t)为n个数据包的叠加，合成流量；

xi(t)为每个数据源产生数据包的频率；

yn(tt)为在[0，tt]时间间隔内叠加数据包后的流量；

所述的步骤5中，构建移动剖面时，用户对网络的使用体现为网络节点的典型移动。根据具体的任务阶段，以及各阶段具体的约束条件，确定各个任务阶段通信网络整体的移动模式，针对通信网络其典型的移动模式有：随机移动、抛物线队列、冲锋队列和聚集队列等。根据整体网络的移动模式，来确定单个节点具体的移动信息，如单个节点的速度、方向、目的地等。二维正态云模型作为战术移动模式的生成算法，能有效描述典型战术移动模式的模糊性及随机性，从而能更加准确地评估无线移动网络的可靠性。节点i时刻t位置(xi(t),yi(t),μi(t))，通过二维正向正态云发生器的期望值、熵和超熵的不同设置，可得表征移动节点位置的n个云滴所组成的不同战术移动模式，具体如下：

在上式中(xi(t),yi(t),μi(t))为节点i在时刻t位置，(ex(t),ey(t))为期望为(enx(t),eny(t))，熵为的二维正态随机变量；(xi(t),yi(t))为期望为(ex(t),ey(t))，熵为的二维正态随机变量；μi(t)是(xi(t),yi(t))属于某论域程度的量度。根据参数(ex,ey,enx,eny,hex,hey,n)选择值的不同，由云模型产生随机队列、冲锋队列、线性队列、抛物线队列、聚合队列五种移动模式。

所述的步骤6中，构建环境剖面时，在传统试验剖面考虑温度、湿度和振动等环境因素的基础上要增加地形地貌以及电磁环境的考虑。具体实现方法为：将试验网络所在区域的地形数据导入opnet，即在opnet中创建一个的网络场景，然后导入试验区域的地形数据。

在场景中导入地形数据的具体操作为：首先，将网上下载到的地形数据文件通过转换器global_mapper12转化为dted格式；然后在opnet中依次点击菜单选项topology→terrain→specifyterraindatadirectory，在弹出的对话框点击browse(浏览)，选择所转换后的地形数据文件所存放的文件夹，format(文件类型)选择为dted，点击ok(确定)，将该区域的地图导入完成。把所创的场景拖到地形区域内，然后依次点击topology→terrain→setelevationmaps弹出下面的对话框。点击import，系统自动找到所输入区域的地图信息，直接点击两次ok。地图上会显示该区域的等高线图，等高线图有助于更直观地选择仿真区域。在导入了地形后，可以在地形建模模块tmm中选择传播模型如美国军方定制的tirem4模型，并对气候参数进行相应的设定，即可得环境剖面。

上述步骤7中，网络系统会有承载多任务的情况，针对这种情况，我们仍然主要借鉴gjb899a-2009中的相关规定，对系统在不同任务下的可靠性试验剖面进行合成，以得到多任务下的合成试验剖面。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)本发明提出的基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法，构建了包括业务剖面、移动剖面、环境剖面在内网络系统的可靠性试验剖面体系，并进一步提出了一套可靠性试验剖面的构建方法。本发明从业务的角度出发，能够比以往依靠经验建立出更科学合理的试验剖面。这是网络可靠性试验剖面构建方法上的突破，也是研究角度上的创新。

(2)本方法具有很好的实用性和可操作性，通过本发明方法可以在进行可靠性实验时构建合理的试验剖面，从而能够正确的施加试验应力，保证可靠性试验的结果及其可信程度。

附图说明

图1是本发明示例的网络场景图。

图2是基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法。

图3是本发明示例的任务剖面图。

图4是本发明示例的移动剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例中以图1所示的adhoc网络为例(参考文献[3]:杨晓军,王孝华.ad-hoc网络在c4isr系统中的应用[j].指挥信息系统与技术,2010,01(1):30-32.，阐述本发明方法的具体应用)。

图1以渤海区某次反恐任务为背景。总指挥中心收到反恐任务，指挥一个营级指挥中心，营级指挥中心派遣4个连队包围目标建筑物，实施控制恐怖分子任务。4个连队的任务要求：包围被恐怖分子控制的目标建筑物，然后控制目标建筑物，直到后方支援部队到达后解散。

本发明的基于业务的通信网络可靠性试验剖面构建方法，如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：明确网络的评估需求，并根据需求确定系统的任务想定。

具体包括如下步骤：

步骤1.1：明确网络评估需求：包括该网络可靠性评估对象以及试验目的。

本发明实施例中网络可靠性评估对象为军事移动通信网络，该网络有三个层次：地面战术网络、地面战术子网和单兵adhoc网络(参考文献[3]:杨晓军,王孝华.ad-hoc网络在c4isr系统中的应用[j].指挥信息系统与技术,2010,01(1):30-32.，阐述本发明方法的具体应用)，adhoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网(multi-hopnetwork)、无基础设施网(infrastructurelessnetwork)或自组织网(self-or-ganizingnetwork)。单兵adhoc网络是同一单元各单兵之间组成的平面adhoc网络，这些节点构成地面战术网络的底层。试验目的是测定在该情境下军事通信网络的可靠性。其网络能否保持连通且其传输能否满足需求直接影响军队的战斗力。因此，对该网络进行可靠性试验评估，保证其具有较高的可靠度具有重要的意义。

步骤1.2：确定系统的任务想定：包括具体的任务阶段，以及各任务阶段内完成的任务等。

该任务分为三个阶段。第一阶段，节点5将监控到的信息发送到节点6，节点6确认任务目标。此阶段持续15分钟。第二阶段，节点4接到上级命令，并传达给节点1、节点2和节点3。节点1、节点2、节点3和节点4根据命令指挥部队向目标行军。单兵可以获得广播信息并反映自身的位置、状态和距离信息，即态势感知(sa)信息。节点4可以获得上级的指挥控制(c2)信息，并将信息转发给节点1、节点2和节点3。节点1、节点2、节点3和节点4与旗下单兵进行通讯，单兵报告所在地情况，节点1、节点2、节点3和节点4根据情况传达指挥控制信息。单兵也可通过实时话音(hy)方式和节点1、节点2、节点3和节点4交流。节点、节点2、节点3和节点4为了配合任务，进行实时话音联络。为了报告现场状况，节点4与节点5、节点6之间进行实时话音。节点5、节点6通过实时话音，将任务传达给节点4，节点4再以同样形式将信息传达下去。该阶段持续1小时。第三阶段，节点4收到解散命令，将命令传达给节点1、节点2和节点3。节点1、节点2、节点3和节点4下达解散任务，并时刻听取上级指挥控制信息和实时话音信息。该阶段持续15分钟。根据以上信息总结得到各阶段的业务信息如表1所示。

表1业务信息流程

步骤2：通过对任务想定的分析与综合，得到系统的任务剖面，并对任务剖面进行分析，得到每个任务阶段内所完成的业务、经历的环境以及节点的移动方式等；

具体包括如下步骤：

步骤2.1：通过对任务想定的分析与综合，得到系统的任务剖面。

通过步骤1.2中对于任务想定的分析，我们可以知道该任务分为三个任务阶段，且每个阶段及其涉及的业务和持续时间都可以通过上述分析得到，所以可以得到如图3所示的任务剖面。

步骤2.2：对任务剖面进行分析，得到每个任务阶段内所完成的业务、经历的环境以及节点的移动方式等；

通过分析业务剖面以及任务想定，该任务分为三个阶段，第一个阶段持续15分钟，其中涉及的业务有传感信号业务以及指挥控制(c2)业务，该阶段未涉及网络节点的移动。第二个阶段持续1小时，其中涉及态势感知(sa)业务、指挥控制(c2)业务以及实时话音(hy)业务，而态势感知(sa)业务的上传业务每10秒更新一次，下行业务每5分钟更新一次；指挥控制(c2)业务的上下行业务都是60秒发送一次；实时话音(hy)业务的上下行业务都是30秒发送一次。该阶段涉及节点的移动，首先，所有单兵节点向目的地进发，此时采用线性队列，然后在距离目标建筑500米左右，采用抛物线队列对目标建筑物进行包围，在距建筑物200米时，采用聚集队列向建筑物聚集。第三阶段持续15分钟。涉及业务有指挥控制(c2)业务以及实时话音(hy)业务。该阶段未涉及移动。

步骤3：针对每一个任务阶段，对其进行综合与分解，提炼出其中具体的通信业务剖面、移动剖面以及环境剖面；

具体步骤如下：

步骤3.1：构建通信业务剖面：通过步骤2.1得到的任务剖面以及步骤2.2的分析可以知道各任务阶段所包含的业务以及时间等参数，根据这些参数来计算在任务过程中业务的流量。

流量在用户层表现为用户对不同业务的请求、请求的频率以及响应对象的文件大小。假设有n个独立的数据源，每个数据源都是一个更新回报过程，具有独立同分布的on/off周期，xi(t)交替产生1或0，分别对应on或off状态。于是n个数据包的叠加，合成流量为：

设定t为重整化的时间因子，则在[0，tt]时间间隔内叠加数据包后的过程为：

在这里以第二任务阶段中态势感知业务的上行业务为例，说明业务流量的计算方法：在态势感知业务中，单兵节点每隔10秒发送一次上传信息，定义单兵节点每次70字节/10秒。共传输1小时的时间，因此总字节数为：

70×1小时/10秒(字节)×84(单兵adhoc网络节点个数)

＝70×360(字节)×84＝2116800(字节)

其余业务的业务流量按照这个方法也可一次求得，则可得到如表2所示的通信业务剖面信息表。

表2通信业务剖面信息表

由上表即可得每个任务阶段涉及的业务类型、业务请求率、业务请求时间、业务请求间隔时间等信息。

步骤3.2：构建移动剖面：通过步骤2.2的分析可以知道在三个任务阶段中只有第二个任务阶段涉及节点的移动，且分别采用了线性队列、剖物线队列以及聚集队列，那么我们可以得到移动剖面如图4所示。

步骤3.3：构建环境剖面：由于案例设计是一个以渤海区反恐任务为背景的案例，所以需要将渤海区的地形数据导入opnet，opnet是当前业界领先的网络技术开发环境，可用于设计和研究通信网络、设备、协议和应用，即在opnet中创建一个的网络场景，然后导入渤海区的地形数据。

在场景中导入地形数据的具体操作为：首先，将网上下载到的地形数据文件通过转换器global_mapper12转化为dted格式；然后在opnet中依次点击菜单选项topology→terrain→specifyterraindatadirectory，在弹出的对话框点击browse(浏览)，选择所转换后的地形数据文件所存放的文件夹，format(文件类型)选择为dted，点击ok(确定)，将该区域的地图导入完成。把所创的场景拖到地形区域内，然后依次点击topology→terrain→setelevationmaps弹出下面的对话框。点击import，系统自动找到所输入区域的地图信息，直接点击两次ok。地图上会显示该区域的等高线图，等高线图有助于更直观地选择仿真区域。在导入了地形后，可以在地形建模模块tmm中选择传播模型如美国军方定制的tirem4模型，并对气候参数进行相应的设定。

此时对环境剖面的设置就已经完成。

步骤4：综合分析得到可以直接应用于试验的试验剖面。

通过步骤3已经得到试验所需的业务剖面、移动剖面以及环境剖面。将这三个剖面共同加载在网络中即构成了通信网络的试验剖面。

通过本发明方法，可以用来指导通信网络的试验剖面的构建。