大规模移动自组网抗毁性评估
Survivability Evaluation in Large-Scale Mobile Ad-Hoc Networks
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摘要: 1．本文的创新点
对近几年国内外相关工作的调查研究和发现后，我们发现：对于大规模移动自组网，目前缺乏完整的、具有普适性的抗毁性建模和评估方法。本文针对影响移动自组网抗毁性的各种因素进行抗毁性建模，利用连续时间马尔可夫链来精确地刻画大规模移动自组网的抗毁性，并首次引入可靠性理论对大规模移动自组网的抗毁性进行定量分析。
2．实现方法
随着移动自组网的应用领域不断扩大和发展速度不断加快，在网络遭受失效或攻击的情况下，对其性能的研究正在引起人们的极大关注。为了建立一个具有高度抗毁性的系统，有必要通过计算系统的抗毁性来评估其在处于不利情况下的服务的性能。因此，本文首先对现有的抗毁性定义、抗毁性评估方法进行分析和研究，分别指出了这些定义和评估方法的优缺点。
其次，根据Knight给出的抗毁性定义，针对影响移动自组网抗毁性的各种因素进行抗毁性建模，采用了一个4元组来刻画抗毁性规范；利用连续时间马尔可夫链来精确地刻画移动自组网的抗毁性；并提出一个更为全面的模型，以考虑多种故障类型和移动终端的连接状态。
最后，在对移动自组网抗毁性建模的基础上，引入可靠性理论以分段式路由(segment-by-segment routing, SSR)，基于分段式的多路径路由(segment-by-segment based multipath routing, SS-MPR)和基于多路径的分段式路由(multipath based segment-by-segment routing, MP-SSR)为例对大规模移动自组网的抗毁性进行分析和量化评估。
3．结论及未来待解决的问题
通过对大规模移动自组网中稳态的可用度、连通概率、平均失效节点数、系统平均寿命和可靠度进行数值验证，表明该模型是可行的。在今后的工作中，我们会考虑更多的评价指标，如安全性、稳定性、可扩展性，适应性等。由于分布式特性，移动自组网很容易遭受各种攻击，节点的恶意行为给移动自组网的抗毁性带来了新的挑战。因此，我们也将考虑如何评价恶意节点的攻击对抗毁性的影响。我们也将研究设计具有更好的抗毁性性能的路由协议。我们还要进行更全面的仿真实验模拟某些节点或链路故障，并测量实际的失效概率。
4．实用价值或应用前景
本论文的研究为设计抗毁路由的评估标准提供依据，以便设计出更安全、更可靠的路由协议；有利于提高移动自组网的抗毁性，从而使系统能提供更好的服务。本论文的研究也将带动网络抗毁性及相关问题的更为广泛的学术探讨和新技术的实际应用。Abstract: Survivability refers to the ability of a network system to fulfill critical services in a timely manner to end users in the presence of failures and/or attacks. In order to establish a highly survivable system, it is necessary to measure its survivability to evaluate the performance of the system's services under adverse conditions. According to survivability requirements of large-scale mobile ad-hoc networks (MANETs), we propose a novel model for quantitative evaluation on survivability. The proposed model considers various types of faults and connection states of mobile hosts, and uses the continuous time Markov chain (CTMC) to describe the survivability of MANETs in a precise manner. We introduce the reliability theory to perform quantitative analysis and survivability evaluation of segment-by-segment routing (SSR), multipath-based segment-by-segment routing (MP-SSR), and segment-by-segment-based multipath routing (SS-MPR) in large-scale MANETs. The proposed model can be used to analyze the network performance much more easily than a simulation-based approach. Numerical validation shows that the proposed model can be used to obtain a better evaluation result on the survivability of large-scale MANETs.
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