[发明专利]一种保持网络性能可靠度的网络简化方法

权利要求书

1.一种保持网络性能可靠度的网络简化方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：建立基于马尔科夫奖励模型的网络性能模型，确定网络性能指标；

首先建立节点的连续时间马尔科夫链模型；节点CTMC模型考虑节点的状态空间，每个节点视为一个独立的M/M/1/n_i排队模型，节点的数据包达到服从泊松分布，服务时间服从指数分布，共有n_i个存储空间；将节点中数据包个数不同看作节点不同的状态，把所有网络中可能出现的状态全部列出，并确定了各个状态间转换的概率；接着建立基于马尔科夫奖励模型的网络性能模型，即在连续时间马尔科夫链的状态空间的基础上，通过赋予系统每个状态不同的奖励值，将网络中单节点连续时间马尔科夫链模型结合起来，计算网络的性能度量：平均到达数据包总时延；

步骤二：蒙特卡洛仿真方法评估网络性能可靠度；

首先假设网络中节点容量有限，链路存在一定的故障概率，以无故障网络时延为阈值，对边和节点的状态进行随机抽样，接着由步骤一的平均到达数据包总时延计算网络时延，将网络时延与阈值进行比较判断是否出现故障，多次仿真后的统计结果得到基于时延的网络性能可靠度；

步骤三：保持连通可靠性的图变化简化方法的基础上，针对网络性能可靠度不变进行网络简化；

首先根据网络的邻接矩阵，路由矩阵，边可靠度矩阵，以及节点的容量和节点服务率，判断网络是否可以简化；接着依次找到网络中的度一节点，度二节点和平行边，基于时延进行度一简化，度二简化和并联简化直至网络不能再简化；

步骤四：利用提出的性能可靠性评估方法进行仿真验证；

利用步骤三提出的简化方法对网络进行简化，然后计算网络的性能可靠度；利用步骤二中仿真方法对网络的性能可靠度进行仿真；对比上述两个可靠度值来验证网络简化方法对保持该网络的性能可靠度的有效性；

其中，所述的步骤三具体实现方法为：

首先判断网络是否存在度一节点，度二节点和并联结构，若存在，则网络可以简化；对于度为一的节点，如果不为起始点s或者终点d，显然与其相连地链路的路由概率r＝0，流量到达率Γ＝0；此时，直接删除度一节点与相关边，对网络性能没有影响，如果度一节点为起始点或者终点，该节点可视为度二节点，则按照基于时延的度二缩减原则进行简化；

删除度二节点将导致网络解析计算的时延值变化；需要改变路由矩阵，还需改变相应节点的存储空间n和服务率μ，由于精确求解的复杂性采用近似处理，故节点的存储空间和服务率在简化网络后按照如下规则：

n′₃＝n₃+n₂/(k₃-k_ariv₃+1) (8)

μ′₃＝μ₃-μ₂/n₂-ln(k₃-k_ariv₃+1) (9)

其中k₃为度二节点相邻节点的度数，k_ariv₃为路由矩阵中流量流入该节点的边数，n₂为度二节点的存储空间，μ₂为度二节点的服务率；

对于并联缩减只删除边，而没有改动网络中的节点，因此只需相对地改变链路的路由概率，节点1和2之间有两条边，路由概率分别为r(a)和r(b)，将此结构缩减为一条路由概率为r₁₂＝r(a)+r(b)的边，简化前后有关节点的流量与性能参数不变；按照上述规则进行网络简化直至网络中不存在度一，度二节点和并联结构。