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一种低开销高准确度的Ad hoc网络故障诊断技术

富士通研究开发中心有限公司

2014-08-28

富士通研究开发中心有限公司(1)与株式会社富士通研究所(2)开发了一种低开销、高准确度的Ad hoc网络故障诊断技术,此技术相对于已有的技术,大大降低了故障诊断开销,提高了诊断准确度,同时大幅减少了对网络中正常业务的影响。

详细技术发表于2014年8月4~8日在塞浦路斯尼科西亚召开的第10届国际无线通信和移动计算大会(The 10th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference, IWCMC 2014)。

【 开发背景 】

Ad hoc网络是一种通过多跳的方式点对点连接的无线网络。它具有很强的自组织特性,被广泛应用于工业、环境、医疗、农业等领域。但是,由于供电、无线信道等不稳定因素的影响,Ad hoc网络更容易发生故障,如链路故障、节点故障。这些故障的频繁发生造成网络维护困难、成本上升。故障诊断技术能够为网络维护提供决策信息,已经成为Ad hoc网络不可或缺的技术之一。

现有的专门应用于Ad hoc网络的故障诊断技术中,基于“探测包”的技术难以区分链路故障和节点故障;“中心式”技术诊断开销大;“分布式”技术由于其完全本地化的特性,难以控制故障诊断过程的数量,造成开销大、诊断准确度低和对网络正常业务(如定周期发送的数据包)影响大等问题。为了解决这些问题,我们应用退避策略控制诊断过程的数量,并提出了一系列提高诊断准确度的策略。

【 课题 】

传统的Ad hoc网络故障诊断技术,故障诊断过程完全本地触发,难以对其数量进行控制,产生大量冗余的诊断,存在以下问题:

1)诊断开销大,浪费严重;

2)诊断包互相碰撞,丢包严重,造成漏报率上升;

3)诊断包和数据包相互碰撞,对网络正常业务造成影响。

因此,我们开发了一种高效的Ad hoc网络故障诊断技术,能够以极低的开销准确地对网络中的故障做出诊断并报告给GW,并能够大大降低对网络中正常业务的影响。

【 我们开发的技术 】

我们开发的Ad hoc网络故障诊断技术包含两个方面:基于退避策略的诊断树根节点降低和诊断准确度增强。

如图1所示,将被怀疑节点的通信范围(圆盘模型)划分为两个区域,第一个区域为一个圆盘(图中红色区域),其半径为被怀疑节点通信半径的一半;第二个区域为通信范围的剩余圆环部分(图中蓝色部分)。位于不同区域的邻居节点产生不同的退避时间,其分布如图2所示。在第一区域的邻居节点分配较小的退避时间(t1到t2之间),而在第二区域的邻居节点分配较大的退避时间(t3到t4之间)。当故障发生时,位于第一区域的某个节点会首先结束退避,发起诊断树,位于该区域的其它节点会立即收到来自该节点的诊断消息,加入诊断过程并停止触发新的诊断过程;诊断消息经过多跳传输后到达位于第二区域的节点处,t2与t3间的间隔保证了在这些节点收到诊断消息前,它们的退避还没有结束。应用此技术,诊断树根节点数量将大大降低。

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图1 被怀疑节点通信范围划分示意图
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图2 位于不同区域的节点退避时间分布

准确度增强技术包含两个方面:

1) 在诊断树中,当父节点接收到子节点的诊断证据时,如果它已经向其父节点发送了融合后的诊断证据,则需要重新融合新的证据并再次发送;而当根节点已经得到了诊断结果又接收到了来自其子节点的新诊断证据时,则需要再次融合得出新的结果;

2) 诊断结果按照其包含的故障个数多次发送给GW。

【 效果 】

如图3所示,与传统的故障诊断技术LD2(3)技术相比较,我们的技术

(1)大幅降低诊断开销,当8个节点上有10%的链路故障时,可节省50%的开销,当有8个故障节点时,诊断开销仅为LD2的2.3%;

(2)提高了诊断准确度,当8个节点上有10%的链路故障时,漏报率仅为LD2的1/4,节点故障时漏报率为0;

(3)对数据包传输的影响大幅降低,在8个节点上有10%的链路故障情况下,收包率仍能保持在94%以上,在节点故障时,收包率也并不随故障节点数的上升而迅速下降。

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图3 故障诊断技术对比仿真结果

【 今后的工作 】

我们预计将使用该Ad hoc网络故障诊断技术在M2M业务中,根据业务需求,进一步提高诊断的精度和应付复杂故障场景的能力。


  • [1] 富士通研究开发中心有限公司:

    董事长 佐佐木繁。总公司地址:中国北京市。

  • [2] 株式会社富士通研究所:

    株式会社富士通研究所:代表取缔役社长 佐相秀幸、本社 神奈川县川崎市。

  • [3] 一种低开销高准确度的Ad hoc网络故障诊断技术

    Q. Ma, K. Liu, X. Miao, and Y. Liu. Sherlock is around: detecting network failures with local evidence fusion. In Proceedings of IEEE INFOCOM, Orlando, USA, 2012, pp.792-800.

关于Fujitsu(富士通)集团

Fujitsu(富士通)是世界领先的日本信息通信技术(ICT)企业,提供全方位的技术产品、解决方案和服务。在全球拥有约162,000名员工,客户 遍布世界100多个国家。我们凭借在ICT领域的丰富经验和实力,致力于与客户携手共创美好的未来社会。富士通集团(东京证券交易所上市代码:6702) 截至2014年3月31日财政年度的合并收益为4.8兆日元(460亿美元)。
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富士通研究开发中心有限公司

富士通研究开发中心有限公司是日本富士通株式会社投资440万美元在中国境内设立的第一家独资法人研发机构。公司的研究领域覆盖了富士通株式会社的所有业务范围,即信息处理、通信、半导体和软件服务4大领域。
公司成立于1998年2月,公司的经营范围涉及多媒体系统的硬件、软件、半导体元器件与材料的技术开发和技术转让,提供相关的技术服务与咨询。
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通信技术研究部

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公司:富士通研究开发中心有限公司

新闻ID: 2014-08-28
日期: 2014-08-28
公司: 富士通研究开发中心有限公司