本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動(dòng)態(tài)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

目前，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由于在現(xiàn)代軍事和民用通信中得到了廣泛應(yīng)用，具有無(wú)需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、可快速展開(kāi)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可隨意移動(dòng)和能以任意方式相互通信等特點(diǎn)。作為對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全可靠性影響最大的因素之一，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別是一項(xiàng)基礎(chǔ)性而又非常有意義的研究工作，很多文獻(xiàn)提出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法只是針對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)并不具有很好的適應(yīng)性。中介性方法雖然能夠準(zhǔn)確把握網(wǎng)絡(luò)的整體拓?fù)湫畔?，?duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別具有較好的效果，但是其算法的時(shí)間復(fù)雜度比較高，對(duì)于大規(guī)模Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)并不適用。半局部中心度法雖然能夠快速識(shí)別出大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，但并不能準(zhǔn)確給出網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)刪除法雖然能夠快速的識(shí)別出大規(guī)模Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，但識(shí)別出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)因?yàn)閿?shù)目太多而無(wú)法區(qū)分關(guān)鍵性。節(jié)點(diǎn)收縮的方法能夠通過(guò)衡量節(jié)點(diǎn)收縮后網(wǎng)絡(luò)凝聚度來(lái)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，但多個(gè)節(jié)點(diǎn)收縮后網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同時(shí)，節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵性就難以區(qū)分。全局關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法是利用網(wǎng)絡(luò)的整體拓?fù)湫畔?lái)進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別，但其利用的拓?fù)湫畔⒘看?，?dǎo)致算法復(fù)雜度過(guò)高而不能適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)或動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種動(dòng)態(tài)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，解決現(xiàn)有算法中存在的難以給出網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、對(duì)識(shí)別出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)無(wú)法區(qū)分關(guān)鍵性、不適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)或動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別等方面的問(wèn)題，進(jìn)一步提高Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的識(shí)別效率，提高Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種動(dòng)態(tài)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，包括以下步驟：

A.構(gòu)建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)模型；

設(shè)：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由n個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)用G＝(V,L)表示，其中V＝{v₁,v₂,…,v_n}是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合，L＝{l₁,l₂,…,l_m|l_k＝(v_i,v_j)}是所有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間鏈路的集合，且Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間執(zhí)行相同的通信協(xié)議；

則有：

B.定義Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性；

設(shè)：ICC表示Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短距離倒數(shù)之和為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性，d_ij表示節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j的最短距離；

則有：

C.綜合考慮節(jié)點(diǎn)刪除法和網(wǎng)絡(luò)連通性，定義節(jié)點(diǎn)刪除后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性；

設(shè)：節(jié)點(diǎn)v_i刪除后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性仍然包含節(jié)點(diǎn)v_i到最其它節(jié)點(diǎn)的最短距離，刪除的只是節(jié)點(diǎn)v_i和其它所有節(jié)點(diǎn)之間的鏈路，節(jié)點(diǎn)刪除前后總的節(jié)點(diǎn)數(shù)不變，IC(i)表示節(jié)點(diǎn)v_i刪除后網(wǎng)絡(luò)的連通性；

則有：

D.根據(jù)步驟B中節(jié)點(diǎn)刪除前后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性，定義Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵程度；

設(shè)：RC(i)表示節(jié)點(diǎn)v_i的關(guān)鍵程度，節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵程度越大，表示其關(guān)鍵性越強(qiáng)；

則有：

E.動(dòng)態(tài)識(shí)別Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；

E1.由Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣A計(jì)算節(jié)點(diǎn)間最短距離D；

E2.計(jì)算Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性ICC；

E3.計(jì)算節(jié)點(diǎn)刪除后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性IC(i)；

E4.計(jì)算Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵性RC(i)，識(shí)別Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；

E5.檢測(cè)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溧徑泳仃嘊，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)識(shí)別Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

更進(jìn)一步地，所述步驟E1中，由Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣A計(jì)算節(jié)點(diǎn)間最短距離D的步驟為：

設(shè)：B＝(b_ij)_n×n為鄰接矩陣A的μ次冪，B＝A^μ，μ為正整數(shù)，節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j之間的最短距離為d_ij＝k，x為節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j之間的最短路徑數(shù)；

則：b_ij有以下性質(zhì)：

由b_ij的性質(zhì)可以看出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間的最短距離k未知時(shí)，μ從1開(kāi)始向上遍歷，若找到第一個(gè)μ遍歷的值λ，使得當(dāng)A^λ＝(b_ij)_n×n時(shí)，b_ij＝0，當(dāng)A^λ+1＝(b_ij)_n×n時(shí)，b_ij>0，那么節(jié)點(diǎn)間的最短距離k＝λ+1。

本發(fā)明首先根據(jù)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)信息傳播特點(diǎn)，給出Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通性定義，其次提出一種新的最短距離計(jì)算方法求解網(wǎng)絡(luò)連通性，達(dá)到降低算法時(shí)間復(fù)雜度的目的，最后根據(jù)節(jié)點(diǎn)刪除后對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性造成的破壞程度對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)鍵性排序。本發(fā)明比傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)收縮法和半局部中心度法具有更好的識(shí)別效果，比中介性方法時(shí)間復(fù)雜度低且能夠適應(yīng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性，解決了現(xiàn)有算法存在的難以給出網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、對(duì)識(shí)別出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)無(wú)法區(qū)分關(guān)鍵性、不適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)或動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別等方面的問(wèn)題，進(jìn)一步提高了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的識(shí)別效率，提高了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法流程圖；

圖2為本發(fā)明小規(guī)模Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；

圖3為本發(fā)明第一個(gè)時(shí)間步的拓?fù)鋱D；

圖4為本發(fā)明第二個(gè)時(shí)間步的拓?fù)鋱D；

圖5為本發(fā)明第三個(gè)時(shí)間步的拓?fù)鋱D；

圖6為本發(fā)明第四個(gè)時(shí)間步的拓?fù)鋱D；

圖7為本發(fā)明第五個(gè)時(shí)間步的拓?fù)鋱D；

圖8為本發(fā)明第六個(gè)時(shí)間步的拓?fù)鋱D。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：參見(jiàn)圖1至圖8，一種動(dòng)態(tài)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，包括以下步驟：

A.構(gòu)建Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)模型；

設(shè)：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由n個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)用G＝(V,L)表示，其中V＝{v₁,v₂,…,v_n}是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的集合，L＝{l₁,l₂,…,l_m|l_k＝(v_i,v_j)}是所有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間鏈路的集合，且Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間執(zhí)行相同的通信協(xié)議；

則有：

B.定義Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性；

設(shè)：ICC表示Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短距離倒數(shù)之和為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性，d_ij表示節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j的最短距離；

則有：

C.綜合考慮節(jié)點(diǎn)刪除法和網(wǎng)絡(luò)連通性，定義節(jié)點(diǎn)刪除后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性；

設(shè)：節(jié)點(diǎn)v_i刪除后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性仍然包含節(jié)點(diǎn)v_i到最其它節(jié)點(diǎn)的最短距離，刪除的只是節(jié)點(diǎn)v_i和其它所有節(jié)點(diǎn)之間的鏈路，節(jié)點(diǎn)刪除前后總的節(jié)點(diǎn)數(shù)不變，IC(i)表示節(jié)點(diǎn)v_i刪除后網(wǎng)絡(luò)的連通性；

則有：

D.根據(jù)步驟B中節(jié)點(diǎn)刪除前后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性，定義Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵程度；

設(shè)：RC(i)表示節(jié)點(diǎn)v_i的關(guān)鍵程度，節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵程度越大，表示其關(guān)鍵性越強(qiáng)；

則有：

E.動(dòng)態(tài)識(shí)別Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；

E1.由Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣A計(jì)算節(jié)點(diǎn)間最短距離D；

設(shè)：B＝(b_ij)_n×n為鄰接矩陣A的μ次冪，B＝A^μ，μ為正整數(shù)，節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j之間的最短距離為d_ij＝k，x為節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j之間的最短路徑數(shù)；

則：b_ij有以下性質(zhì)：

由b_ij的性質(zhì)可以看出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)間的最短距離k未知時(shí)，μ從1開(kāi)始向上遍歷，若找到第一個(gè)μ遍歷的值λ，使得當(dāng)A^λ＝(b_ij)_n×n時(shí)，b_ij＝0，當(dāng)A^λ+1＝(b_ij)_n×n時(shí)，b_ij>0，那么節(jié)點(diǎn)間的最短距離k＝λ+1。

E2.計(jì)算Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性ICC；

E3.計(jì)算節(jié)點(diǎn)刪除后Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通性IC(i)；

E4.計(jì)算Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵性RC(i)，識(shí)別Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；

E5.檢測(cè)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溧徑泳仃嘊，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)識(shí)別Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：采用圖2所示的小規(guī)模Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行分析驗(yàn)證，其網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由23個(gè)節(jié)點(diǎn)、40條鏈路組成，表1是本發(fā)明與節(jié)點(diǎn)收縮法、半局部中心度法和中介性方法的識(shí)別結(jié)果對(duì)比表，在進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)只取了每種方法的前十位識(shí)別結(jié)果。

表1識(shí)別結(jié)果對(duì)比表

從表1可以看出，4種方法識(shí)別的結(jié)果有所差異，原因是各方法判斷節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵性的角度不同，本發(fā)明是基于網(wǎng)絡(luò)連通性和節(jié)點(diǎn)刪除法相結(jié)合的思想進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別的，識(shí)別出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連通性有很大的影響。由分析可知，由于中介性方法的時(shí)間復(fù)雜度為O(n³)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較大時(shí)，本發(fā)明比中介性方法具有更低的時(shí)間復(fù)雜度，對(duì)大規(guī)模Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別具有更為理想的計(jì)算能力。

表2六個(gè)時(shí)間步識(shí)別結(jié)果對(duì)比表

為了驗(yàn)證本文提出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法能夠適應(yīng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)湫?，本發(fā)明利用matlab仿真了具有100個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有相同的通信范圍r＝200米，在邊長(zhǎng)為1000米的正方形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)移動(dòng)，移動(dòng)的時(shí)間以時(shí)間步計(jì)算，每一個(gè)時(shí)間步，隨機(jī)選擇節(jié)點(diǎn)隨機(jī)移動(dòng)，算法對(duì)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行一次更新。表2是這100個(gè)節(jié)點(diǎn)在六個(gè)時(shí)間步識(shí)別的前十位的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)比表，圖3至圖8是這100個(gè)節(jié)點(diǎn)在六個(gè)時(shí)間步的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘓D。由表2和圖3至圖8可以看出，隨著Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)，每一個(gè)時(shí)間步識(shí)別出的節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵性排序也是動(dòng)態(tài)變化的，六個(gè)時(shí)間步識(shí)別出的最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)分別為{74,45,1,57,21,21}，這說(shuō)明Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同時(shí)，識(shí)別出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是不同的。