0 引言

　　Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，又稱多跳移動無線通信網(wǎng)，是一種由移動節(jié)點組成的且相互之間能夠進行通信而無基站支持的多跳無線網(wǎng)絡(luò)。它具有動態(tài)變化的拓撲結(jié)構(gòu)，無中心和自組織的特點。節(jié)點可任意移動，每一個節(jié)點都兼?zhèn)?a class="contentlabel" href="http://yuyingmama.com.cn/news/listbylabel/label/路由器">路由器和主機2種功能，在網(wǎng)絡(luò)中搜尋、維護到另一節(jié)點的路由?？蓮V泛應(yīng)用于那些不能或者不必架設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的場合，如戰(zhàn)場、緊急救援現(xiàn)場、交互式的會議以及其他可以共享信息的商業(yè)場合等。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在軍事上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在保障部隊在戰(zhàn)術(shù)上的指揮通信暢通。因此對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通信能力的評估就顯得非常重要。本文利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對幾種典型分簇算法構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的通信能力進行評估，為算法的改進及指揮員的指揮決策提供一定的參考依據(jù)。

　　1 效能評估指標體系的構(gòu)建

　　通信能力指標主要用于衡量通信網(wǎng)絡(luò)在給定時間內(nèi)完成通信業(yè)務(wù)的能力。這些指標不但與網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還和網(wǎng)絡(luò)的具體性能包括業(yè)務(wù)種類、業(yè)務(wù)大小、業(yè)務(wù)流向以及具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能和通信協(xié)議等許多因素有關(guān)。本文借鑒了普通網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)性能指標，同時基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)本身的一些特點，構(gòu)建了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)性能指標(如圖1所示)。

　?、夙憫?yīng)時間：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請求和響應(yīng)該請求之間的時間。反映了網(wǎng)絡(luò)根據(jù)傳輸優(yōu)先級別及時交付信息的能力，是網(wǎng)絡(luò)信息交付的實時性或準實時性的標志。網(wǎng)絡(luò)對不同業(yè)務(wù)的響應(yīng)能力可以很好地反映網(wǎng)絡(luò)性能，指揮人員通常希望能更迅速、更精確地得到某一個感興趣的指定區(qū)域的行動響應(yīng)。

　　②延遲：包括路由尋找期間的緩存時延、接口排隊時延、MAC層重傳時延、空中傳播時延及轉(zhuǎn)換時間等所有可能的時延。

　　③吞吐量：單位時間內(nèi)節(jié)點之間成功傳輸?shù)臒o差錯的數(shù)據(jù)量。它體現(xiàn)了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的通信能力，是網(wǎng)絡(luò)的一個統(tǒng)計特征?？梢詮墓?jié)點吞吐量、網(wǎng)絡(luò)總吞吐量和業(yè)務(wù)(會話)吞吐量等方面進行比較分析。

　?、芊纸M交付率：為目的節(jié)點正確接收到數(shù)據(jù)分組的數(shù)量與源節(jié)點原始發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)量之比。

　?、莺魮p率：連接請求失敗的數(shù)量占總請求數(shù)量的比例。

　?、拶Y源利用率：它反映了網(wǎng)絡(luò)資源的利用程度?？煞譃樾诺览寐屎凸?jié)點利用率。信道利用率為負載與帶寬的比值。

　　2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評估的實現(xiàn)

　　2.1 基本設(shè)想

　　本文利用典型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的通信能力進行評估。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通信能力評估中，所需獲取的數(shù)據(jù)是效能評估指標體系中一些底層的數(shù)據(jù)。評價方法的基本思想是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射與聯(lián)想推理能力，通過反復學習，得到網(wǎng)絡(luò)通信能力與客觀參數(shù)的隱性關(guān)系式，達到形成評價方法的目的。而在原始數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果中間，會有許多復雜的過程，諸如網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)能力、處理能力等等。

　　典型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般分為3層，即輸入層、中間層(隱含層)和輸出層。對通信能力的評估中，輸入層的物理意義很明顯，就是與Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通信能力相關(guān)的一些原始數(shù)據(jù)，每一個底層指標代表一個神經(jīng)元，這樣神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層共有7個節(jié)點(神經(jīng)元)，即響應(yīng)時間C1、延遲C2、呼損率C3、分組交付率C4、吞吐量C5、信道利用率C6及節(jié)點利用率C7。

　　中間層(或隱含層)使BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有了識別非線性模式的能力，是輸入模式的內(nèi)部表示。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原理，中間層單元的個數(shù)應(yīng)該是輸人層單元個數(shù)的5～6倍，根據(jù)這條原則，本文將中間單元個數(shù)定為40。

　　輸出層是對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通信能力描述，輸出節(jié)點數(shù)為N1～N4，共4個，分別對應(yīng)于優(yōu)、良、中、差4個效能評估等級。評語集的確定是根據(jù)專家的意見而構(gòu)建的(如表1所示)。

 　　神經(jīng)元輸入與輸出之間轉(zhuǎn)移函數(shù)選取Sigmoid函數(shù)，即：

　　式中，outi是第i個神經(jīng)元的輸出，neti是第i個神經(jīng)元的輸入，a為權(quán)值。

　　通過上面的分析可構(gòu)建一個7×40×4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

　　2.2 樣本的錄用和訓練

　　(1) 選取訓練樣本

　　利用BP算法進行網(wǎng)絡(luò)訓練，樣本的選取很重要，它直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)通信能力的可信度問題。為了使評估的結(jié)果符合實際，以真正反映網(wǎng)絡(luò)的通信能力。因此本文以Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有裝備的性能指標數(shù)據(jù)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入值，并通過專家打分的方法，給出相應(yīng)評定值，將其作為輸出值。

　　(2) 歸一化訓練樣本

　　在BP網(wǎng)絡(luò)訓練之前，首先應(yīng)對原始樣本做歸一化處理，本文采用線性變換的方法將原始訓練樣本轉(zhuǎn)換為可行的訓練樣本(各指標在[0，1]間取值)，分2種情況：

　　當指標值越大作戰(zhàn)效能越好時(如分組交付率)，按式(2)進行歸一化。

　　Y=(X-min)／(max-min)。 (2)

　　當指標值越小作戰(zhàn)效能越好時(如響應(yīng)時間)，按式(3)進行歸一化。

　　Y=(max-X)／(max-min)。 (3)

　　式中，X是原始訓練樣本值，max(或min)是對同一指標而言目前反輻射導彈武器系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大值(或最小值)。

　　若7個指標值(C1～C7)歸一化后的取值都在[0.8，1]上，則網(wǎng)絡(luò)的通信能力為優(yōu)；若取值都在[0.6，0.8]上，則網(wǎng)絡(luò)的通信能力為良；若取值都為[0.4，0.6]，則網(wǎng)絡(luò)的通信能力為中等；若在0.4以下，則網(wǎng)絡(luò)的通信能力為差。