[发明专利]一种挑战网络的空时可达性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种挑战网络的空时可达性分析方法，属于通信网络系统结构领域，特别是网络管理与测量领域。

背景技术

在传统的多跳网络，尤其是移动Ad Hoc网络的连通性分析方面，Christian Bettstetter等人做出了很多优秀的工作。他们讨论在随机生成的一副静态网络图中，在已知节点密度、节点数目、传输半径等局部信息的情况下，得到网络具有某种全局连通性的概率。同时他们也对节点的移动性进行了考虑，指出若希望在节点移动的情况下依然使得网络具有某种全局连通性，则必须知道该移动模型当前时刻的空间分布函数。然而在大多数情况下，一个移动模型的空间分布函数是十分难以获取的，因此在节点移动的情况下讨论网络的全局连通性十分困难。因此，该方法并不适用于在挑战网络中定量分析整体网络的连通性以及信息的最终可传输性。

传统网络中被广泛用于描述网络通达情况的“连通度”这一概念，由于其限制条件过于严格，难以描述挑战网络环境中，利用“存储-携带-转发机制”所完成的消息可达情况。本方法通过引入时间维度，提出空时可达性以及空时可达性度数等概念，用以描述挑战网络下的信息最终可传输性，为更准确分析通信系统的通信成功率、健壮性以及网络运行效率提供技术保障。

由于挑战网络的网络环境限制过于严格，传统网络中被广泛用于描述网络通达情况的“连通度”这一概念，会将某些存在消息传输可能性的情况忽视，因此难以描述挑战网络环境下的消息最终可传输性(Eventually Transportability)，例如图1所示的情况下，node_0,1,2三个节点位置固定，node₃沿图中虚线轨道运行，分别在t＝1，2，3三个时刻与节点0，1，2建立无线通信链路。

在t＝0时刻node0试图发送消息到node2，此时不存在一条直接相连的端到端路径，node0将等待node3的到来，并在t＝2时刻将消息转发给node3，node3缓存该消息，最终在t＝3时刻，靠近消息的宿节点node2，最终将消息转发node2，完成一次数据的传递。

在上述整个通信过程中，任意时刻所对应的拓扑结构图的连通度均为0。然而在经历了整个时间周期后，任意一对节点之间都出现了一条连通序列。利用这样的连通序列，消息能够在任意两个节点之间传输。通过这一典型的挑战网络通信过程的描述，发现仅仅利用静态的空间连接图是无法描述使用了存储-携带-转发技术的挑战网络通信的整个过程及其最终效果的。节点的转发行为并不是一个瞬时过程，而是与节点存储并携带数据的最长通信有效时间有关。通信活动的根本目的是在数据有效期内将数据由源节点传递至宿节点，因此，在描述挑战网络中节点之间最终能否通信的问题时，不能仅考虑某个瞬间时刻的拓扑连通性，而应该加入考虑最长通信有效时间的因素及其影响。

通过上述分析可以看出，传统网络的连通度概念，在挑战网络环境下，不能描述基于存储-携带-转发技术而构建的通信系统所完成的消息通达的情况；目前挑战网络的研究中，尚缺乏一个能够定量表示网络数据通达情况的描述方法。

发明内容

本发明技术解决问题：克服传统网络连通度分析方法无法准确定量分析挑战网络通信性能的不足，为挑战网络提供一种空时可达性分析方法，能够从整体上描述基于存储-携带-转发技术而构建的挑战网络的消息传递性能，为挑战网络的通信性能测量提供了分析方法。

本发明技术解决方案：一种挑战网络的空时可达性分析方法，实现步骤如下：

(1)计算出在最长通信有效时间T(T≠0)内有可能与特定点出现连通的点的分布区域，即“接触窗口”(CWindow)；

(2)计算在最长通信有效时间T内有m个点落入以S为中心的一个接触窗口的概率P(W^*＝m|s)；

(3)基于步骤(2)，进一步计算这m个点中恰好有n个点与S点连通的概率P(W＝n|s)；

(4)通过综合n≤m≤N，计算任意节点S与n个节点在最长通信有效时间T内具有空时边的概率分布函数P(X＝n)；

(5)综合上述步骤，计算得到每个节点在T时间内至少与n个节点存在空时边的概率P(X≥n)，即为一个挑战网络具有n空时可达性度数的概率。