本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信，具體涉及一種低時延自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、低時延自組網(wǎng)通信指的是一種無線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠自動組建、管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，無需依賴固定的基礎(chǔ)設(shè)施。低時延意味著在數(shù)據(jù)傳輸過程中，從一個節(jié)點到另一個節(jié)點所花費的時間非常短，這對于需要實時或近實時通信的應(yīng)用場景至關(guān)重要，如無人機(jī)編隊、應(yīng)急救援或戰(zhàn)場通信等。自組網(wǎng)的特點在于網(wǎng)絡(luò)能夠在動態(tài)變化的環(huán)境中快速響應(yīng)、靈活擴(kuò)展，并能應(yīng)對節(jié)點的頻繁移動或故障。通過低時延自組網(wǎng)通信，網(wǎng)絡(luò)能夠在保證高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，確保通信的穩(wěn)定性和可靠性，適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用需求。

2、在低時延自組網(wǎng)通信中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自動組建指的是各個節(jié)點無需依賴固定的基礎(chǔ)設(shè)施或中央控制器，就能夠自主發(fā)現(xiàn)并連接到其他節(jié)點，形成一個網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點都具有路由和轉(zhuǎn)發(fā)能力，通過動態(tài)路由選擇和分布式控制的方式，節(jié)點之間可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實時狀態(tài)（如節(jié)點的位置、信號強(qiáng)度、負(fù)載等）自動選擇最佳路徑進(jìn)行通信。這樣，網(wǎng)絡(luò)能夠快速適應(yīng)節(jié)點的移動或變化，確保數(shù)據(jù)能夠以最低的延遲通過最優(yōu)路徑傳輸，從而實現(xiàn)一個高效且靈活的通信網(wǎng)絡(luò)。

3、動態(tài)路由協(xié)議需要持續(xù)更新路由表，以反映網(wǎng)絡(luò)的最新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。現(xiàn)有技術(shù)通常采用定時更新的方式來刷新每條通信路徑上的節(jié)點狀態(tài)，這在大多數(shù)情況下能夠滿足基本需求。然而，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點狀態(tài)快速變化，而路由表更新頻率無法及時跟進(jìn)時，可能會引發(fā)嚴(yán)重后果。首先，路由信息的滯后可能導(dǎo)致某些節(jié)點因路徑不可達(dá)而失去與其他節(jié)點的通信能力，進(jìn)而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)分裂，形成多個無法互通的子網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)分區(qū)將阻礙數(shù)據(jù)在整個網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的整體功能，尤其是在關(guān)鍵任務(wù)通信中。其次，過時的路由信息可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包被引導(dǎo)至失效路徑或不存在的節(jié)點，造成數(shù)據(jù)包丟失，不僅降低了通信的可靠性，還可能導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)的永久丟失。當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點狀態(tài)低速變化，而路由表更新頻率高頻時，頻繁的路由更新需要消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬和計算資源。如果節(jié)點狀態(tài)變化緩慢，而更新頻率過高，則會占用不必要的網(wǎng)絡(luò)資源和計算能力，導(dǎo)致其他關(guān)鍵任務(wù)的資源不足，影響整體網(wǎng)絡(luò)性能。

4、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種低時延自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)，通過實時收集和分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ脵C(jī)器學(xué)習(xí)模型對通信路徑節(jié)點的動態(tài)變化進(jìn)行評估，能夠智能化地調(diào)整不同路徑的路由更新頻率，在高動態(tài)路徑中提高更新頻率，避免路由滯后引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)分裂和數(shù)據(jù)丟失；在低動態(tài)路徑中降低頻率，以節(jié)約資源并減少性能浪費，有效提升了通信的實時性和可靠性，特別適用于關(guān)鍵任務(wù)通信場景，顯著增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的整體性能，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種低時延自組網(wǎng)通信方法，包括以下步驟：

3、從網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點收集當(dāng)前的拓?fù)湫畔?，對收集的拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行分析，繪制出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

4、對每條通信路徑上的節(jié)點進(jìn)行動態(tài)變化特征提取，基于提取的動態(tài)變化特征，使用預(yù)先訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對每條通信路徑上的節(jié)點變化狀況進(jìn)行綜合評估；

5、根據(jù)智能評估的結(jié)果，將所有通信路徑劃分為三類，其中包括高動態(tài)路徑、穩(wěn)定變化路徑和低動態(tài)路徑；

6、對于劃分為穩(wěn)定變化路徑的通信路徑，設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率，以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率對通信節(jié)點的狀態(tài)進(jìn)行更新；

7、針對高動態(tài)路徑和低動態(tài)路徑，采用模糊邏輯控制，基于實時的動態(tài)變化信息，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率的基礎(chǔ)上，智能化地提升或者降低實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率。

8、優(yōu)選的，繪制當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，具體的步驟如下：

9、在網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點上啟動狀態(tài)收集機(jī)制；

10、在狀態(tài)收集機(jī)制啟動后，所有節(jié)點將其收集到的信息發(fā)送到一個或多個中心節(jié)點進(jìn)行匯聚；

11、在數(shù)據(jù)匯聚和存儲完成后，開始對收集到的節(jié)點狀態(tài)信息進(jìn)行分析；

12、根據(jù)分析的結(jié)果，使用網(wǎng)絡(luò)可視化工具或?qū)Ｓ玫能浖砝L制當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

13、優(yōu)選的，對每條通信路徑上的節(jié)點進(jìn)行動態(tài)變化特征提取，提取的特征包括通信路徑上節(jié)點之間的跳數(shù)變化率和通信路徑上節(jié)點能量消耗的速度變化，獲取后，在監(jiān)控窗口下，對通信路徑上節(jié)點之間的跳數(shù)變化率和通信路徑上節(jié)點能量消耗的速度變化進(jìn)行分析后，分別生成跳變指數(shù)和節(jié)點能耗指數(shù)，將跳變指數(shù)和節(jié)點能耗指數(shù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)，通過路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)對每條通信路徑上的節(jié)點變化狀況進(jìn)行綜合評估。

14、優(yōu)選的，對通信路徑上節(jié)點之間的跳數(shù)變化率進(jìn)行分析后生成跳變指數(shù)，具體的步驟如下：

15、在監(jiān)控窗口下，對通信路徑上每一對節(jié)點之間的跳數(shù)進(jìn)行實時采集，設(shè)定時間間隔作為采樣周期，表示在時間點時，通信路徑上節(jié)點間的跳數(shù)；

16、計算相鄰采樣時間點之間的跳數(shù)變化率，計算的表達(dá)式為：，其中，表示在時間點時的跳數(shù)變化率，k是一個調(diào)節(jié)因子，用于控制變化率的敏感度，i表示在時間序列中當(dāng)前的時刻；

17、為了進(jìn)一步分析跳數(shù)變化的累積效應(yīng)，計算每個時間點的累積變化效應(yīng)，計算的表達(dá)式為：，其中，表示到時間點時的累積變化效應(yīng)，j表示在時間點內(nèi)的時間點索引；

18、通過累積變化效應(yīng)計算每一對節(jié)點之間的跳變指數(shù)，計算的表達(dá)式為：，式中，表示每一對節(jié)點之間的跳變指數(shù)，n表示監(jiān)控窗口內(nèi)的采樣次數(shù)；

19、對通信路徑進(jìn)行綜合分析，計算跳變指數(shù)，計算的表達(dá)式為：，式中，表示第w對節(jié)點之間的跳變指數(shù)，m表示通信路徑上的節(jié)點總數(shù)，表示通信路徑的跳變指數(shù)。

20、優(yōu)選的，對通信路徑上節(jié)點能量消耗的速度變化進(jìn)行分析后生成節(jié)點能耗指數(shù)，具體步驟如下：

21、對于通信路徑上的每個節(jié)點，計算其瞬時能量消耗速率，設(shè)每個節(jié)點在時間和時的剩余能量分別為和，則瞬時能量消耗速率的計算表達(dá)式為：，式中，表示節(jié)點在時間點時的剩余能量，表示節(jié)點在時間點時的處理功率，表示節(jié)點在時間點時的工作電壓；

22、計算節(jié)點的累積能量消耗系數(shù)，累積能量消耗系數(shù)反映了節(jié)點在監(jiān)控窗口內(nèi)的能量消耗累積情況，計算的表達(dá)式為：，式中，表示節(jié)點在監(jiān)控窗口內(nèi)的累積能量消耗系數(shù)，表示在時間點時的瞬時能量消耗速率，表示在時間點時的傳輸時間，即節(jié)點通信活動的持續(xù)時間，表示節(jié)點在時間點時的當(dāng)前工作頻率，表示節(jié)點處理任務(wù)的復(fù)雜性；

23、計算能量消耗變化靈敏度，能量消耗變化靈敏度反映了能量消耗速率對時間變化的敏感程度，計算的表達(dá)式為：，式中，表示累積能量消耗系數(shù)的時間變化率，和分別表示節(jié)點處理功率和工作電壓的時間變化率；

24、綜合能量消耗變化靈敏度、累積能量消耗系數(shù)以及瞬時能量消耗速率計算每個節(jié)點的節(jié)點能耗系數(shù)，計算的表達(dá)式為：，式中，表示每個節(jié)點的節(jié)點能耗系數(shù)，t表示監(jiān)控窗口的總時長；

25、計算節(jié)點能耗指數(shù)，計算的表達(dá)式為：，式中，表示第f個節(jié)點的節(jié)點能耗系數(shù)，表示通信路徑的節(jié)點能耗指數(shù)。

26、優(yōu)選的，將在監(jiān)控窗口下對通信路徑上節(jié)點進(jìn)行綜合分析后生成的路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)與預(yù)先設(shè)定的路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)參考范圍進(jìn)行比對分析，對通信路徑進(jìn)行劃分，具體劃分的步驟如下：

27、若路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)處于路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)參考范圍之間，則將該通信路徑劃分穩(wěn)定變化路徑；

28、若路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)小于路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)參考范圍最小值，則將該通信路徑劃分為低動態(tài)路徑；

29、若路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)大于路徑節(jié)點動態(tài)變化系數(shù)參考范圍最大值，則將該通信路徑劃分為高動態(tài)路徑。

30、優(yōu)選的，針對高動態(tài)路徑和低動態(tài)路徑，采用模糊邏輯控制，智能化地提升或者降低實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率的過程如下：

31、針對跳變指數(shù)、節(jié)點能耗指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率定義模糊集合和隸屬函數(shù)；

32、基于模糊集合，構(gòu)建模糊規(guī)則庫，規(guī)則庫的規(guī)則形式為：“如果”?跳變指數(shù)和節(jié)點能耗指數(shù)屬于某個模糊集合，則實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率將調(diào)整到某個水平；

33、將實時的跳變指數(shù)和節(jié)點能耗指數(shù)輸入到模糊推理引擎中，結(jié)合定義的模糊規(guī)則庫，進(jìn)行模糊推理，模糊推理的過程通過“如果-那么”的規(guī)則執(zhí)行，確定最適合當(dāng)前路徑條件的更新頻率，推理公式為：，式中，表示模糊推理過程，和分別表示跳變指數(shù)和節(jié)點能耗指數(shù)的隸屬度函數(shù)，表示模糊輸出；

34、使用質(zhì)心法對模糊推理得到的模糊輸出進(jìn)行解模糊化，生成模糊實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率，解模糊化的公式為：，是解模糊化過程中使用的隸屬度函數(shù)，是解模糊化后得到的模糊實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率；

35、根據(jù)解模糊化后的模糊實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率，對最終應(yīng)用的實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的公式如下：，其中，是最終應(yīng)用的節(jié)點狀態(tài)更新頻率，表示標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率。

36、一種低時延自組網(wǎng)通信系統(tǒng)，包括拓?fù)湫畔⑹占c分析模塊、動態(tài)變化特征提取與評估模塊、通信路徑分類模塊、標(biāo)準(zhǔn)頻率更新模塊以及模糊邏輯控制模塊；

37、拓?fù)湫畔⑹占c分析模塊，從網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點收集當(dāng)前的拓?fù)湫畔?，對收集的拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行分析，繪制出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

38、動態(tài)變化特征提取與評估模塊，對每條通信路徑上的節(jié)點進(jìn)行動態(tài)變化特征提取，基于提取的動態(tài)變化特征，使用預(yù)先訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對每條通信路徑上的節(jié)點變化狀況進(jìn)行綜合評估；

39、通信路徑分類模塊，根據(jù)智能評估的結(jié)果，將所有通信路徑劃分為三類，其中包括高動態(tài)路徑、穩(wěn)定變化路徑和低動態(tài)路徑；

40、標(biāo)準(zhǔn)頻率更新模塊，對于劃分為穩(wěn)定變化路徑的通信路徑，設(shè)定一個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率，以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率對通信節(jié)點的狀態(tài)進(jìn)行更新；

41、模糊邏輯控制模塊，針對高動態(tài)路徑和低動態(tài)路徑，采用模糊邏輯控制，基于實時的動態(tài)變化信息，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點狀態(tài)更新頻率的基礎(chǔ)上，智能化地提升或者降低實際節(jié)點狀態(tài)更新頻率。

42、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點：

43、本發(fā)明通過實時收集和分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，?zhǔn)確提取通信路徑上節(jié)點的動態(tài)變化特征，基于這些特征，通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型對通信路徑上節(jié)點的動態(tài)變化進(jìn)行評估，能夠有效識別并區(qū)分出高動態(tài)、穩(wěn)定變化和低動態(tài)路徑，從而對不同類型的路徑采取針對性的路由更新策略。在高動態(tài)路徑中，通過提升節(jié)點狀態(tài)更新頻率，能夠及時反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，避免因路由信息滯后?dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)分裂和數(shù)據(jù)包丟失。而在低動態(tài)路徑中，降低更新頻率則有效減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬和計算資源的消耗，避免了因頻繁更新帶來的性能浪費。通過這種智能化的調(diào)整方式，不僅增強(qiáng)了通信的實時性和可靠性，還在節(jié)約資源的同時，維持了網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)作，特別適用于關(guān)鍵任務(wù)通信場景中，對網(wǎng)絡(luò)的整體性能提升起到了顯著的作用。