一种挑战网络的空时可达性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设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】
[0002]在传统的多跳网络，尤其是移动Ad化C网络的连通性分析方面，化ristian 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W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W及信息的最终可传输性。
[0003] 传统网络中被广泛用于描述网络通达情况的"连通度"该一概念，由于其限制条件 过于严格，难W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W及空时可达性度数等概念，用W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W及网络运行 效率提供技术保障。
[0004] 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"该一概念，会将某些存在消息传输可能性的情况忽视，因此难W描述挑战网 络环境下的消息最终可传输性巧ventuallyTransport油ility)，例如图1所示的情况下， node。,1,2^个节点位置固定，node3沿图中虚线轨道运行，分别在t= 1，2,3S个时刻与节 点0，1，2建立无线通信链路。
[0005] 在t= 0时刻nodeO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，nodeO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。
[0006] 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。利用该样的连通序列，消 息能够在任意两个节点之间传输。通过该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。
[0007] 通过上述分析可W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】
[0008] 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。
[0009] 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；
[0010] (1)计算出在最长通信有效时间T(T声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);
[0011] (2)计算在最长通信有效时间T内有m个点落入WS为中屯、的一个接触窗口的概 率P(W*=m|s);
[0012] (3)基于步骤（2)，进一步计算该m个点中恰好有n个点与S点连通的概率P(W= n|s)；
[0013] (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狂=n);
[0014] (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狂>n)，即为一个挑战网络具有n空时可达性度数的概率。
[0015] 在所述步骤（1)中，计算出在最长通信有效时间T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的过程为；首先确定接触窗口CWindow的范围，由于只 有处于W点S为圆屯、，|VT|+r为半径的圆中的节点才有可能在最长通信有效时间T内与S 连接，且T声0,因此先不考虑圆S-r内的节点，计算得到接触窗口（CWindow)的面积，即得 到接触窗口CWindow。
[0016] 在所述步骤（2)中，接触窗口的概率P(Wt=mIs)计算为：由于随机方向模型节点 呈均匀分布，因此根据圆的面积与节点分布密度，计算得到m个点落入接触窗口CWindow的 概率P(W*=m|s)。
[0017] 在所述步骤（3)中，通过计算接触窗口CWindow中所有点能够与S取得连接所应 满足的平均运动方向夹角；，得到落入CWindow中的m个点中，有n个点的运动方向满足平 均夹角a，也就是能够在T时间内与S连通的概率，最终获得m个点中恰好有n个节点与S在T时间内存在空时边的概率P(W=nIS)。
[001引在所述步骤（4)中，落入CWindow中的点数目满足n《m《N，基于步骤（3)，即得 到了给定节点S与地图中n个节点在最长通信有效时间T内具有n空时可达的概率分布函 数P狂=n)。
[0019] 在所述步骤（5)中，当节点数目N〉〉l，得出网络中每个节点至少存在n条T时间内 空时边，即整个网络具有n空时可达性度数的概率P狂>n)。
[0020] 本发明与现有技术相比的有益效果在于；本发明克服了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，通过引入时间维度，将静态的网络连接图转 变为随时间变化的网络图，并在此之上提出了较传统的"连通度"更为宽泛的消息"空时可 达性"概念，能够仅依靠网络中节点的通信半径、移动模型、速度该些局部参数，计算出消息 传输的整体空时可达性W及空时可达性度数，能够从整体上定量描述基于存储-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定量分析方 法。
【附图说明】
[0021] 图1为挑战网络通信过程示意图；
[0022] 图2为本发明方法实现流程图；
[0023] 图3为二维随机方向模型分析示意图；
[0024] 图4为二维概率分布分析图；
[00巧]图5为二维空时可达性度数概率分析图。
【具体实施方式】
[0026] 如图2所示，本发明方法具体实现如下：首先计算出在最长通信有效时间 T(T声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);其次计算 在最长通信有效时间T内有m个点落入WS为中屯、的一个接触窗口的概率P(W>=mIS)，并 进一步计算该m个点中恰好有n个点与S点连通的概率P(W=nIS)。在此基础上，通过综 合n《m《N即可得至1]，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狂=n);再根据上述公式，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？狂>n)。在二维随机方向模型运行的任意时间内，其节点在空间上均近似呈 均匀分布。在地图内取一点S，设整体矩形地图面积为Smap，由假设知节点S的分布密度为
停顿时间与重设时间均记为0;如图3所示。
[0027] 按照下述分析方法进行分析：
[002引步骤（1);计算CWindow大小；
[0029] 首先确定接触窗口CWindow的范围。在二维的情况下，只有处于此点S为圆心 |VT|+r为半径的圆中的节点才有可能在最长通信有效时间T内与S连接。由于T声0,所 W先不考虑圆S-r内的节点，得到"接触窗口"的面积为：