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

背景技術(shù)：

1、低時(shí)延自組網(wǎng)通信指的是一種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠自動(dòng)組建、管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接，無(wú)需依賴固定的基礎(chǔ)設(shè)施。低時(shí)延意味著在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間非常短，這對(duì)于需要實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要，如無(wú)人機(jī)編隊(duì)、應(yīng)急救援或戰(zhàn)場(chǎng)通信等。自組網(wǎng)的特點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)能夠在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中快速響應(yīng)、靈活擴(kuò)展，并能應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)的頻繁移動(dòng)或故障。通過(guò)低時(shí)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(shí)，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(shí)延自組網(wǎng)通信中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)組建指的是各個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)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(diǎn)，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由和轉(zhuǎn)發(fā)能力，通過(guò)動(dòng)態(tài)路由選擇和分布式控制的方式，節(jié)點(diǎn)之間可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)（如節(jié)點(diǎn)的位置、信號(hào)強(qiáng)度、負(fù)載等）自動(dòng)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(diǎn)的移動(dòng)或變化，確保數(shù)據(jù)能夠以最低的延遲通過(guò)最優(yōu)路徑傳輸，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)高效且靈活的通信網(wǎng)絡(luò)。

3、動(dòng)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)?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用定時(shí)更新的方式來(lái)刷新每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)狀態(tài)快速變化，而路由表更新頻率無(wú)法及時(shí)跟進(jìn)時(shí)，可能會(huì)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(diǎn)因路徑不可達(dá)而失去與其他節(jié)點(diǎn)的通信能力，進(jìn)而引發(fā)網(wǎng)絡(luò)分裂，形成多個(gè)無(wú)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(gè)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(guò)時(shí)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(diǎn)，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(diǎn)狀態(tài)低速變化，而路由表更新頻率高頻時(shí)，頻繁的路由更新需要消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬和計(jì)算資源。如果節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變化緩慢，而更新頻率過(guò)高，則會(huì)占用不必要的網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)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(duì)本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)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(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種低時(shí)延自組網(wǎng)通信方法和系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)收集和分析網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)通信路徑節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行評(píng)估，能夠智能化地調(diào)整不同路徑的路由更新頻率，在高動(dòng)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(dòng)態(tài)路徑中降低頻率，以節(jié)約資源并減少性能浪費(fèi)，有效提升了通信的實(shí)時(shí)性和可靠性，特別適用于關(guān)鍵任務(wù)通信場(chǎng)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(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種低時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)收集當(dāng)前的拓?fù)湫畔?，?duì)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(duì)每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化特征提取，基于提取的動(dòng)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(duì)每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)變化狀況進(jìn)行綜合評(píng)估；

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

6、對(duì)于劃分為穩(wěn)定變化路徑的通信路徑，設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率，以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率對(duì)通信節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行更新；

7、針對(duì)高動(dòng)態(tài)路徑和低動(dòng)態(tài)路徑，采用模糊邏輯控制，基于實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)變化信息，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率的基礎(chǔ)上，智能化地提升或者降低實(shí)際節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)上啟動(dòng)狀態(tài)收集機(jī)制；

10、在狀態(tài)收集機(jī)制啟動(dòng)后，所有節(jié)點(diǎn)將其收集到的信息發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯聚；

11、在數(shù)據(jù)匯聚和存儲(chǔ)完成后，開始對(duì)收集到的節(jié)點(diǎn)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?lái)繪制當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

13、優(yōu)選的，對(duì)每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化特征提取，提取的特征包括通信路徑上節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)變化率和通信路徑上節(jié)點(diǎn)能量消耗的速度變化，獲取后，在監(jiān)控窗口下，對(duì)通信路徑上節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)變化率和通信路徑上節(jié)點(diǎn)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(diǎn)能耗指數(shù)，將跳變指數(shù)和節(jié)點(diǎn)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(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型生成路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)，通過(guò)路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)對(duì)每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)變化狀況進(jìn)行綜合評(píng)估。

14、優(yōu)選的，對(duì)通信路徑上節(jié)點(diǎn)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(duì)通信路徑上每一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，設(shè)定時(shí)間間隔作為采樣周期，表示在時(shí)間點(diǎn)時(shí)，通信路徑上節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)；

16、計(jì)算相鄰采樣時(shí)間點(diǎn)之間的跳數(shù)變化率，計(jì)算的表達(dá)式為：，其中，表示在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的跳數(shù)變化率，k是一個(gè)調(diào)節(jié)因子，用于控制變化率的敏感度，i表示在時(shí)間序列中當(dāng)前的時(shí)刻；

17、為了進(jìn)一步分析跳數(shù)變化的累積效應(yīng)，計(jì)算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的累積變化效應(yīng)，計(jì)算的表達(dá)式為：，其中，表示到時(shí)間點(diǎn)時(shí)的累積變化效應(yīng)，j表示在時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的時(shí)間點(diǎn)索引；

18、通過(guò)累積變化效應(yīng)計(jì)算每一對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的跳變指數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示每一對(duì)節(jié)點(diǎn)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(duì)通信路徑進(jìn)行綜合分析，計(jì)算跳變指數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示第w對(duì)節(jié)點(diǎn)之間的跳變指數(shù)，m表示通信路徑上的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，表示通信路徑的跳變指數(shù)。

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

21、對(duì)于通信路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算其瞬時(shí)能量消耗速率，設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)在時(shí)間和時(shí)的剩余能量分別為和，則瞬時(shí)能量消耗速率的計(jì)算表達(dá)式為：，式中，表示節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的剩余能量，表示節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的處理功率，表示節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的工作電壓；

22、計(jì)算節(jié)點(diǎn)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(diǎn)在監(jiān)控窗口內(nèi)的能量消耗累積情況，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示節(jié)點(diǎn)在監(jiān)控窗口內(nèi)的累積能量消耗系數(shù)，表示在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)能量消耗速率，表示在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的傳輸時(shí)間，即節(jié)點(diǎn)通信活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，表示節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)時(shí)的當(dāng)前工作頻率，表示節(jié)點(diǎn)處理任務(wù)的復(fù)雜性；

23、計(jì)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(duì)時(shí)間變化的敏感程度，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示累積能量消耗系數(shù)的時(shí)間變化率，和分別表示節(jié)點(diǎn)處理功率和工作電壓的時(shí)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(shí)能量消耗速率計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)能耗系數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)能耗系數(shù)，t表示監(jiān)控窗口的總時(shí)長(zhǎng)；

25、計(jì)算節(jié)點(diǎn)能耗指數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示第f個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)能耗系數(shù)，表示通信路徑的節(jié)點(diǎn)能耗指數(shù)。

26、優(yōu)選的，將在監(jiān)控窗口下對(duì)通信路徑上節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綜合分析后生成的路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)與預(yù)先設(shè)定的路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)參考范圍進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)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(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)處于路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)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(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)小于路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)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(dòng)態(tài)路徑；

29、若路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)變化系數(shù)大于路徑節(jié)點(diǎn)動(dòng)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(dòng)態(tài)路徑。

30、優(yōu)選的，針對(duì)高動(dòng)態(tài)路徑和低動(dòng)態(tài)路徑，采用模糊邏輯控制，智能化地提升或者降低實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率的過(guò)程如下：

31、針對(duì)跳變指數(shù)、節(jié)點(diǎn)能耗指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)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(kù)，規(guī)則庫(kù)的規(guī)則形式為：“如果”?跳變指數(shù)和節(jié)點(diǎn)能耗指數(shù)屬于某個(gè)模糊集合，則實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率將調(diào)整到某個(gè)水平；

33、將實(shí)時(shí)的跳變指數(shù)和節(jié)點(diǎn)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(kù)，進(jìn)行模糊推理，模糊推理的過(guò)程通過(guò)“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(guò)程，和分別表示跳變指數(shù)和節(jié)點(diǎn)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(duì)模糊推理得到的模糊輸出進(jìn)行解模糊化，生成模糊實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率，解模糊化的公式為：，是解模糊化過(guò)程中使用的隸屬度函數(shù)，是解模糊化后得到的模糊實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率；

35、根據(jù)解模糊化后的模糊實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率，對(duì)最終應(yīng)用的實(shí)際節(jié)點(diǎn)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(diǎn)狀態(tài)更新頻率，表示標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率。

36、一種低時(shí)延自組網(wǎng)通信系統(tǒng)，包括拓?fù)湫畔⑹占c分析模塊、動(dòng)態(tài)變化特征提取與評(píng)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(gè)節(jié)點(diǎn)收集當(dāng)前的拓?fù)湫畔?，?duì)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(dòng)態(tài)變化特征提取與評(píng)估模塊，對(duì)每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化特征提取，基于提取的動(dòng)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(duì)每條通信路徑上的節(jié)點(diǎn)變化狀況進(jìn)行綜合評(píng)估；

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

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

41、模糊邏輯控制模塊，針對(duì)高動(dòng)態(tài)路徑和低動(dòng)態(tài)路徑，采用模糊邏輯控制，基于實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)變化信息，在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率的基礎(chǔ)上，智能化地提升或者降低實(shí)際節(jié)點(diǎn)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(diǎn)：

43、本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)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(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化特征，基于這些特征，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型對(duì)通信路徑上節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行評(píng)估，能夠有效識(shí)別并區(qū)分出高動(dòng)態(tài)、穩(wěn)定變化和低動(dòng)態(tài)路徑，從而對(duì)不同類型的路徑采取針對(duì)性的路由更新策略。在高動(dòng)態(tài)路徑中，通過(guò)提升節(jié)點(diǎn)狀態(tài)更新頻率，能夠及時(shí)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(dòng)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(jì)算資源的消耗，避免了因頻繁更新帶來(lái)的性能浪費(fèi)。通過(guò)這種智能化的調(diào)整方式，不僅增強(qiáng)了通信的實(shí)時(shí)性和可靠性，還在節(jié)約資源的同時(shí)，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(chǎng)景中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體性能提升起到了顯著的作用。