时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法技术

本发明专利技术公开了一种时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法。包括：对给定时变网通过一系列图的转换得到线型图；根据线型图构建第一整数规划模型；该模型在中断时间约束下求解网络的最小割集；将预设的网络运行周期，即最长中断时间代入第一模型，得到的最小割集是切断网络所付出的最小空间代价；当该最小割集的势不大于预设中断个数时，根据线型图构建第二整数规划模型，在中断个数的约束下求解单个连接中断的最短持续时间；在由预设运行周期确定的时间范围内进行二分搜索，将第二模型的求解转化为解第一模型；每次搜索针对给定中断时间验证第一模型是否有解，有解则将时间范围的高限折半，继续搜索至求得割断网络所需的最小时间代价。的最小时间代价。的最小时间代价。

【技术实现步骤摘要】
时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法


[0001]本专利技术属于通信
，具体涉及一种时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法。

技术介绍

[0002]时变网络又称时间网络，它的拓扑随时间变化，如移动社交网络、空间通信网络、车载自组网络等等。为了满足数据包交换的需求，在信息交换之前就必须建立好连续的端到端路径。然而，在实际应用中，特别是在极端环境下，由于节点的移动性、存储有限且非常容易遭到物理上的损坏，设备电能耗尽突然关闭、不稳定的无线链路等因素，从源节点到目标节点的端到端的路径仅仅间歇性存在。时变网络将时间切片，每个时间片叫做一个时隙，每个时隙中的连接固定不变。发送节点被允许携带信息移动，直到某个时刻接近发送对象时才转发存储的信息副本。
[0003]由于断续连接，拓扑结构不断变化，时变网络很容易受到攻击。在时变网络的许多应用中，传输可靠性是一个很重要的问题。一些工作根据历史数据、网络周期性的运行模式和拓扑变化，来预知未来一段时间内的链路状态和中断概率。但是，有关网络拓扑演变的预测比较容易出错。现实中，时变网络运行环境恶劣，存在各种不可预测的因素，如人为蓄意破坏、硬件故障和极端天气自然灾害等。这些不可预测的中断可能会极大地降低网络性能。
[0004]在静态网中，连接错误一旦出现就永久断裂。对于时变网络，由于连接在整个运行周期内稀疏分布，一些前期出错的连接随着网络自身周期性的运行，在之后的时隙中可能会再次重现。针对时变网络的鲁棒性分析须同时关注错误发生的时间点和所持续的时间长度。r/>[0005]目前，大部分涉及网络鲁棒性方面的技术只针对地面静态网络，鲜有在时变情况下探讨。静态网络中的连接中断特点与时变网络不同。在静态网中，连接错误一旦出现就永久处于断裂状态。而对于时变网，由于连接在整个运行周期内稀疏分布，一些前期出错的连接随着网络自身周期性的运行，在之后的时隙中可能会再次重现。在静态网中定义的鲁棒性性能分析指标工作无法直接应用于时变网络。
[0006]虽然当前对时变图的研究比较广泛，如求解连通性、距离、网络直径等等，但关于时变网络鲁棒性性能研究的工作并不多。例如，Scellato等人在随机时变图上研究过类似问题，尽管他们也涉及到了错误的时间影响力，但其结果无法应用于本专利技术所关注的确定性时变网络，如周期性运行的空间卫星网络、车联网等等。还有一些工作基于固有中断的假设，即任意连接或节点的出错概率可以提前准确预测，在此基础上开展拓扑提取或者路由选择来对网络中的通信进行鲁棒性增强。虽然这些工作制定了时变网络中改善通信的有效策略，但是由于采用了理想化假设，即错误可以准确预估，大大减弱了方案的可行性。
[0007]也就是说，目前针对时变网络，并没有一种能准确衡量鲁棒性的方法。

技术实现思路

[0008]为了解决相关技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]本专利技术提供一种时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法，包括：
[0010]获取用于表示时变网的无向时变图；所述时变网对应预设中断个数和预设运行周期；在所述时变网的中断个数为所述预设中断个数时，所述时变网的通信中断；所述无向时变图中包括源节点、中间节点和目标节点，任两个相邻节点之间构成一条无向边，每条无向边具有预设的活跃时隙；
[0011]根据每条无向边对应的两个方向的故障之间的相关程度，以及每条无向边的活跃时隙，将所述无向时变图转换为有向时变图；所述有向时变图中任两个相邻节点之间构成一条具有活跃时隙的第一有向边；每条无向边的两个方向表征构成该条无向边的两个节点之间的数据传输方向；
[0012]根据每条第一有向边对应的两个相邻节点、该条有向边的活跃时隙、不同的第一有向边之间的连接性，以及所述源节点和所述目标节点，将所述有向时变图转换为具有源转换节点、目标转换节点和多条第二有向边的线型图；每条第二有向边由两个相邻的转换节点构成；每条第一有向边对应的两个相邻节点和该条第一有向边的一个活跃时隙对应一个转换节点、所述源节点对应所述源转换节点、所述目标节点对应所述目标转换节点；
[0013]根据所述线型图构建用于求解最小割值的第一整数规划模型；所述第一整数规划模型的优化目的是使所述多条第二有向边中，同时处于中断状态的第二有向边的数目最小化，所述优化目的表示使所述时变网的中断个数最小化；所述第一整数规划模型的限制条件包括：每个转换节点对应的布尔型二值变量，所述布尔型二值变量表征该转换节点对应的第一有向边在预设时隙t至时隙t+δ
‑
1内是否处于中断状态，δ表示单个中断持续的时间，所述源转换节点至所述目标转换节点之间的每条路径处于中断状态；其中，t和δ均为大于零的整数；
[0014]将所述预设运行周期作为δ代入所述第一整数规划模型，得到最小割值；所述最小割值为包括至少一个元素的集合；
[0015]当所述最小割值的势小于或等于所述预设中断个数时，根据所述线型图构建用于求解最小中断时间的第二整数规划模型；所述第二整数规划模型的优化目的是求解所述预设中断个数的最短持续时间；所述第二整数规划模型的限制条件包括：所述多条第二有向边中同时处于中断状态的第二有向边的数目小于或等于所述预设中断个数；每条第二有向边对应所述布尔型二值变量；所述源转换节点至所述目标转换节点之间的每条路径处于中断状态；
[0016]将所述第二整数规划模型的求解转化为根据所述第一整数规划模型，在由所述预设运行周期确定的时间范围内循环搜索所述最小中断时间，直至得到所述最小中断时间。
[0017]本专利技术具有如下有益技术效果：
[0018]对于任意一个时变网，根据该时变网的最大中断个数，通过一系列计算可以确定出该时变网在最大中断个数时，每个中断的最短持续时间，从而可以在最坏情况下量化衡量时变网对数目一定的中断的持续时间的耐受力，达到了可以采用中断个数和每个中断的持续时间来衡量时变网的鲁棒性的效果。
[0019]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例提供的时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法的一个可选的流程图；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的示例性的无向时变图向有向时变图的转换原理图；
[0022]图3为本专利技术实施例提供的示例性的有向时变图向线型图的转换原理图；
[0023]图4A为本专利技术实施例提供的示例性的一个有向时变图的示意图；
[0024]图4B为本专利技术实施例提供的由图4A所示的有向时变图转换得到的线型图的示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0026]在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法，其特征在于，包括：获取用于表示时变网的无向时变图；所述时变网对应预设中断个数和预设运行周期；在所述时变网的中断个数为所述预设中断个数时，所述时变网的通信中断；所述无向时变图中包括源节点、中间节点和目标节点，任两个相邻节点之间构成一条无向边，每条无向边具有预设的活跃时隙；根据每条无向边对应的两个方向的故障之间的相关程度，以及每条无向边的活跃时隙，将所述无向时变图转换为有向时变图；所述有向时变图中任两个相邻节点之间构成一条具有活跃时隙的第一有向边；每条无向边的两个方向表征构成该条无向边的两个节点之间的数据传输方向；根据每条第一有向边对应的两个相邻节点、该条有向边的活跃时隙、不同的第一有向边之间的连接性，以及所述源节点和所述目标节点，将所述有向时变图转换为具有源转换节点、目标转换节点和多条第二有向边的线型图；每条第二有向边由两个相邻的转换节点构成；每条第一有向边对应的两个相邻节点和该条第一有向边的一个活跃时隙对应一个转换节点、所述源节点对应所述源转换节点、所述目标节点对应所述目标转换节点；根据所述线型图构建用于求解最小割值的第一整数规划模型；所述第一整数规划模型的优化目的是使所述多条第二有向边中，同时处于中断状态的第二有向边的数目最小化，所述优化目的表示使所述时变网的中断个数最小化；所述第一整数规划模型的限制条件包括：每个转换节点对应的布尔型二值变量，所述布尔型二值变量表征该转换节点对应的第一有向边在预设时隙t至时隙t+δ
‑
1内是否处于中断状态，δ表示单个中断持续的时间，所述源转换节点至所述目标转换节点之间的每条路径处于中断状态；其中，t和δ均为大于零的整数；将所述预设运行周期作为δ代入所述第一整数规划模型，得到最小割值；所述最小割值为包括至少一个元素的集合；当所述最小割值的势小于或等于所述预设中断个数时，根据所述线型图构建用于求解最小中断时间的第二整数规划模型；所述第二整数规划模型的优化目的是求解所述预设中断个数的最短持续时间；所述第二整数规划模型的限制条件包括：所述多条第二有向边中同时处于中断状态的第二有向边的数目小于或等于所述预设中断个数；每条第二有向边对应所述布尔型二值变量；所述源转换节点至所述目标转换节点之间的每条路径处于中断状态；将所述第二整数规划模型的求解转化为根据所述第一整数规划模型，在由所述预设运行周期确定的时间范围内循环搜索所述最小中断时间，直至得到所述最小中断时间。2.根据权利要求1所述的时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法，其特征在于，所述根据每条无向边对应的两个方向的故障之间的相关程度，以及每条无向边的活跃时隙，将所述无向时变图转换为有向时变图，包括：对于每条无向边，构成该条无向边的两个相邻节点为第一节点与第二节点，当该条无向边对应的两个方向的故障之间不相关时，所述无向边转换为：由所述第一节点指向所述第二节点的一条第一有向边，以及由所述第二节点指向所述第一节点的一条第一有向边；其中，每条第一有向边的活跃时隙与该无向边的活跃时隙相同；当该条无向边对应的两个方向的故障之间相关时，在所述第一节点与所述第二节点之
间插入第一新增节点和第二新增节点，将该无向边转换为：由所述第一节点指向所述第一新增节点的第一有向边、由所述第一新增节点指向所述第二新增节点的第一有向边、由所述第二新增节点指向所述第二节点的第一有向边、由所述第二节点指向所述第一新增节点的第一有向边，以及由所述第二新增节点指向所述第一节点的第一有向边；其中，由所述第一新增节点指向所述第二新增节点的第一有向边的活跃时隙，与该无向边的活跃时隙相同；由所述第一节点指向所述第一新增节点的第一有向边、由所述第二新增节点指向所述第二节点的第一有向边、由所述第二节点指向所述第一新增节点的第一有向边，以及由所述第二新增节点指向所述第一节点的第一有向边的活跃时隙均为所述预设运行周期；根据节点和转换得到的第一有向边，得到所述有向时变图。3.根据权利要求1所述的时变网一定容错个数限制下的最短中断时间获取方法，其特征在于，所述第一整数规划模型如下：征在于，所述第一整数规划模型如下：征在于，所述第一整数规划模型如下：其中，(e,t)表示所述线型图中的任意一个转换节点，其中，每个转换节点对应所述有向时变图中一条具有活跃时隙t的第一有向边e；C表示所述线型图中的转换节点的集合；z
e,t
表示(e,t)对应的第一有向边的布尔型二值变量，其中，当z
e,t
为0时，表示第一有向边e在活跃时隙t内未中断，当z
e,t
为1时，表示第一有向边e从活跃时隙t开始至时隙t+δ
‑
1处于中断状态；J
sd
表示由第二有向边组成的从所述源转换节点至所述目标转换节点的所有路径的集合；J表示J
sd
中的任意一条路径；R(δ,J)表示J的阻断集合，R(δ,J)＝{(e,t)|(e,t')∈C
J
,s.t.0≤t'
‑
t＜δ}，C
J
表示组成J的所有转换节点对应的第一有向边，其中，当组成J的任意一个转换节点对应的第一有向边在活跃时隙t开始至时隙t+δ
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵闻博，阎博，何晓川，张华，戴浩，许录平，程鹏飞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：