【技术实现步骤摘要】
一种面向物联网的信息传输最优控制方法、系统及装置
[0001]本专利技术属于信息
，具体涉及一种面向物联网的信息最优控制方法、系统及装置。
技术介绍
[0002]随着网络和传感器技术的迅猛发展，物联网逐步为人所熟知并融入大众日常生活。2005年11月17日，ITU(国际电信联盟)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。所谓物联网，简单来说就是万物互联的意思，是在互联网的基础上所延伸出的新概念，其核心就是世界万物基于不同类型网络模式进行互联、互通和互操作，进而形成一个庞大的复杂系统。物联网一经提出就迅速引起世界各国研究人员与工业界的重视，目前已经在人们日常生活的方方面面得到了体现，如智能家居、智慧交通等。近期，随着元宇宙概念的提出，物联网的价值将会进一步凸显。元宇宙通过融合多种前沿技术形成一个虚实相融的新型空间，其关键点是现实世界与虚拟世界的链接，而物联网是实现这一目标的重要支撑技术之一。反过来，元宇宙也必然推动物联网组成单元向大规模发展，使得物联网系统更为复杂。物联网各组成要素互联互通的前提是保障各节点及时掌握相关信息，因此信息传输的有效性非常关键。但在大规模物联网系统中，由于节点众多，网络架构复杂，信息传输问题也变得更为复杂。同时，随着物联网系统的大规模应用，其应用场景也更为多元化，如战场空间、抗震救灾等恶劣环境。此时，通信基础设施更加不可控，信息传输中断的情况时有发生。为了在此环境下，提升信息传输效率，研究人员提出了机会网络的概念，通过添加一层bundle层，实现存储>‑
携带
‑
转发的信息传输模式，尽可能克服网络中断与分割的问题。因此，机会网络在大规模物联网系统中必然有着广泛的应用前景，是物联网实现泛在互联互通的有力支撑。
[0003]在机会网络存储
‑
携带
‑
转发的传输模式中，节点不需要像传统移动自组网路由策略那样维护到其它节点的路由信息，而只需要把需要传输的信息暂时存储在当前节点上，并且随着自身的移动而随身携带。一旦出现合适的通信机会，即进行信息复制或转发，从而实现信息的接力式传输。但在实际应用中，信息转发过程需要消耗一定能量，而物联网系统中存在大量的无线设备，其体积较小，能量容量有限。在此背景下，如果进行无限制的泛洪式的信息转发，比如会导致某些节点的能量迅速消耗。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种面向物联网的信息传输最优控制方法、系统及装置，以解决现有技术存在的上述至少一个问题。
[0005]基于上述目的，本申请中一个或多个实施例提供了一种面向物联网的信息传输最优控制方法，内容包括以下步骤：
[0006]S1、基于物联网节点构建信息传输模型，模型中设定由传输节点以传输概率向目的节点传输信息；
[0007]S2、基于某时刻或时间区间内的携带信息的传输节点数目和目的节点的数目，分析信息传输过程中消耗的能量变化情况，建立节点传输的性能度量指标；
[0008]S3、基于信息传输过程中的能量消耗对信息传输模型进行优化，获取节点传输过程中能量消耗与信息传输效率的平衡点，确定信息继续传输信息的条件；
[0009]S4、利用庞特里亚金极大值定理分析获得信息在时效期内的最优传输策略及其需要满足的必要条件。
[0010]基于本专利技术的上述技术方案，还可以作出如下改进：
[0011]可选的，所述步骤S1中，设定传输节点的数目为N，目的节点的数目为M，节点传输的时效性为T，传输节点之间相遇的速率为α，传输节点与目的节点之间的相遇速率为β，两个传输节点在时间区间Δt内相遇的概率为1
‑
e
‑
αΔt
，p(t)代表在时刻t一个传输节点向其它传输节点发送信息的概率，q代表传输成功的概率，q的取值为(0,1]，以X(t)代表在时刻t携带信息的传输节点数目，且X(0)＝1，以Y(t)代表在时刻t携带信息的目的节点数目，且满足X(0)＝0；
[0012]则对变量X(t)来说，其变化服从马尔可夫分布，即满足，
[0013]X(t+Δt)＝X(t)+∑
j∈Ω(t)
ω
j
(t,t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0014]其中，Ω(t)代表在时刻t未携带信息的传输节点集合，ω
j
(t,t+Δt)代表节点j在时间区间[t,t+Δt]内获得信息的概率，可知：
[0015]ω
j
(t,t+Δt)＝1
‑
e
‑
αΔtX(t)
p(t)q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0016]进而得到：
[0017][0018]基于公式(3),可得：
[0019][0020]其中，代表E(Y(t))的导数，代表E(X(t))的导数。
[0021]可选的，在所述步骤S2中，基于节点传输的能量与节点传输的次数成正比，设定以F(t)代表在时刻t的传输次数，则得到：
[0022][0023]继而得到性能度量指标如下：
[0024]E(U(T))＝E(Y(T))
‑
δE(F(T))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)；
[0025]其中，E(Y(T))代表获得信息的目的节点数，其反映了最终的信息传输性能；δ代表能量消耗权重因子，用于平衡性能与能量消耗占比。
[0026]可选的，在所述步骤S3中，基于性能度量指标，对信息传输模型进行优化，
[0027]max E(U(T))
[0028]s.t.p(t)∈[0,1],t∈[0,T](7)；
[0029]其中，符号max代表最大值，s.t.代表约束条件；根据公式(6)，可知：
[0030][0031]如果q≤δ,则E(U(t))始终处于非递增状态，即效用值始终不会增加，此时传输节点没必要进行信息传输；如果q>δ时，则可以继续进行信息传输。
[0032]可选的，所述步骤S4包括：
[0033]基于优化后的信息传输模型，建立汉密尔顿方程：
[0034][0035]其中，与一致，与一致，与一致；
[0036]λ
X
和λ
Y
为伴随状态变量，其各自对应的导数如公式(10)所示，根据庞特李雅金极大值定理，进而得到伴随状态方程如下：
[0037][0038]其对应的终端条件满足：
[0039]λ
X
(T)＝λ
Y
(T)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)；
[0040]根据庞特里亚金极大值定理，可以明确的是，存在连续或分段连续的可微状态和伴随状态函数满本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向物联网的信息传输最优控制方法，其特征是，其包括以下步骤：S1、基于物联网节点构建信息传输模型，模型中设定由传输节点以传输概率向目的节点传输信息；S2、基于某时刻或时间区间内的携带信息的传输节点数目和目的节点的数目，分析信息传输过程中消耗的能量变化情况，建立节点传输的性能度量指标；S3、基于信息传输过程中的能量消耗对信息传输模型进行优化，获取节点传输过程中能量消耗与信息传输效率的平衡点，确定信息继续传输信息的条件；S4、利用庞特里亚金极大值定理分析获得信息在时效期内的最优传输策略及其需要满足的必要条件。2.如权利要求1所述的一种面向物联网的信息传输最优控制方法，其特征是，所述步骤S1中，设定传输节点的数目为N，目的节点的数目为M，节点传输的时效性为T，传输节点之间相遇的速率为α，传输节点与目的节点之间的相遇速率为β，两个传输节点在时间区间Δt内相遇的概率为1
‑
e
‑
αΔt
，p(t)代表在时刻t一个传输节点向其它传输节点发送信息的概率，q代表传输成功的概率，q的取值为(0,1]，以X(t)代表在时刻t携带信息的传输节点数目，且X(0)＝1，以Y(t)代表在时刻t携带信息的目的节点数目，且满足X(0)＝0；则对变量X(t)来说，其变化服从马尔可夫分布，即满足，X(t+Δt)＝X(t)+∑
j∈Ω(t)
ω
j
(t,t+Δt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；其中，Ω(t)代表在时刻t未携带信息的传输节点集合，ω
j
(t,t+Δt)代表节点j在时间区间[t,t+Δt]内获得信息的概率，可知：ω
j
(t,t+Δt)＝1
‑
e
‑
αΔtX(t)
p(t)q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；进而得到：基于公式(3),可得：其中，代表E(Y(t))的导数，代表E(X(t))的导数。3.如权利要求2所述的一种面向物联网的信息传输最优控制方法，其特征是，在所述步骤S2中，基于节点传输的能量与节点传输的次数成正比，设定以F(t)代表在时刻t的传输次数，则得到：继而得到性能度量指标如下：E(U(T))＝E(Y(T))
‑
δE(F(T))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)；其中，E(Y(T))代表获得信息的目的节点数，其反映了最终的信息传输性能；δ代表能量消耗权重因子，用于平衡性能与能量消耗占比。4.如权利要求3...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴亚辉，马武彬，周浩浩，戴超凡，邓苏，杨欣琼，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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