本發(fā)明屬于無線通信，涉及一種航空自組網(wǎng)生存性解析方法，尤其是一種基于信息及時(shí)性的航空自組網(wǎng)生存性解析方法。
背景技術(shù)：
：：1、根據(jù)cmu/sei技術(shù)報(bào)告(參見報(bào)告：ellison,r.j.；fisher,d.a.；linger,r.c.etal.survivable?network?system:an?emerging?discipline?technical?report,cmu/sei-97-tr-013,esc-tr-97-013,1999.)，網(wǎng)絡(luò)生存性是指網(wǎng)絡(luò)在面臨攻擊、發(fā)生故障或意外事故時(shí)能及時(shí)完成任務(wù)的能力。這是從生存性的定性角度展開的，無法作為客觀評(píng)定一項(xiàng)技術(shù)是否可以提升網(wǎng)絡(luò)生存性性能和提升多少的量化指標(biāo)。雖然部分學(xué)者給出了有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)的可生存性評(píng)估指標(biāo)和量化方法，如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平均無故障時(shí)間、可靠度、可用度及使用壽命等(參考文獻(xiàn)：石瓊,丁英華,秦麗,等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存性評(píng)估研究[j].中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,41(05):418-430+436.)和網(wǎng)絡(luò)的停運(yùn)時(shí)長(參考文獻(xiàn)：pietrantuono?r,ficco?m,and?palmieri?f.survivability?analysis?ofiot?systemsunder?resource?exhausting?attacks.ieee?transactions?on?information?forensicsand?security[j].2023,11:3277-3288.)。目前為止，仍沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的特定功能，將網(wǎng)絡(luò)生存性的一般定義轉(zhuǎn)化為可量化解析的評(píng)估指標(biāo)。對(duì)于航空自組網(wǎng)，其主要功能之一是將航空器感知的環(huán)境數(shù)據(jù)及時(shí)可靠地與控制端或其他航空器進(jìn)行信息交互，用于實(shí)時(shí)決策。通常，實(shí)時(shí)決策更關(guān)注最新的環(huán)境狀態(tài)信息。然而，感知數(shù)據(jù)包在無線傳輸過程中會(huì)面臨著各種挑戰(zhàn)，如動(dòng)態(tài)拓?fù)鋵?dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)連通性迅速變化、信道衰落、同頻干擾以及惡意攻擊等非理想傳輸因素。當(dāng)信息傳輸失敗時(shí)，在源或中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)積壓現(xiàn)象，接收機(jī)無法及時(shí)獲取最新的環(huán)境狀態(tài)信息進(jìn)行決策，導(dǎo)致決策產(chǎn)生偏差，使得航空自組網(wǎng)不能完成關(guān)鍵服務(wù)。因此，解析環(huán)境感知數(shù)據(jù)的傳輸及時(shí)性是研究航空自組網(wǎng)生存性的基本前提。2、為了增強(qiáng)信息的傳輸及時(shí)性，大多研究工作集中于提升信息流通的有效性，例如提高傳輸速率和可靠性或降低傳輸時(shí)延。然而，對(duì)于航空自組網(wǎng)這種集信息感知、信息傳輸與信息處理為一體的端到端復(fù)雜信息網(wǎng)絡(luò)，其信息及時(shí)性問題并非單純地等價(jià)于信息流通的有效性問題。這是由于信息的及時(shí)性取決于當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)和用于決策的環(huán)境狀態(tài)信息之間的差異性，與環(huán)境狀態(tài)變化快慢、感知頻次和感知數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)延均具有強(qiáng)相關(guān)性。具體而言，若環(huán)境感知頻次越高，航空器需要傳輸?shù)母兄獢?shù)據(jù)越多，在源節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)中緩存時(shí)間就越長，使得控制端用于決策的環(huán)境狀態(tài)信息與當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)時(shí)間間隔就越長，差異就可能會(huì)越大。若航空器的傳輸效率越高，數(shù)據(jù)傳輸延遲就越短，接收機(jī)用于當(dāng)前決策的感知信息則越貼近當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)，其中傳輸效率與無線傳輸特性息息相關(guān)，包括無線衰落、干擾和無線帶寬資源等。然而，若航空器的環(huán)境感知頻次低，即使收發(fā)機(jī)系統(tǒng)具有高傳輸效率，也難以及時(shí)地傳輸正確決策所需要的環(huán)境狀態(tài)信息。這意味著以傳輸有效性和可靠性為目標(biāo)的傳統(tǒng)無線傳輸優(yōu)化設(shè)計(jì)并不能解決端到端的信息及時(shí)性問題。針對(duì)該問題，現(xiàn)有研究提出信息年齡的概念以表征數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中及時(shí)性，其中信息年齡定義為用于決策的最新環(huán)境狀態(tài)信息自其產(chǎn)生以來在網(wǎng)絡(luò)中的生存時(shí)間，并以信息年齡作為目標(biāo)對(duì)無線傳輸方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)(參考文獻(xiàn)：kaul?s,yates?r?and?gruteser?m.real-timestatus:how?often?should?one?update？[c]//2012proceedings?ieee?infocom,orlando,2012:2731-2735.)。由此，航空自組網(wǎng)采用流通信息的生存時(shí)間作為網(wǎng)絡(luò)的生存性量化指標(biāo)，其中信息年齡越小則意味著信息傳輸越及時(shí)，用于決策的環(huán)境狀態(tài)信息就越貼近實(shí)際環(huán)境。若信息年齡始終大于一定閾值，則意味著航空自組網(wǎng)無法及時(shí)地將最新感知的環(huán)境信息傳輸至控制端，從而造成決策偏差。然而，針對(duì)無線傳輸特性對(duì)信息及時(shí)性影響的研究，現(xiàn)有工作大多采用高度抽象的傳輸模型，如無錯(cuò)信道、擦除信道、馬爾科夫信道和基于“沖突”的信息并發(fā)等模型來簡單表征，忽略了航空自組網(wǎng)拓?fù)渥兓匦?、無線信道傳播特性和同頻干擾等關(guān)鍵物理層因素對(duì)信息及時(shí)性的重要影響。3、基于此，本發(fā)明提出采用信息年齡來表征航空自組網(wǎng)中信息感知、傳輸和處理為一體的端到端網(wǎng)絡(luò)生存性，同時(shí)構(gòu)建了一種基于隨機(jī)幾何和排隊(duì)理論的航空自組網(wǎng)生存性解析方法，其中考慮航空自組網(wǎng)的空間拓?fù)?、環(huán)境感知的時(shí)變特性、無線信道傳輸特性和同頻干擾等關(guān)鍵因素。本發(fā)明所提解析方法可以用于快速評(píng)估某一種航空自組網(wǎng)場景和系統(tǒng)參數(shù)配置下能否滿足網(wǎng)絡(luò)生存性需求，以及找到使得信息年齡最小的最優(yōu)系統(tǒng)參數(shù)。4、本發(fā)明由航空科學(xué)基金(2022z001063001)資助。技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路1、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)生存性研究大多關(guān)注信息在網(wǎng)絡(luò)中有效傳輸問題，忽略了航空自組網(wǎng)是集信息感知、傳輸與處理決策為一體的端到端復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出基于信息及時(shí)性的航空自組網(wǎng)生存性解析方法，其中信息年齡是接收端最新成功接收且用于決策的感知數(shù)據(jù)的生存時(shí)間以表征信息及時(shí)性。具體地，采用隨機(jī)幾何和排隊(duì)理論分別建模航空自組網(wǎng)的空間拓?fù)涮匦院秃娇掌鞴?jié)點(diǎn)的環(huán)境感知時(shí)變特性，并引入無線信道模型中的路徑損耗模型和小尺度衰落模型，建立信息年齡與信息感知頻次、傳輸鏈路質(zhì)量等之間的映射關(guān)系，給出信息年齡的理論解析表達(dá)式用于評(píng)估網(wǎng)絡(luò)生存性和優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：3、一種基于信息及時(shí)性的航空自組網(wǎng)生存性解析方法，所述的航空自組網(wǎng)生存性解析方法首先，收集網(wǎng)絡(luò)信息建立航空自組網(wǎng)系統(tǒng)模型，包括航空自組網(wǎng)空間拓?fù)淠Ｐ?、發(fā)射機(jī)的環(huán)境信息感知模型、數(shù)據(jù)包調(diào)度與傳輸模型以及無線信道模型。其次，基于所建立的航空自組網(wǎng)系統(tǒng)模型，將峰值信息年齡拆分為端到端傳輸時(shí)延和連續(xù)成功傳輸?shù)母兄g隔時(shí)間，以求解平均峰值信息年齡，建立信息及時(shí)性解析表達(dá)式。第三，對(duì)不同系統(tǒng)參數(shù)組合和傳輸策略進(jìn)行性能評(píng)估與尋找最優(yōu)參數(shù)和傳輸策略。最后，根據(jù)尋優(yōu)結(jié)果，實(shí)施航空飛行器的信息傳輸方案。包含以下步驟：4、步驟一，信息收集和建立模型；5、步驟1.1，收集信息：根據(jù)信息來源的不同，信息收集過程主要包括三個(gè)過程：6、(1)航空器自身配置信息，包括通信時(shí)隙長度ts、環(huán)境信息感知頻率ζ、感知數(shù)據(jù)包大小k、通信帶寬w、數(shù)據(jù)包傳輸?shù)恼{(diào)度概率p。7、(2)航空器收發(fā)機(jī)交互信息，包括航空器收發(fā)機(jī)相對(duì)距離r0。8、(3)航空器通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)或地面控制中心獲取其他系統(tǒng)信息，包括航空器密度λ、航空器的平均海拔高度h、地球半徑rearth、歸一化噪聲功率σn2和空中鏈路的路徑損耗模型。所述的空中鏈路的路徑損耗模型為l(r)＝r-α，其中α是路徑損耗指數(shù)，r是無線信號(hào)歷經(jīng)的傳播距離。9、步驟1.2，建立航空自組網(wǎng)系統(tǒng)模型，包括如下五個(gè)步驟：10、步驟1.2.1，建立航空自組網(wǎng)空間拓?fù)淠Ｐ?。具體地，依據(jù)收集的航空器密度λ、地球半徑rearth和航空器所在高度信息h，將航空器節(jié)點(diǎn)的空間位置分布建模為分布在半徑為r＝rearth+h球面的泊松點(diǎn)過程模型φ，且泊松點(diǎn)過程的密度與航空器密度λ相同。11、步驟1.2.2，建立無線信道模型。具體地，采用冪率函數(shù)l(r)＝r-α建模信號(hào)的路徑損耗，其中α是路徑損耗指數(shù)，r是無線信號(hào)歷經(jīng)的傳播距離。小尺度信道衰落建模為瑞利衰落，小尺度信道功率衰落因子服從指數(shù)分布。12、步驟1.2.3，建立發(fā)射機(jī)的環(huán)境信息感知模型。具體地，依據(jù)收集的通信時(shí)隙長度ts、環(huán)境感知頻率ζ和感知數(shù)據(jù)包大小k比特，考慮一個(gè)等時(shí)隙的離散傳輸系統(tǒng)，其中時(shí)隙長度為ts，將感知數(shù)據(jù)過程建模為獨(dú)立伯努利到達(dá)過程，其中感知數(shù)據(jù)包的到達(dá)率與環(huán)境感知頻率ζ相同，即在每個(gè)時(shí)隙的起始邊界上航空器以概率ζ感知環(huán)境并生成一個(gè)k信息比特的數(shù)據(jù)包，并對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包賦予時(shí)間戳且存儲(chǔ)在緩存隊(duì)列中。13、步驟1.2.4，建立數(shù)據(jù)包調(diào)度模型。具體地，每個(gè)航空器采用先到先服務(wù)原則來傳輸緩存隊(duì)列中首個(gè)數(shù)據(jù)包。若航空器的緩存隊(duì)列非空，在時(shí)隙的起始邊界以調(diào)度概率p發(fā)送隊(duì)列首位的數(shù)據(jù)包，即數(shù)據(jù)包的發(fā)送概率。14、步驟1.2.5，建立數(shù)據(jù)包傳輸模型。具體地：15、若成功傳輸數(shù)據(jù)包，接收機(jī)向發(fā)射機(jī)反饋一個(gè)確認(rèn)信號(hào)，即ack信號(hào)，隨后發(fā)射機(jī)將成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包從緩存隊(duì)列中清除，而接收機(jī)將會(huì)以該當(dāng)前最新接收的感知數(shù)據(jù)包作為依據(jù)進(jìn)行決策。所述成功傳輸數(shù)據(jù)包是指發(fā)射機(jī)x0到接收機(jī)y0的鏈路容量c＝wlog(1+sinr)在一個(gè)時(shí)隙長度ts內(nèi)足以傳輸數(shù)據(jù)包大小k比特，即c×ts＞k，其中表示鏈路的信干噪比；r0表示航空器收發(fā)機(jī)的相對(duì)距離；|x-y0|表示干擾發(fā)射機(jī)x到接收機(jī)y0的距離；φ表示航空自組網(wǎng)的拓?fù)淠Ｐ?；ω是接收機(jī)y0由地球遮擋而形成的可視區(qū)域；和hx分別表示發(fā)射機(jī)x0和干擾發(fā)射機(jī)x到接收y0的小尺度信道功率衰落因子；l(r0)和l(|x-y0|)分別表示發(fā)射機(jī)x0和干擾發(fā)射機(jī)x到接收機(jī)y0的路徑損耗；bx是以概率p為1和以概率1-p為0的伯努利隨機(jī)變量表示發(fā)射機(jī)x是否發(fā)送數(shù)據(jù)；qx表示發(fā)射機(jī)x的緩存隊(duì)列中數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)；表示歸一化噪聲功率。16、若傳輸數(shù)據(jù)包失敗，即不滿足c×ts＞k，接收機(jī)向發(fā)射機(jī)反饋nack信號(hào)，且依然根據(jù)上一次成功接收的感知數(shù)據(jù)包進(jìn)行決策，而發(fā)射機(jī)將根據(jù)具體的傳輸策略來決定是否將未能成功傳輸數(shù)據(jù)包從緩對(duì)列中清除。17、進(jìn)一步的，所述的傳輸策略包括無重傳策略、無限重傳策略和基于最大重傳次數(shù)的重傳策略，其中當(dāng)采用無重傳策略時(shí)，數(shù)據(jù)包傳輸失敗后從緩存隊(duì)列中移除；當(dāng)采用無限重傳策略時(shí)，數(shù)據(jù)包傳輸失敗后不斷重傳直至成功傳輸才將其從緩存隊(duì)列中移除；當(dāng)采用基于最大重傳次數(shù)的重傳策略時(shí)，數(shù)據(jù)包傳輸失敗后進(jìn)行重傳并記錄重傳次數(shù)，若數(shù)據(jù)包的重傳次數(shù)大于預(yù)設(shè)的最大重傳次數(shù)將其從緩存隊(duì)列中移除。18、步驟二，建立信息及時(shí)性解析表達(dá)式；19、基于步驟1.2建立的航空自組網(wǎng)系統(tǒng)模型，通過求解平均峰值信息年齡建立信息及時(shí)性解析表達(dá)式，包括求解平均端到端傳輸時(shí)延、連續(xù)成功傳輸?shù)钠骄兄g隔時(shí)間；具體如下：20、為了體現(xiàn)航空自組網(wǎng)中環(huán)境信息及時(shí)性的邊界特性，本發(fā)明采用峰值信息年齡(peak?age?of?information,paoi)去表征網(wǎng)絡(luò)最差情況下的信息及時(shí)性，定義為在下一個(gè)數(shù)據(jù)包成功傳輸時(shí)當(dāng)前數(shù)據(jù)包可達(dá)的最高信息年齡值，即數(shù)據(jù)包在航空自組網(wǎng)中的最大生存時(shí)間(參考文獻(xiàn):inoue?y,masuyama?h,takine?t,et?al.ageneral?formula?for?thestationary?distribution?of?the?age?of?information?and?its?application?tosingle-server?queues[j].ieee?transactions?on?information?theory,2019,65(12):8305-8324.)。若索引為n和m為連續(xù)兩個(gè)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，基于數(shù)據(jù)包在航空自組網(wǎng)中所歷經(jīng)的過程，可以將paoi進(jìn)行拆分為易于理論分析的兩部分，表示如下：21、an＝(dm-am)+(am-an)22、其中，an表示第n個(gè)數(shù)據(jù)包的峰值信息年齡，an和am表示航空器的第n個(gè)和第m個(gè)數(shù)據(jù)包的感知時(shí)刻點(diǎn)；dn和dm分別表示發(fā)射機(jī)的第n個(gè)和第m個(gè)數(shù)據(jù)包被成功傳輸?shù)臅r(shí)刻點(diǎn)。23、對(duì)峰值信息年齡paoi進(jìn)行求期望操作得到平均峰值信息年齡，表示為其中，表示對(duì)隨機(jī)變量求期望操作；dm＝dm-am表示一個(gè)成功傳輸數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)包m)的端到端傳輸延遲，即從該數(shù)據(jù)包感知生成時(shí)刻起直至該數(shù)據(jù)包被成功傳輸?shù)臅r(shí)間段；xinter＝am-an表示發(fā)射端連續(xù)兩次成功傳輸數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)包n和數(shù)據(jù)包m)的感知時(shí)間差。24、因此，平均峰值信息年齡可以轉(zhuǎn)化為求解數(shù)據(jù)包的平均端到端傳輸時(shí)延和連續(xù)成功傳輸?shù)钠骄兄g隔時(shí)間25、步驟2.1，求解平均端到端傳輸時(shí)延26、感知數(shù)據(jù)包的端到端傳輸時(shí)延是指其到達(dá)發(fā)射機(jī)的時(shí)刻與成功傳輸至接收機(jī)的時(shí)刻之差，與發(fā)射機(jī)的調(diào)度和傳輸模型相關(guān)，本發(fā)明通過排隊(duì)理論進(jìn)行分析求解。具體如下：27、步驟2.1.1，首先，根據(jù)步驟1.2中發(fā)射機(jī)的環(huán)境信息感知模型，數(shù)據(jù)包的到達(dá)過程服從一個(gè)伯努利隨機(jī)過程。28、步驟2.1.2，其次，根據(jù)步驟1.2中數(shù)據(jù)包的調(diào)度和傳輸模型，數(shù)據(jù)包離開發(fā)射機(jī)隊(duì)列的服務(wù)過程與發(fā)射機(jī)的調(diào)度策略、數(shù)據(jù)包的傳輸策略和成功傳輸概率有關(guān)。此時(shí)，可以將感知數(shù)據(jù)的傳輸過程建模為一個(gè)geo/geo/1的隊(duì)列模型，其中到達(dá)率為ζ∈(0,1]，即環(huán)境信息感知頻率，服務(wù)率為ppdel，其中p∈(0,1]是每個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)包發(fā)送概率，pdel∈(0,1]是在一個(gè)時(shí)隙中數(shù)據(jù)包的移除隊(duì)列概率。29、步驟2.1.3，最后，根據(jù)排隊(duì)理論，得到平均端到端傳輸時(shí)延為：30、當(dāng)ppdel＞ζ時(shí)，平均端到端傳輸時(shí)延為當(dāng)ppdel≤ζ時(shí)，則其中，ζ表示環(huán)境信息感知頻率；ts表示通信時(shí)隙長度；p表示每個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)包發(fā)送概率；pdel是在一個(gè)時(shí)隙中數(shù)據(jù)包的移除隊(duì)列概率；(參考文獻(xiàn)：atencia?i?andmoreno?p.adiscrete-time?geo/g/1retrial?queue?with?general?retrial?times[j].queueing?systems,2004,48:5-21.)31、進(jìn)一步地，所述移除隊(duì)列概率pdel與具體傳輸策略有關(guān)，具體如下：32、當(dāng)發(fā)射機(jī)采用無重傳策略時(shí)，數(shù)據(jù)包移除隊(duì)列概率pdel＝1。33、當(dāng)發(fā)射機(jī)無限重傳策略時(shí)，數(shù)據(jù)包移除隊(duì)列概率pdel，采用迭代方法求解。具體地，令成功數(shù)據(jù)包移除隊(duì)列概率的初值為m(0)＝1，并利用如下公式進(jìn)行迭代計(jì)算：34、35、直至滿足條件|m(k+1)-m(k)|≤ε，其中ε是預(yù)設(shè)收斂閾值，例如設(shè)置ε＝10-6；k＝0,1,2…；rearth是地球半徑；r是航空所在球面的半徑；k表示數(shù)據(jù)包的比特大??；w是通信帶寬；ts是通信時(shí)隙長度；r0表示航空器收發(fā)機(jī)的相對(duì)距離；p表示發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)包發(fā)送概率；表示歸一化噪聲功率；α表示路損指數(shù)；λ表示航空器密度。令mε表示上述迭代方法計(jì)算出的移除隊(duì)列概率收斂值，即pdel＝mε。36、當(dāng)發(fā)射機(jī)采用基于最大重傳次數(shù)的重傳策略時(shí)，數(shù)據(jù)包移除隊(duì)列概率為其中nmax是最大重傳次數(shù)，是數(shù)據(jù)包的成功傳輸概率，并且采用迭代方法求解。具體地，令成功傳輸概率的初值為m(0)＝1，并利用如下公式進(jìn)行迭代計(jì)算：37、38、直至|m(k+1)-m(k)|≤ε，其中ε是預(yù)設(shè)收斂閾值，例如設(shè)置ε＝10-6；k＝0,1,2…；rearth是地球半徑；r是航空器所在球面的半徑；k表示數(shù)據(jù)包的比特大小；w是通信帶寬；ts是通信時(shí)隙長度；r0表示航空器收發(fā)機(jī)的相對(duì)距離；p表示發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)包發(fā)送概率；表示歸一化噪聲功率；α表示路損指數(shù)；λ表示航空器密度。令mε表示上述迭代方法計(jì)算出的成功傳輸概率收斂值，即求解數(shù)據(jù)包的移除隊(duì)列概率為pdel＝1/nmax+(nmax-1)/nmaxmε。39、步驟2.2，求解連續(xù)成功傳輸?shù)钠骄兄g隔時(shí)間40、對(duì)于連續(xù)成功傳輸?shù)母兄獣r(shí)間間隔xinter，首先在給定航空自組網(wǎng)拓?fù)洇諚l件下，連續(xù)成功傳輸?shù)母兄獣r(shí)間間隔xinter的條件概率分布是一個(gè)幾何分布，隨后對(duì)連續(xù)成功傳輸?shù)母兄獣r(shí)間間隔xinter的條件均值進(jìn)行關(guān)于航空自組網(wǎng)拓?fù)洇盏钠谕僮鳎瑥亩蠼膺B續(xù)成功傳輸?shù)钠骄兄g隔時(shí)間其中表示對(duì)隨機(jī)變量求期望操作。41、進(jìn)一步地，所述連續(xù)成功傳輸?shù)钠骄兄g隔時(shí)間與具體傳輸策略有關(guān)，具體如下：42、當(dāng)發(fā)射機(jī)采用無重傳策略時(shí)，求解可得43、44、其中f(·)是高斯超幾何函數(shù)(參考文獻(xiàn)：gradshteyn?i?and?ryzhik?i.table?ofintegrals,series,and?products?seventh?edition[m].academic?press,2007)；rearth是地球半徑；r是航空器所在球面的半徑；k表示數(shù)據(jù)包的比特大?。粀是通信帶寬；ts是通信時(shí)隙長度；r0表示航空器收發(fā)機(jī)的相對(duì)距離；表示歸一化噪聲功率；α表示路損指數(shù)；ζ表示環(huán)境信息感知頻率；λ表示航空器密度。45、當(dāng)發(fā)射機(jī)采用無限重傳策略時(shí)，求解可得46、當(dāng)發(fā)射機(jī)采用基于最大重傳次數(shù)的重傳策略時(shí)，求解可得47、48、其中，表示從mnmax個(gè)不同元素中取出k個(gè)元素的組合數(shù)；rearth是地球半徑；r是航空器所在球面的半徑；k表示數(shù)據(jù)包的比特大?。粀是通信帶寬；ts是通信時(shí)隙長度；r0表示航空器收發(fā)機(jī)的相對(duì)距離；pdel表示步驟2.1中所得的數(shù)據(jù)包的移除隊(duì)列概率；表示歸一化噪聲功率；α表示路損指數(shù)；ζ表示環(huán)境信息感知頻率；λ表示航空器密度。49、步驟三，性能評(píng)估與尋優(yōu)；50、性能評(píng)估與尋優(yōu)的總體過程為基于步驟1所建立的航空自組網(wǎng)系統(tǒng)模型以及采用步驟2所建立的信息及時(shí)性解析方法，依具體場景中一組系統(tǒng)參數(shù)配置(包括航空器密度、飛行高度、通信時(shí)隙長度、環(huán)境信息感知頻率和最大重傳次數(shù))評(píng)估當(dāng)前系統(tǒng)參數(shù)下的paoi，并在評(píng)估多組參數(shù)設(shè)置后，通過比較paoi的大小，尋找最佳通信時(shí)隙長度、環(huán)境信息感知頻率和最大重傳次數(shù)。51、步驟四，實(shí)施航空飛行器的信息傳輸方案；52、基于步驟三評(píng)估得到的最佳通信時(shí)隙長度和環(huán)境信息感知頻率，航空器發(fā)射機(jī)與接收機(jī)系統(tǒng)參數(shù)配置和方案選型，進(jìn)行最小化paoi的信息傳輸。所述方案選型是指根據(jù)解析方法所得paoi最小化所對(duì)應(yīng)的傳輸方案，包括本發(fā)明具體實(shí)施方案中無重傳方案、無限重傳方案和最大重傳次數(shù)的重傳方案等。53、本發(fā)明的有益效果為：54、(1)本發(fā)明的基于信息及時(shí)性的航空自組網(wǎng)生存性解析方法，采用信息年齡來表征航空自組網(wǎng)中信息感知、傳輸和處理為一體的端到端網(wǎng)絡(luò)生存性，同時(shí)構(gòu)建了一種基于隨機(jī)幾何和排隊(duì)理論的航空自組網(wǎng)生存性解析方法，其中考慮航空自組網(wǎng)的空間拓?fù)?、環(huán)境感知的時(shí)變特性、無線信道傳輸特性和同頻干擾等關(guān)鍵因素。55、(2)本發(fā)明所提解析方法可以用于快速評(píng)估某一種航空自組網(wǎng)場景和系統(tǒng)參數(shù)配置下能否滿足網(wǎng)絡(luò)生存性需求，以及找到使得信息年齡最小的最優(yōu)系統(tǒng)參數(shù)。特別地，所提出的解析方法是在統(tǒng)計(jì)意義上對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行的優(yōu)化。該方法不依賴于大規(guī)模系統(tǒng)級(jí)仿真，所需要的收集信息大多是相對(duì)靜態(tài)的，不需要頻繁地測(cè)量與匯報(bào)，避免了頻繁決策所引入的大量繁鎖的計(jì)算和資源消耗。56、綜上，本發(fā)明所提航空自組網(wǎng)生存性解析方法具有簡單、快捷、通用的優(yōu)勢(shì)，顯著降低計(jì)算復(fù)雜度和時(shí)間消耗。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12