CN103874224A - 一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，包括以下步骤：S1：信息按照并发的方式进入中心节点，所述中心节点对信息进行缓存；S2：对进入中心节点的每个信息进行时效性分析：根据信息的价值与时间的关系对信息的时敏性进行分析，在信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析，在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析，根据信息的时敏性、信息利用状态与信息利用窗口的关系以及信息的效能对信息的时效性进行分析；S3：根据信息的时效性为信息价值与信息效能的乘积对上述进行时效性分析的信息按照时效性的高低进行排列，中心节点将信息按照时效性由高到低的顺序将信息向非中心节点发送。

Description

一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法。

背景技术

随着卫星通信网络的发展，卫星网络功能也日益健全，因此卫星网络中信息的种类也越来越多。卫星通信网结构复杂，功能完备，是现代化高科技战争、商业、外交必不可少的设施。卫星通信网络的信息各异，包括探测信息、终端通信的实时信息、气象信息、测绘信息、控制信息、车载及船载导航信息以及有线电视，卫星通信信息等。不同的信息类型，其发挥的作用，信息的价值和带来的经济效益都各不相同，因此，在处理利用过程中有必要先了解每一种信息的特性，然后分析每种信息特性在利用处理过程中所产生的影响。

在卫星通信过程中，现有技术中大多都是采用发送端将信息发送至接收端，接收端对接收到的信息进行处理后发出，在处理过程中，没有考虑到信息的多种特性，例如信息的价值与时间的关系、信息的完整性、信息在时间轴上的有效性以及信息的效能等问题，因此对信息的特性没有准确的掌握在对信息的发送过程中会造成发送信息阻塞、造成信息滞留或者丢失的现象。

在对信息分析过程中：传统的信息分析方法一般都是单独的分析信息的价值，信息的时延等等，而没有综合的考虑信息是一种多因素的影响。目前国内外有利用机会窗口来分析信息的时效性，在一定程度上能较为真实的模拟信息在作战指挥过程中的时效性，而固定的机会窗口不能完全很好的匹配信息在产生到结束时间段的信息的利用程度。对于多元信息时效性的研究中给出了一整套信息时效性的评估方案，比较适合模拟多元信息利用处理过程的信息时效性的评估，但是其没有从机理上模拟信息的时间特性，另外其信息在系统处理过程中的权重很难做到符合实际，而只是以一种近视估计的方式对其进行研究，不能真实的反映实际系统中多元信息的信息时效性。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，包括以下步骤：

S1：信息按照并发的方式进入中心节点，所述中心节点对信息进行缓存；

S2：对进入中心节点的每个信息进行时效性分析：根据信息的价值与时间的关系对信息的时敏性进行分析，在信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析，在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析，根据信息的时敏性、信息利用状态与信息利用窗口的关系以及信息的效能对信息的时效性进行分析；

S3：根据信息的时效性为信息价值与信息效能的乘积对上述进行时效性分析的信息按照时效性的高低进行排列，中心节点将信息按照时效性由高到低的顺序将信息向非中心节点发送。

进一步的，根据信息价值与时间的关系对信息的时敏性进行分析时：信息价值在时间轴上衰减速度快信息时敏性高，信息价值在时间轴上衰减速度慢时敏性低。

进一步的，在信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析时：在信息利用窗口的开始位置信息开始被利用，在信息利用窗口结束位置信息利用处理结束。

进一步的，在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析时：只有当信息利用窗口和信息存在区间窗口存在交集时，信息处理利用才具有意义，信息才具有效能。

进一步的，根据信息的时敏性、信息利用状态与信息利用窗口的关系以及信息的效能对信息的时效性进行分析时：在最佳信息利用窗口下，在信息开始利用时刻，信息的价值保持最大值不变，信息时效性随着信息利用的增长而增长。

进一步的，所述信息时效性为信息价值和信息效能的乘积，即：

S(t)＝D(t)·V(t)

其中S(t)为信息时效性函数，D(t)为信息效能函数，V(t)为信息价值函数。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于信息时效性分析方法的信息收发方法，当中心节点接收到信息后对信息进行缓存，然后对信息的时效性进行分析，根据信息的时效性高低向非中心节点发送信息，即按照信息时效性由高到低的顺序发送信息，从而保证卫星通信过程中的信息的服务质量，确保通信流畅。其中在对信息进行时效性分析时充分考虑了信息价值与时间的关系即信息的时敏性、对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析、在对信息处理过程中对信息的效能进行分析，从而确定信息的时效性，根据信息的时效性高低对信息进行排列，然后将信息时效性高的信息先发送出去，信息时效性低的信息后发送出去。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中中心节点与非中心节点卫星通信的示意图；

图2信息价值与时间的关系示意图；

图3信息利用窗口示意图；

图4信息效能与时间关系的曲线示意图；

图5信息时效性与时间关系的曲线示意图；

图6信息利用窗口与信息价值曲线对应关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

卫星网络的信息各异，其时间特性各不相同，为更好地利用这些信息，使其达到更大的效能，非常有必要针对信息的时间特性开展研究。

1、信息的生成时间：

信息生成时间将对信息时效性产生较大影响，所述信息生成时间包括信息采集时间、信息处理时间和信息传输时间的和，信息的生成时间用T₁表示，并且信息的采集时间T_samp、信息的处理时间T_proc和信息的传输时间T_trans之和为T₁。其中，T_samp为信息采集时间，T_proc为信息处理时间，T_trans为信息传输时间。可见，卫星网络的信息生成时间取决于信息采集、处理和传输时间，三项时间值越小，信息生成时间越短，信息越新鲜。因此，应增强对卫星网络信息监视能力，缩短信息采集时间；增强信息处理能力，甚至是星上处理能力，减少处理时间；完善卫星网络传输协议，降低传输时延；以达到全方面的加快卫星网络信息生成。

2、信息价值

信息价值是信息作为资源的有用程度，反映信息的应用价值。信息价值不仅取决于信息的准确性和完整性，还取决于信息在时间上的有效性。一般情况下，信息价值随着时间的增大而衰减，信息越新鲜愈能反映目标的实际状态，其价值就越大，随着时间的延迟，信息价值会逐渐衰减以至消失。在实际应用中，环境信息的价值可能存在突然消失的情况。信息价值失效的原因可能是环境突变、信息变化、对信息的需求改变等。为了定量描述信息的价值，把信息失效时间定义为临界时间，信息的价值与时间关系的曲线如图2所示。

3、信息利用窗口

信息利用窗口示意图如图3所示，在信息利用窗口的时刻T_S，信息开始被利用，在信息利用窗口的结束时刻，信息利用处理结束。信息利用处理窗口是活动的，不固定的，即起始时刻和结束时刻不确定，可以根据信息利用处理开始和结束时刻确定窗口的大小。当且仅当信息利用窗口和信息存在区间窗口有交集的时候，信息处理利用才具有意义，信息才具有效能。

4、信息效能

信息效能曲线如图4所示，可以看出信息效能随着处理时间的增大而增大，即信息处理时间越长，信息处理利用的越完全，信息效能也越大，并且信息效能在信息处理的初期增长比较快，后面增长较慢，最后无限接近最大值，这也是符合常识的。

5、信息时效性定义

信息时效性如图5所示，最佳信息利用窗口下，在信息开始利用时刻，信息的价值保持最大值不变，信息时效性随着信息利用的增长而增长，这是因为，信息利用时间越长，信息利用的越完全，信息的效能也就越大，信息的时效性也越大，可以达到最大值，随着时间的继续增长，信息价值发生快速的衰减，尽管这是信息效能具有上升的趋势，但是信息的效能增长的不明显，因此总的趋势变现为衰减，即出现如图5所示的信息时效性的衰减。通过分析得到：欲获得较好的信息时效性，信息的利用时刻应该尽可能的早，并且结束时刻尽可能的晚，这样信息在较长的时间都具有时效性。因此提出了最佳信息利用窗口的概念，在最佳的信息利用窗口下，信息能够获得最大的信息时效性。信息的时效性是一个多属性的函数，和信息的时敏系数，信息利用系数，信息价值和信息的利用窗口的大小都有关，因此，要获得较大的信息时效性，应该合理的配置这些参数。

根据上述的信息特性分析信息的时效性然后进行卫星通信，完成信息的收发，如图1所示，具体步骤如下：

S1：首先信息按照并发的方式进入中心节点，然后中心节点对信息进行缓存。

S2：对进入中心节点的每个信息进行时效性分析：分析信息的时敏性、信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析，在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析，根据上述的信息特性分析多个信息的时效性，如果信息的利用时刻较早、信息的被利用时间较长、即利用结束时刻较晚，信息在较长的时间都具有时效性。

S3：根据信息的时效性取决于信息价值与信息效能的乘积，对上述进行时效性分析的信息按照时效性的高低进行排列，中心节点将时效性高的信息先发送出去，再发送时效性较低的信息。

进一步的，根据信息价值与时间的关系对信息的时敏性进行分析时：信息价值在时间轴上衰减速度快信息时敏性高，信息价值在时间轴上衰减速度慢时敏性低。

进一步的，在信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析时：在信息利用窗口的开始位置信息开始被利用，在信息利用窗口结束位置信息利用处理结束。

进一步的，在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析时：只有当信息利用窗口和信息存在区间窗口存在交集时，信息处理利用才具有意义，信息才具有效能。

进一步的，根据信息的时敏性、信息利用状态与信息利用窗口的关系以及信息的效能对信息的时效性进行分析时：在最佳信息利用窗口下，在信息开始利用时刻，信息的价值保持最大值不变，信息时效性随着信息利用的增长而增长。

实施例：

如图3为信息价值示意图，由上述分析可知，信息在刚生成时刻的价值是最高的，设为V₀，一般来说，信息的价值在一定的区间上保持不变，随着时间的增加，信息的价值衰减，V₀·f(t)，最后在某个临界点，信息价值消失，信息价值公式如式（1）所示：

式中，V₀为信息的最大值，一般认为V₀等于信息量H₀，T₁为信息生成时刻，T₂为信息衰减时刻，T₃为信息失效时刻。f(t)为衰减函数，不同信息的衰减函数及衰减方式也不一样，可以根据信息在利用过程中发挥的作用及其信息类型来确定f(t)的形式。一般来讲，信息价值是按指数规律衰减，即：

f(t)＝e^-αt （2）

其中α为时敏系数，α∈(0,+∞)，表示信息价值衰减的快慢程度，它将影响T₂、T₃与T₁的相对值。α即信息的时敏程度，α大的信息时敏性高，信息价值衰减快，α小的信息时敏性低，信息价值衰减慢。例如，对于侦察信息、时统信息等时敏性高的信息，α值较大，f(t)是快衰减函数，因此T₂、T₃相对于T₁的值将较小。

图3画出了信息利用窗口，设信息开始被利用的时刻为T_S，利用完成的时刻为T_E，且T_S≤T_E，[T_S,T_E]构成了反映信息使用要求的时间区间即信息利用窗口。信息利用窗口是活动的，不固定的，由信息利用开始时刻和结束时刻确定。由于信息使用和结束时刻可以发生在任何时刻，可知由于信息利用目的不同、信息利用者不同，信息利用窗口会呈现出不同长短、不同位置的特性。换句话说，信息利用窗口由信息利用者根据不同的信息利用目的来决定。信息利用开始时刻T_S，可能发生在信息价值曲线T₁、T₂、T₃各个时间点的之前、当前、之后的任何时刻，同样，信息利用结束时刻T_E也可能发生在信息价值曲线T₁、T₂、T₃各个时间点的之前、当前、之后的任何时刻，约束条件为T_S≤T_E。可见，信息利用窗口会严重影响到信息利用的效能。

图4信息效能示意图。信息效能D(t)的计算公式如下：

其中β为信息利用系数，(β∈(0,+∞))，用来表示信息效能随时间变化的程度，β越大，信息利用能力越强，信息效能增加得越快。一定的时间长度之后，信息效能趋于平稳，增长缓慢，接近最大值。当T_E＞＞T_S且t无限接近T_E时，信息效能将达到最大值D₀。从图4可以看出：信息效能D(t)随着信息利用窗口的增大而增大，并且增长的速度越来越慢，最后趋于平稳并接近最大值。这是因为利用窗口越大，信息的理解、分析、融合、利用越充分，信息效能也越大；窗口增大到一定程度之后，信息利用能力饱和，信息效能增长缓慢。

图5为信息时效性函数示意图。信息时效性函数取决于信息价值和信息效能的乘积，用如下公式表示：

S(t)＝D(t)·V(t)（4）

从公式可以看出，一方面，信息时效性函数S(t)与信息价值V(t)有关，取决于V₀、T₁、T₂、T₃、α等参数；另一方面，信息时效性函数S(t)与信息效能D(t)有关，取决于D₀、T_S、T_E、β等参数。即信息时效性函数S(t)所能达到的理论上的最大值为S_max，S(t)＝rS_max的时间段记为(τ,τ+T_max)，定义理想信息时效性为S_tmax，单位为bit秒。r为0～1之间的小数，本研究中取r＝0.1。

$S_{t\max }={\∫}_{\mathrm{\τ}}^{\mathrm{\τ}+T_{\max }}S\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(5\right)$

在实际应用中，由于信息价值、信息利用窗口之间的不匹配，信息时效性函数S(t)达到的极值记为S₀，小于理论最大值，S(t)＝rS₀的时间点为(τ,τ+T₀)。

定义信息绝对时效性S_t如式（6）所示，简称信息时效性，单位为bit秒，对应图中的阴影部分面积。

$S_t={\∫}_{\mathrm{\τ}}^{\mathrm{\τ}+T_0}S\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(6\right)$

定义信息相对时效性s_t如式（7）所示，无量纲。

$S_t=\frac{S_t}{S_{t\max }}---\left(7\right)$

图6信息利用窗口与信息价值曲线对应关系图，图6中十种信息利用窗口情况如下：

①0≤T_S＜T_E≤T₁，信息利用窗口期间，信息尚未生成；

②T_S≤T₁＜T_E≤T₂，信息利用窗口开始于信息生成之前，结束于信息价值尚未下降期间；

③T₁≤T_S＜T_E≤T₂，全部信息利用窗口处于信息价值尚未下降期间；

④T₁≤T_S＜T₂＜T_E≤T₃，信息利用窗口开始于信息价值尚未下降期间，结束于信息价值衰减期间；

⑤T₂≤T_S＜T_E≤T₃，全部信息利用窗口处于信息价值衰减期间；

⑥T₂≤T_S＜T₃≤T_E，信息利用窗口开始于信息价值衰减期间，结束于信息价值失效之后；

⑦T_S≤T₁＜T₂＜T_E≤T₃，信息利用窗口开始于信息生成之前，结束于信息价值衰减期间；

⑧T₁≤T_S＜T₂＜T₃≤T_E，信息利用窗口开始于信息价值尚未下降期间，结束于信息价值失效之后；

⑨T_S≤T₁＜T₂＜T₃≤T_E，信息利用窗口开始于信息生成之前，结束于信息价值失效之后；

⑩T₃≤T_S＜T_E，信息利用窗口期间，信息价值已经失效。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：信息按照并发的方式进入中心节点，所述中心节点对信息进行缓存；

S2：对进入中心节点的每个信息进行时效性分析：根据信息的价值与时间的关系对信息的时敏性进行分析，在信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析，在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析，根据信息的时敏性、信息利用状态与信息利用窗口的关系以及信息的效能对信息的时效性进行分析；

S3：根据信息的时效性为信息价值与信息效能的乘积对上述进行时效性分析的信息按照时效性的高低进行排列，中心节点将信息按照时效性由高到低的顺序将信息向非中心节点发送。

2.根据权利要求1所述的一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，其特征还在于：根据信息价值与时间的关系对信息的时敏性进行分析时：信息价值在时间轴上衰减速度快信息时敏性高，信息价值在时间轴上衰减速度慢时敏性低。

3.根据权利要求1所述的一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，其特征还在于：在信息存在区间窗口上对信息利用状态与信息利用窗口的关系进行分析时：在信息利用窗口的开始位置信息开始被利用，在信息利用窗口结束位置信息利用处理结束。

4.根据权利要求1所述的一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，其特征还在于：在对信息进行处理的过程中对信息的效能进行分析时：只有当信息利用窗口和信息存在区间窗口存在交集时，信息处理利用才具有意义，信息才具有效能。

5.根据权利要求1所述的一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，其特征还在于：根据信息的时敏性、信息利用状态与信息利用窗口的关系以及信息的效能对信息的时效性进行分析时：在最佳信息利用窗口下，在信息开始利用时刻，信息的价值保持最大值不变，信息时效性随着信息利用的增长而增长。

6.根据权利要求1所述的一种基于信息时效性分析方法的信息收发方法，其特征还在于：所述信息时效性为信息价值和信息效能的乘积，即：

S(t)＝D(t)·V(t)

其中S(t)为信息时效性函数，D(t)为信息效能函数，V(t)为信息价值函数。

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