CN112528450A - 网络拓扑结构构建方法、终端设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

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CN112528450A CN202110053572.6A CN202110053572A CN112528450A CN 112528450 A CN112528450 A CN 112528450A CN 202110053572 A CN202110053572 A CN 202110053572A CN 112528450 A CN112528450 A CN 112528450A
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陈志明
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Abstract

本发明公开了一种网络拓扑结构的构建方法、终端设备和计算机可读存储介质，方法包括：计算Agent i对所有任务区的边际得分；结合所有任务区的边际得分，确定Agent i竞拍到的任务区；从任务区中确定符合预设条件的任务区及能够获得最大得分的插入位置；确定任务区的边际得分；如边际得分大于零，则更新Agent i的信息及更新共享的信息向量，直至所有任务区执行结束，得到所有网络节点之间的逻辑拓扑结构。本发明在互联互通的认知无线网络中通过研究复杂环境下突发事件的各种情况，建立不同的突发事件模型对应不同的任务分配目标函数及约束条件模型并求解，提高了认知无线电网络的传输性能。

Description

网络拓扑结构构建方法、终端设备和计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及一种网络拓扑结构的构建方法、终端设备和计算机可读存储介质，属于无线信号传输技术领域。
背景技术
万物互联涉及到智能制造、智慧医疗、智慧城市、物联网大数据，都需要大量的无线连接，所有的无线连接都需要频谱，频谱资源的有限性和对频谱资源的无限需求，为民用认知无线电技术创造了巨大的市场应用空间。
认知无线电网络，能够覆盖很宽的频段，意图完全使用软件来全面完成信号的基带处理、中频调制以及产生射频信号波形。通过加载不同的软件，认知无线电系统可支持不同的波形，支持不同的协议栈，灵活支持全新的系统能力，具备自组网，频谱感知，抗干扰，自适应，低时延，操作维护简单等特性，并能实现和既有无线系统的互联互通。
在互联互通的认知无线网络中，由于环境复杂会出现各种突发事件，例如：突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等，如何处理上述突发事件，以保证无线信号传输的稳定性及准确性至关重要。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种网络拓扑结构的构建方法和终端设备，以解决无线信号传输中的各种突发事件，保证传输的稳定性及准确性。
本发明的第一实施例提供了一种网络拓扑结构的构建方法，包括：
计算Agent i对所有任务区的边际得分
Figure 172863DEST_PATH_IMAGE001
；
结合所有任务区的边际得分
Figure 401588DEST_PATH_IMAGE002
，确定Agent i竞拍到的任务区；
从任务区中确定符合预设条件的任务区
Figure 587850DEST_PATH_IMAGE003
及能够获得最大得分的插入位置
Figure 373272DEST_PATH_IMAGE004
；
根据所述符合预设条件的任务区
Figure 374595DEST_PATH_IMAGE005
和所述能够获得最大得分的插入位置
Figure 869161DEST_PATH_IMAGE006
，确定任务区
Figure 588725DEST_PATH_IMAGE007
的边际得分
Figure 459729DEST_PATH_IMAGE008
；
如所述边际得分
Figure 581137DEST_PATH_IMAGE009
大于零，则更新所述Agent i的信息及更新共享的信息向量，直至所有任务区执行结束，得到所有网络节点之间的逻辑拓扑结构。
优选地，所述结合所述所有任务区的边际得分
Figure 512184DEST_PATH_IMAGE010
，确定Agent i竞拍到的任务区，具体为：
根据第一公式确定所述Agent i竞拍到的任务区，所述第一公式为：
Figure 476902DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 151597DEST_PATH_IMAGE012
表示Agent i对任务区
Figure 393091DEST_PATH_IMAGE013
的边际得分，
Figure 26198DEST_PATH_IMAGE014
表示Agent i对任务区
Figure 471086DEST_PATH_IMAGE015
的最大出价，
Figure 198739DEST_PATH_IMAGE016
为任务区的总数量。
优选地，从所述任务区中确定符合预设条件的任务区
Figure 779893DEST_PATH_IMAGE017
及能够获得最大得分的插入位置
Figure 505273DEST_PATH_IMAGE018
，确定任务区
Figure 437456DEST_PATH_IMAGE019
的边际得分
Figure 703222DEST_PATH_IMAGE020
，具体为：
根据第二公式确定符合预设条件的任务区，所述第二公式为：
Figure 138882DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 363059DEST_PATH_IMAGE022
表示Agent i的路径；
根据第三公式确定能够获得最大得分的插入位置
Figure 516960DEST_PATH_IMAGE023
，所述第三公式为：
Figure 586416DEST_PATH_IMAGE024
式中，
Figure 142162DEST_PATH_IMAGE025
表示Agent i的时间戳，
Figure 287973DEST_PATH_IMAGE026
为任务区序号，
Figure 912858DEST_PATH_IMAGE027
为任务区的最长序号；
根据第四公式确定任务区
Figure 536737DEST_PATH_IMAGE028
的边际得分
Figure 461837DEST_PATH_IMAGE029
，所述第四公式为：
Figure 512969DEST_PATH_IMAGE030
。
优选地，所述更新所述Agent i的信息及更新共享的信息向量，具体为：
根据第五公式更新所述Agent i的信息，所述第五公式为：
Figure 890730DEST_PATH_IMAGE031
式中，
Figure 52721DEST_PATH_IMAGE032
为Agent i当前所竞拍得到的第n个任务区的序号，
Figure 317480DEST_PATH_IMAGE033
表示Agent i竞拍得到的任务区
Figure 788782DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 404571DEST_PATH_IMAGE035
为获胜者集合；
根据第六公式更新共享的信息向量，所述第六公式为：
Figure 885100DEST_PATH_IMAGE036
。
优选地，在所述当在复杂环境下，发生突发故障时，建立每个逻辑层面上的所有所述网络节点之间的逻辑拓扑结构之后，还包括：
各个相邻Agent之间分享消息，所述消息包括获胜者集合
Figure 535524DEST_PATH_IMAGE037
、获胜者相应的出价
Figure 928459DEST_PATH_IMAGE038
和时间戳
Figure 546391DEST_PATH_IMAGE039
；
接收者根据接收到所述消息，采取对应的机制处理其内的每个任务区，所述机制包括：更新机制、复位机制和离开机制，具体地：
所述更新机制为：
Figure 315764DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure 820695DEST_PATH_IMAGE041
表示接收者Agent i对任务区
Figure 633799DEST_PATH_IMAGE042
的最大出价；
Figure 958601DEST_PATH_IMAGE043
表示发送者Agent k对任务区
Figure 797244DEST_PATH_IMAGE015
的最大出价；
Figure 874790DEST_PATH_IMAGE044
表示Agent i 竞拍得到的任务区
Figure 609528DEST_PATH_IMAGE045
；
Figure 608577DEST_PATH_IMAGE046
表示Agent k 竞拍得到的任务区
Figure 969020DEST_PATH_IMAGE013
；
所述复位机制为：
Figure 917384DEST_PATH_IMAGE047
；
所述离开机制为：
Figure 72291DEST_PATH_IMAGE048
；
优选地，所述时间戳
Figure 106106DEST_PATH_IMAGE039
根据第七公式更新，所述第七公式为：
Figure 644141DEST_PATH_IMAGE049
式中，
Figure 712592DEST_PATH_IMAGE050
表示Agent i与Agent k之间是否直接连通，若根据通信拓扑得知，Agent i与Agent k之间能够直接通信，则
Figure 38400DEST_PATH_IMAGE051
，否则
Figure 559511DEST_PATH_IMAGE052
；m表示在通信拓扑中与Agent k直接相连的Agent；
Figure 12489DEST_PATH_IMAGE053
表示Agent i从通信网络中收到Agent k信息的时间。
本发明的第二实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明的第三实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明的网络拓扑结构的构建方法、终端设备和计算机可读存储介质，相较于现有技术，具有如下有益效果：
本发明在互联互通的认知无线网络中通过研究复杂环境下突发事件的各种情况（突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等），建立不同的突发事件模型对应不同的任务分配目标函数及约束条件模型，并采用Extended-CBBA(ECBBA)策略进行求解，提高了认知无线电网络的传输性能。
本发明的网络拓扑结构的构建方法，能够显著提供微电网的经济收益。
附图说明
图1为本发明实施例中网络拓扑结构的构建方法的流程图；
图2为本发明实施例中网络拓扑结构的构建方法中基于SRN的无线电网络结构基础示意图；
图3为本发明实施例中网络拓扑结构的构建方法中所依据的突发故障模型及其处理策略设计图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
图1为本发明网络拓扑结构的构建方法的流程图。
图2为本发明实施例中网络拓扑结构的构建方法中基于SRN的无线电网络结构基础示意图。
图3为本发明实施例中网络拓扑结构的构建方法中所依据的突发故障模型及其处理策略设计图。
软件无线电（software defined radio- SDR），如图2所示，通过调用配套软件算法来改变它的工作频率，所占据的带宽以及所遵守的不同的无线标准。
本发明第一实施例的网络拓扑结构的构建方法，包括：
步骤1、计算Agent i对所有任务区的边际得分
Figure 450292DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤2、结合所有任务区的边际得分
Figure 697734DEST_PATH_IMAGE054
，确定Agent i竞拍到的任务区；
步骤3、从任务区中确定符合预设条件的任务区
Figure 220988DEST_PATH_IMAGE055
及能够获得最大得分的插入位置
Figure 477657DEST_PATH_IMAGE056
；
步骤4、根据符合预设条件的任务区
Figure 520699DEST_PATH_IMAGE057
和能够获得最大得分的插入位置
Figure 188310DEST_PATH_IMAGE058
，确定任务区
Figure 684013DEST_PATH_IMAGE059
的边际得分
Figure 728062DEST_PATH_IMAGE060
；
步骤5、如边际得分
Figure 360031DEST_PATH_IMAGE061
大于零，则更新所述Agent i的信息及更新共享的信息向量，直至所有任务区执行结束，得到所有网络节点之间的逻辑拓扑结构。
本发明中，分布在同一区域内的节点分别工作在两个不同的频谱区间内，在逻辑上构成两个不同的网络；每个逻辑拓扑之上的节点，基于CBBA策略在无线链路上形成本层次上的逻辑拓扑结构。
CBBA（Consensus-Based Bundle Algorithm)主要研究的是哪些Agent执行哪些任务区的问题，是一个分布的、多项式时间的、基于市场竞拍任务分配协议的算法，是一个能够避免冲突，高效解决突发事件的任务分配算法。
在详述本步骤之前，先对其中所涉及的参数进行阐述。
束（Bundle）：将束集定义为
Figure 464122DEST_PATH_IMAGE062
，其中元素
Figure 978280DEST_PATH_IMAGE063
表示Agent i当前所竞拍得到的第n个任务区的序号，例如:
Figure 576752DEST_PATH_IMAGE064
表示Agent1顺序竞拍得到的第5个元素是任务区3。Agent i任务集的长度为
Figure 578075DEST_PATH_IMAGE027
，在此规定所有Agent能够执行的最多任务区数为
Figure 869379DEST_PATH_IMAGE065
，将
Figure 605254DEST_PATH_IMAGE065
作为任务分配结束条件之一。束集是根据任务区被选择的先后顺序依次排列的，若当前Agent未竞拍得到任何任务区，则令
Figure 991105DEST_PATH_IMAGE032
为空集。
路径（Path）：将路径集合定义为
Figure 597666DEST_PATH_IMAGE066
,其中元素
Figure 309139DEST_PATH_IMAGE067
表示包含了目前Agent i当前所竞拍得到的任务区的序号，但是不同于束集的是该路径集合表示的是Agent i先后执行任务区的顺序，因此，路径顺序集合的长度与束集合的长度相同。
时间（Time）：时间集合定义为
Figure 266731DEST_PATH_IMAGE068
，其中
Figure 941426DEST_PATH_IMAGE069
表示Agent i根据当前路径顺序飞行到达任务区
Figure 917341DEST_PATH_IMAGE070
的时间，因为Agent i到达某一任务区的时间是根据路径顺序求得的，所以时间集是单调递增的，且时间集与路径集的长度相同。
获胜者（Winning Agents）：获胜者集合可表示为
Figure 550448DEST_PATH_IMAGE071
，且
Figure 2461DEST_PATH_IMAGE072
该元素存储了Agent i认为哪个Agent执行任务区n的信息，它是竞拍成功的Agent集合，具体的说就是，根据Agent i当前所获得的消息可知具体是哪个Agent最终竞拍得到了任务区n。若Agent i认为目前没有任何一个Agent竞拍到任务区n，则
Figure 746427DEST_PATH_IMAGE073
。
获胜者出价（Winning Bids）：获胜者出价集合为
Figure 327581DEST_PATH_IMAGE074
，其中
Figure 115277DEST_PATH_IMAGE075
表示Agent i知道的目前各Agent对任务区n的最大出价，若Agent i认为目前没有Agent竞拍到任务区n，则
Figure 781882DEST_PATH_IMAGE076
。
时间戳（Time Stamps）：时间戳为
Figure 313226DEST_PATH_IMAGE077
，其中
Figure 748887DEST_PATH_IMAGE078
表示Agent i 从通信网络中收到Agent n 最新信息的时间，时间戳的设立是为了记录一系列信息的新旧，且新信息总是基于旧信息进行更新的。
下面将详述步骤2。
图3为本发明实施例中网络拓扑结构的构建方法中所依据的突发故障模型及其处理策略设计图。
当在复杂环境下，发生突发故障时，建立每个逻辑层面上的所有所述网络节点之间的逻辑拓扑结构具体为：
步骤a：分别在每个逻辑层面上，计算Agent i对该逻辑层面上所有任务区的边际得分
Figure 707484DEST_PATH_IMAGE079
；遇到目标集合中的紧急目标，则根据当前位置与目标的距离远近进行排序，将符合条件的前N个故障对该目标的编辑得分初始化为正无穷。其余突发情况在该阶段均正常计算边际得分；
步骤b：确定Agent i竞拍到哪些任务区：
Figure 126964DEST_PATH_IMAGE011
步骤c：求得最符合条件的任务区
Figure 212732DEST_PATH_IMAGE080
及能够获得最大得分的插入位置
Figure 17746DEST_PATH_IMAGE081
：
Figure 163556DEST_PATH_IMAGE021
Figure 70332DEST_PATH_IMAGE024
Figure 943479DEST_PATH_IMAGE082
步骤d：若
Figure 619311DEST_PATH_IMAGE083
则退出，否则继续执行下一步骤；
步骤e：更新Agent i的信息：
Figure 670444DEST_PATH_IMAGE084
；
步骤f：更新共享的信息向量：
Figure 48204DEST_PATH_IMAGE085
；
步骤g：如果
Figure 475775DEST_PATH_IMAGE086
，则退出，否则返回步骤a继续执行。
本发明的第二实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明的第三实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
本发明在互联互通的认知无线网络中通过研究复杂环境下突发事件的各种情况（突发威胁、随机目标的出现或消失、目标优先级的改变、信号问题或故障等），建立不同的突发事件模型对应不同的任务分配目标函数及约束条件模型，并采用Extended-CBBA(ECBBA)策略进行求解，提高多通用飞机的战术使用灵活性。
本发明的网络拓扑结构的构建方法，能够显著提供微电网的经济收益。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种网络拓扑结构的构建方法，其特征在于，包括：
计算Agent i对所有任务区的边际得分
Figure 573740DEST_PATH_IMAGE001
；
结合所有任务区的边际得分
Figure 936720DEST_PATH_IMAGE002
，确定Agent i竞拍到的任务区；
从任务区中确定符合预设条件的任务区
Figure 723148DEST_PATH_IMAGE003
及能够获得最大得分的插入位置
Figure 298617DEST_PATH_IMAGE004
；
根据所述符合预设条件的任务区
Figure 808095DEST_PATH_IMAGE005
和所述能够获得最大得分的插入位置
Figure 840511DEST_PATH_IMAGE006
，确定任务区
Figure 68230DEST_PATH_IMAGE007
的边际得分
Figure 447390DEST_PATH_IMAGE008
；
如所述边际得分
Figure 326222DEST_PATH_IMAGE009
大于零，则更新所述Agent i的信息及更新共享的信息向量，直至所有任务区执行结束，得到所有网络节点之间的逻辑拓扑结构。
2.根据权利要求1所述的网络拓扑结构的构建方法，其特征在于，所述结合所述所有任务区的边际得分
Figure 14692DEST_PATH_IMAGE010
，确定Agent i竞拍到的任务区，具体为：
根据第一公式确定所述Agent i竞拍到的任务区，所述第一公式为：
Figure 949282DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 646979DEST_PATH_IMAGE012
表示Agent i对任务区
Figure 645897DEST_PATH_IMAGE013
的边际得分，
Figure 521580DEST_PATH_IMAGE014
表示Agent i对任务区
Figure 458312DEST_PATH_IMAGE015
的最大出价，
Figure 232406DEST_PATH_IMAGE016
为任务区的总数量。
3.根据权利要求2所述的网络拓扑结构的构建方法，其特征在于，从所述任务区中确定符合预设条件的任务区
Figure 39825DEST_PATH_IMAGE017
及能够获得最大得分的插入位置
Figure 820830DEST_PATH_IMAGE018
，确定任务区
Figure 244858DEST_PATH_IMAGE019
的边际得分
Figure 2467DEST_PATH_IMAGE020
，具体为：
根据第二公式确定符合预设条件的任务区，所述第二公式为：
Figure 195551DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure 413037DEST_PATH_IMAGE022
表示Agent i的路径；
根据第三公式确定能够获得最大得分的插入位置
Figure 573629DEST_PATH_IMAGE023
，所述第三公式为：
Figure 151241DEST_PATH_IMAGE024
式中，
Figure 949564DEST_PATH_IMAGE025
表示Agent i的时间戳，
Figure 587218DEST_PATH_IMAGE026
为任务区序号，
Figure 969527DEST_PATH_IMAGE027
为任务区的最长序号；
根据第四公式确定任务区
Figure 101562DEST_PATH_IMAGE028
的边际得分
Figure 3659DEST_PATH_IMAGE029
，所述第四公式为：
Figure 281057DEST_PATH_IMAGE030
。
4.根据权利要求3所述的网络拓扑结构的构建方法，其特征在于，所述更新所述Agenti的信息及更新共享的信息向量，具体为：
根据第五公式更新所述Agent i的信息，所述第五公式为：
Figure 885082DEST_PATH_IMAGE031
式中，
Figure 804497DEST_PATH_IMAGE032
为Agent i当前所竞拍得到的第n个任务区的序号，
Figure 311833DEST_PATH_IMAGE033
表示Agent i竞拍得到的任务区
Figure 25711DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 382612DEST_PATH_IMAGE035
为获胜者集合；
根据第六公式更新共享的信息向量，所述第六公式为：
Figure 840138DEST_PATH_IMAGE036
。
5.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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