本技术涉及无线通信领域，旨在通过实时信息驱动，对航空自组网的生存性进行深入解析。该方法首先通过收集网络信息构建航空自组网系统模型，随后基于该模型，对峰值信息年龄进行分解，以评估网络的生存性。
背景技术
根据CMU/SEI技术报告(参见报告：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.)，网络生存性是指网络在面临攻击、发生故障或意外事故时能及时完成任务的能力。这是从生存性的定性角度展开的，无法作为客观评定一项技术是否可以提升网络生存性性能和提升多少的量化指标。虽然部分学者给出了有线网络或无线网络的可生存性评估指标和量化方法，如网络节点的平均无故障时间、可靠度、可用度及使用寿命等(参考文献：石琼,丁英华,秦丽,等.无线传感器网络可生存性评估研究[J].中北大学学报(自然科学版),2020,41(05):418-430+436.)和网络的停运时长(参考文献：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.)。目前为止，仍没有统一标准，需要根据目标网络的特定功能，将网络生存性的一般定义转化为可量化解析的评估指标。对于航空自组网，其主要功能之一是将航空器感知的环境数据及时可靠地与控制端或其他航空器进行信息交互，用于实时决策。通常，实时决策更关注最新的环境状态信息。然而，感知数据包在无线传输过程中会面临着各种挑战，如动态拓扑导致的网络连通性迅速变化、信道衰落、同频干扰以及恶意攻击等非理想传输因素。当信息传输失败时，在源或中继节点会出现积压现象，接收机无法及时获取最新的环境状态信息进行决策，导致决策产生偏差，使得航空自组网不能完成关键服务。因此，解析环境感知数据的传输及时性是研究航空自组网生存性的基本前提。
为了增强信息的传输及时性，大多研究工作集中于提升信息流通的有效性，例如提高传输速率和可靠性或降低传输时延。然而，对于航空自组网这种集信息感知、信息传输与信息处理为一体的端到端复杂信息网络，其信息及时性问题并非单纯地等价于信息流通的有效性问题。这是由于信息的及时性取决于当前环境状态和用于决策的环境状态信息之间的差异性，与环境状态变化快慢、感知频次和感知数据在无线网络中的传输时延均具有强相关性。具体而言，若环境感知频次越高，航空器需要传输的感知数据越多，在源节点或中继节点中缓存时间就越长，使得控制端用于决策的环境状态信息与当前环境状态时间间隔就越长，差异就可能会越大。若航空器的传输效率越高，数据传输延迟就越短，接收机用于当前决策的感知信息则越贴近当前环境状态，其中传输效率与无线传输特性息息相关，包括无线衰落、干扰和无线带宽资源等。然而，若航空器的环境感知频次低，即使收发机系统具有高传输效率，也难以及时地传输正确决策所需要的环境状态信息。这意味着以传输有效性和可靠性为目标的传统无线传输优化设计并不能解决端到端的信息及时性问题。针对该问题，现有研究提出信息年龄的概念以表征数据在网络中及时性，其中信息年龄定义为用于决策的最新环境状态信息自其产生以来在网络中的生存时间，并以信息年龄作为目标对无线传输方法进行优化设计(参考文献：Kaul S,Yates R and Gruteser M.Real-timestatus:How often should one update？[C]//2012Proceedings IEEE INFOCOM,Orlando,2012:2731-2735.)。由此，航空自组网采用流通信息的生存时间作为网络的生存性量化指标，其中信息年龄越小则意味着信息传输越及时，用于决策的环境状态信息就越贴近实际环境。若信息年龄始终大于一定阈值，则意味着航空自组网无法及时地将最新感知的环境信息传输至控制端，从而造成决策偏差。然而，针对无线传输特性对信息及时性影响的研究，现有工作大多采用高度抽象的传输模型，如无错信道、擦除信道、马尔科夫信道和基于“冲突”的信息并发等模型来简单表征，忽略了航空自组网拓扑变化特性、无线信道传播特性和同频干扰等关键物理层因素对信息及时性的重要影响。
基于此，本发明提出采用信息年龄来表征航空自组网中信息感知、传输和处理为一体的端到端网络生存性，同时构建了一种基于随机几何和排队理论的航空自组网生存性解析方法，其中考虑航空自组网的空间拓扑、环境感知的时变特性、无线信道传输特性和同频干扰等关键因素。本发明所提解析方法可以用于快速评估某一种航空自组网场景和系统参数配置下能否满足网络生存性需求，以及找到使得信息年龄最小的最优系统参数。
本发明由航空科学基金(2022Z001063001)资助。
实现思路