[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111313384.9
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN114051273B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健;楊程竣;賈東睿
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04L45/00;H04L45/16;H04L41/14;G06N20/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、建立態(tài)勢信息管理系統(tǒng)；對節(jié)點(diǎn)態(tài)勢信息進(jìn)行采集和預(yù)處理，并使用特定組播機(jī)制更新并獲取全局態(tài)勢信息；

步驟S2、構(gòu)建適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的態(tài)勢信息模型；

步驟S3、基于深度學(xué)習(xí)提取環(huán)境特征，引入決策開關(guān)機(jī)制對問題規(guī)模進(jìn)行稀疏化處理；基于所述決策開關(guān)機(jī)制設(shè)計(jì)路由機(jī)制可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)層子系統(tǒng)，并提出動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S1中建立態(tài)勢信息管理系統(tǒng)具體包括：

步驟S1.1、利用拓?fù)涓兄@取態(tài)勢信息的功能，建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括態(tài)勢信息采集模塊和預(yù)處理模塊，對態(tài)勢信息進(jìn)行采集處理；

所述態(tài)勢信息采集模塊提取環(huán)境中的特征參數(shù)，具體包括：

步驟S1.1.1、在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中布置多種外接信息采集模塊，用于采集態(tài)勢信息；

步驟S1.1.2、基于環(huán)境變動率，確定節(jié)點(diǎn)的信息采集頻率；

步驟S1.1.3、基于物理層感知節(jié)點(diǎn)態(tài)勢信息，包括溫濕度、氣體濃度、信號強(qiáng)度、地理位置；

步驟S1.1.4、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的分組傳輸情況，獲得帶寬、時(shí)延、丟包率信息；

所述預(yù)處理模塊對態(tài)勢信息采集模塊獲取的特征參數(shù)進(jìn)行處理，進(jìn)行拓?fù)鋮?shù)初始化；具體包括：

步驟L1.1.1、確定對態(tài)勢信息的權(quán)重分配，按態(tài)勢參數(shù)的重要性進(jìn)行權(quán)重分配；

步驟L1.1.2、根據(jù)不同態(tài)勢特征的權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，并得到量化結(jié)果；

步驟L1.1.3、對獲取的量化結(jié)果進(jìn)行平均值處理。

步驟S1.2、使用特定組播機(jī)制更新并獲取全局態(tài)勢信息；

定義適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的組播通信協(xié)議，并生成組播網(wǎng)絡(luò)，用于更新全局態(tài)勢信息，降低系統(tǒng)開銷；將態(tài)勢信息特征量化表示如下：

Sta＝α·f_x+β·f_y+γ·f_z+…

其中f_x、f_y、f_z…表征節(jié)點(diǎn)從環(huán)境中獲得的參數(shù)信息，包括通過分組收發(fā)情況獲得的參數(shù)信息；α、β、γ…用于表征某一個(gè)參數(shù)信息的影響權(quán)重，取決于系統(tǒng)對該參數(shù)的重視程度；

進(jìn)行歸一化處理后公式表示如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2中構(gòu)建適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的態(tài)勢信息模型具體包括：

將網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域可視化為一張規(guī)則的地圖，對地圖進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，每個(gè)網(wǎng)格表示一個(gè)微型的局域網(wǎng)，即子區(qū)域；每個(gè)子區(qū)域包含若干節(jié)點(diǎn)；根據(jù)接節(jié)點(diǎn)外接的定位設(shè)備確定節(jié)點(diǎn)所在子區(qū)域；當(dāng)某個(gè)子區(qū)域沒有節(jié)點(diǎn)時(shí)，該子區(qū)域的環(huán)境特征量化值為無窮大；當(dāng)某個(gè)子區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的外設(shè)態(tài)勢信息探測單元獲得該子區(qū)域的態(tài)勢信息時(shí)，首先對所有態(tài)勢信息進(jìn)行平均值處理，然后獲得代表該子區(qū)域的態(tài)勢特征信息；在全網(wǎng)所有子區(qū)域中更新本地的態(tài)勢信息；通過所述組播協(xié)議，獲得全網(wǎng)的態(tài)勢信息，并保存在各自子區(qū)域的節(jié)點(diǎn)中；考慮邊界處理的每一個(gè)子區(qū)域態(tài)勢更新公式如下：

其中,f_i^t表示在當(dāng)前時(shí)刻t，子區(qū)域i的態(tài)勢信息量化值；δ表示子區(qū)域的感受視野覆蓋率，滿足：

其中R_i表示子區(qū)域i通過外設(shè)態(tài)勢信息探測單元可探知到的實(shí)際面積，H_i表示子區(qū)域i期望探測到的態(tài)勢信息面積；每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過組播協(xié)議進(jìn)行本地態(tài)勢信息的分發(fā)和融合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深度學(xué)習(xí)的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S3中引入決策開關(guān)機(jī)制對問題規(guī)模進(jìn)行稀疏化處理，具體包括：在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)并且高環(huán)境變動率的情況下，采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)提取復(fù)雜特征，所述復(fù)雜特征包括通信時(shí)延、地理信息、溫濕度、丟包率、SNR值、經(jīng)過量化處理的態(tài)勢信息的變動率和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小；將所述復(fù)雜特征作為決策執(zhí)行開關(guān)，根據(jù)態(tài)勢信息變動率，以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小，實(shí)時(shí)的選取適配的路徑規(guī)劃方法，其中態(tài)勢信息變動率根據(jù)在k個(gè)控制平面周期下，態(tài)勢信息變動的次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小根據(jù)當(dāng)前時(shí)間下入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行計(jì)算；并且為態(tài)勢信息變動率和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分別引入閾值m_th、n_th作為判斷標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)當(dāng)前態(tài)勢信息變動率m_tm_th時(shí)，表示變動率不高，否則變動率即為較高；當(dāng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模n_tn_th時(shí)，表示網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，否則網(wǎng)絡(luò)規(guī)模即為較大；根據(jù)不同的m_t、n_t值，將所述動態(tài)自適應(yīng)路徑規(guī)劃方法分為以下四種子類型：

(1)、當(dāng)m_tm_th且n_t≥n_th時(shí)，即表示環(huán)境變動率不高，并且當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模采用適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的態(tài)勢信息建模方法時(shí)，根據(jù)對態(tài)勢信息的矩陣化建模，可以輸出基于動態(tài)規(guī)劃的路徑算法，狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式如下：

其中，(i，j)為目的子區(qū)域的坐標(biāo)，表示子區(qū)域(i-1，j)與子區(qū)域(i,j)之間的路徑邊權(quán)值；Dp_(i，j)即為轉(zhuǎn)移方程的輸出；

(2)、當(dāng)m_tm_th且n_tn_th時(shí)，采用常規(guī)的基于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行態(tài)勢建模，此時(shí)可靠業(yè)務(wù)以及不可靠業(yè)務(wù)在環(huán)境變動率不高的情形下，都輸出基于源路由的路徑規(guī)劃方法；

(3)、當(dāng)m_t≥m_th且n_t≥n_th時(shí)，輸出經(jīng)過稀疏化處理之后的路徑規(guī)劃算法，提高系統(tǒng)對高動態(tài)環(huán)境下的適應(yīng)性以及降低整體的決策開銷；

(4)、當(dāng)m_t≥m_th且n_tn_th時(shí)，可以輸出基于逐跳路由的路徑規(guī)劃方法。