蔣馥蔚，王葉群，李艷福，趙尚弘

(空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院軍事航空通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710071)

地面戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)Ad-Hoc作戰(zhàn)單元，是一種分布式終端直通(device to device,D2D)網(wǎng)絡(luò)[1]，節(jié)點(diǎn)依據(jù)作戰(zhàn)需求攜帶武器裝備，遂行具體作戰(zhàn)任務(wù)，往往有固定的執(zhí)行路徑與活動(dòng)范圍，不能隨意移動(dòng)位置，單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間由于地形或障礙物的因素，網(wǎng)絡(luò)分割及節(jié)點(diǎn)脫網(wǎng)時(shí)有發(fā)生。保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞耐暾?，是保證信息有效傳輸?shù)那疤?，已有的?duì)于多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c優(yōu)化的研究，主要從鏈路控制的角度出發(fā)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率控制的手段重新構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如文獻(xiàn)[2]在區(qū)分信息流類(lèi)別的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)功率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加邊控制的方法來(lái)重構(gòu)拓?fù)洌晃墨I(xiàn)[3-4]通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)功率選擇路徑，文獻(xiàn)[5-6]考慮網(wǎng)絡(luò)整體業(yè)務(wù)效率，采用功率控制與業(yè)務(wù)重路由等方式提高傳輸有效性。文獻(xiàn)[7]采用自適應(yīng)人工免疫算法，設(shè)計(jì)層次型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)功耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。這些研究，均沒(méi)有考慮當(dāng)拓?fù)溥B通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)因遮擋而脫網(wǎng)或相鄰節(jié)點(diǎn)超出節(jié)點(diǎn)最大覆蓋范圍時(shí)，單純使用調(diào)整功率的方式很難或無(wú)法修復(fù)拓?fù)溥B通性。

基于此，現(xiàn)提出，隨著地面D2D節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，空中無(wú)人機(jī)中繼主要用來(lái)輔助地面網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)通信，使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔３滞暾?，因此稱(chēng)空中無(wú)人機(jī)中繼為拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)，暫不考慮移動(dòng)速率等因素，使拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)與地面網(wǎng)絡(luò)呈相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)監(jiān)視地面網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?yōu)化及重構(gòu)拓?fù)?。?dāng)?shù)孛婀?jié)點(diǎn)由于遮擋或損毀等因素脫網(wǎng)時(shí)，拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)調(diào)整相對(duì)位置，維持拓?fù)渫暾浴?/p>

1 相關(guān)研究

關(guān)于無(wú)人機(jī)中繼的D2D網(wǎng)絡(luò)的研究所考慮的場(chǎng)景，如圖1所示，空中無(wú)人機(jī)中繼是靜止盤(pán)懸的狀態(tài)以代替地面基站[8]，或者地面節(jié)點(diǎn)是靜止?fàn)顟B(tài)，從中繼部署、中繼信道選擇、節(jié)點(diǎn)能量?jī)?yōu)化等角度，主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)資源分配[9-10]，而對(duì)于地面節(jié)點(diǎn)與空中節(jié)點(diǎn)都需要移動(dòng)推進(jìn)，過(guò)程中拓?fù)溥B通情況的保持，尚未引起關(guān)注。

圖1 拓?fù)錂C(jī)器人中繼的地面分布式Ad-Hoc作戰(zhàn)單元

現(xiàn)有的對(duì)多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c優(yōu)化的研究，主要從鏈路控制的角度出發(fā)，通過(guò)加邊減邊以及業(yè)務(wù)重路由等方式提高傳輸有效性?，F(xiàn)提出的拓?fù)錂C(jī)器人補(bǔ)盲的方式，是一種節(jié)點(diǎn)控制算法，通過(guò)調(diào)整拓?fù)錂C(jī)器人的相對(duì)位置，使處于冗余位置的拓?fù)錂C(jī)器人移動(dòng)來(lái)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，改善網(wǎng)絡(luò)連通性。中繼部署算法的拓?fù)錂C(jī)器人與地面節(jié)點(diǎn)是異構(gòu)的關(guān)系，拓?fù)錂C(jī)器人對(duì)拓?fù)涞谋O(jiān)視，是對(duì)地面分布式節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置的一種集中管理，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行重要性量化，以有效優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

拓?fù)錂C(jī)器人調(diào)整相對(duì)位置的依據(jù)，便是要找到網(wǎng)絡(luò)連通關(guān)鍵點(diǎn)。評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)連通關(guān)鍵點(diǎn)的常用方法，就是找到網(wǎng)絡(luò)中對(duì)連通性影響最大的節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)重要度的方法來(lái)度量。歷年來(lái)研究節(jié)點(diǎn)重要度所演化的算法，已有的有節(jié)點(diǎn)刪除法、介數(shù)法、收縮法、模型分析方法等，以節(jié)點(diǎn)連接度、節(jié)點(diǎn)間最短路徑等作為度量指標(biāo)；考慮節(jié)點(diǎn)之間的相互作用，文獻(xiàn)[11-12]提出了評(píng)價(jià)矩陣、貢獻(xiàn)矩陣來(lái)得出節(jié)點(diǎn)重要度排序。在已有算法的基礎(chǔ)上，考慮節(jié)點(diǎn)連通重要性，從是否割點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)度值及信息流傳輸效率衡量，分別反映了節(jié)點(diǎn)分裂影響度，局部重要性與全局重要性。并按照預(yù)防性拓?fù)渲貥?gòu)與修復(fù)性拓?fù)渲貥?gòu)兩個(gè)方面來(lái)設(shè)計(jì)拓?fù)錂C(jī)器人重構(gòu)拓?fù)渌惴ā?/p>

2 節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

2.1 理論基礎(chǔ)

定義網(wǎng)絡(luò)圖中，節(jié)點(diǎn)集合分別為任務(wù)節(jié)點(diǎn)集合V，拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)集合R，連接拓?fù)錂C(jī)器人邊的集合L，任務(wù)節(jié)點(diǎn)之間邊的集合M，因此設(shè)圖G=(V,R,L,M)是一個(gè)無(wú)自環(huán)的無(wú)向網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中總的節(jié)點(diǎn)數(shù)量n=n(V)+n(R)。

2.1.1 定義1 鄰接矩陣

設(shè)分布式網(wǎng)絡(luò)G的鄰接矩陣用E(G)=(aij)n×n表示，考慮雙向通信鏈路，其中aij表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的連通情況，若i和j之間存在鏈路，則aij=1，否則aij=0。G是無(wú)向圖，E(G)是對(duì)稱(chēng)矩陣。

2.1.2 定義2 節(jié)點(diǎn)鄰域

節(jié)點(diǎn)最大發(fā)送功率所覆蓋的區(qū)域稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)鄰域，用Rmax(vi)=G[Nmax(vi),Emax(vi)]表示，其中Nmax(vi)為落入節(jié)點(diǎn)vi鄰域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，Emax(vi)為節(jié)點(diǎn)vi鄰域拓?fù)涞逆溌芳稀?/p>

2.1.3 定義3 節(jié)點(diǎn)度值

節(jié)點(diǎn)的度值digi與節(jié)點(diǎn)重要度的關(guān)系很大，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)的影響力可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)度值來(lái)反映，節(jié)點(diǎn)度值是指與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)直接互聯(lián)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。節(jié)點(diǎn)度值越大，該節(jié)點(diǎn)對(duì)其相鄰節(jié)點(diǎn)的影響越大。節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，是節(jié)點(diǎn)工作在最大發(fā)送功率下的節(jié)點(diǎn)度值。

2.1.4 定義4 割點(diǎn)及連通度

節(jié)點(diǎn)vi是割點(diǎn)，或稱(chēng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)存在不同于vi的2個(gè)頂點(diǎn)vu、vω，使得vi在每一條由vu到vω的路上。存在V-{vi}的一個(gè)劃分V-{vi}=U∪W，其中U∩W=?，使得?vu∈U,?vi∈V滿(mǎn)足vi在每一條由vu到vω的路上。當(dāng)關(guān)節(jié)點(diǎn)vi失效時(shí)，必然會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)分裂。沒(méi)有關(guān)節(jié)點(diǎn)的連通圖稱(chēng)為重連通圖。圖的連通度定義為，至少移除k個(gè)頂點(diǎn)才能破壞圖的連通性，則該圖的連通度為k。用數(shù)學(xué)描述為：設(shè)V′是V中任一非空真子集，若圖G連通而G[V-V′]不連通，則稱(chēng)V′是G的點(diǎn)割集。最小點(diǎn)割集中頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)就是圖G的連通度κ(G)。

2.1.5 定義5 節(jié)點(diǎn)重要度貢獻(xiàn)矩陣

網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)總數(shù)為n，〈k〉為節(jié)點(diǎn)的平均度值,若節(jié)點(diǎn)vi的度為digi,則該節(jié)點(diǎn)將重要度的digi/〈k〉2貢獻(xiàn)給每一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)。將所有節(jié)點(diǎn)對(duì)其相鄰節(jié)點(diǎn)的重要度貢獻(xiàn)比例值用矩陣的形式表示出來(lái)，便是節(jié)點(diǎn)重要度貢獻(xiàn)矩陣，即

HIC=

(1)

式(1)中：δij為貢獻(xiàn)分配參數(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(vi，vj)直接相連時(shí)值為1，否則值為0；對(duì)角線上的1為每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)自身的重要度貢獻(xiàn)比例值；HICij為節(jié)點(diǎn)j對(duì)節(jié)點(diǎn)i的重要度貢獻(xiàn)比例值，可以看出重要度貢獻(xiàn)比例值越大的節(jié)點(diǎn)，其對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)的影響也越大。鄰接矩陣與HIC具有相同的結(jié)構(gòu)，HIC是網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣的一個(gè)映射，其規(guī)則為

(2)

2.1.6 定義6 節(jié)點(diǎn)效率

2.1.7 定義7 節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)矩陣

用度來(lái)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)之間的重要度關(guān)聯(lián)，用節(jié)點(diǎn)傳輸貢獻(xiàn)率標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)信息傳輸中的位置，可以得到重要度評(píng)價(jià)矩陣HE為

HE=

(3)

2.2 節(jié)點(diǎn)重要度評(píng)價(jià)的算法設(shè)計(jì)

(4)

計(jì)算出的網(wǎng)絡(luò)中的最重要節(jié)點(diǎn)就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性及網(wǎng)絡(luò)信息傳輸起到關(guān)鍵作用的節(jié)點(diǎn)，一旦該節(jié)點(diǎn)失效，會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)分裂，造成網(wǎng)絡(luò)性能較大的下降。考慮節(jié)點(diǎn)連通重要性，從是否割點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)度值及信息流傳輸效率衡量，分別反映了節(jié)點(diǎn)分裂影響度，局部重要性與全局重要性。從節(jié)點(diǎn)重要度定義來(lái)看，節(jié)點(diǎn)的重要度貢獻(xiàn)及節(jié)點(diǎn)效率都是小于1的歸一化參量，而割點(diǎn)權(quán)值賦值2，可見(jiàn)，割點(diǎn)是拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)首先考慮的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)割點(diǎn)時(shí)，才需要對(duì)連通關(guān)鍵點(diǎn)依據(jù)該公式重新計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)，若只有一個(gè)割點(diǎn)，只需要比較拓?fù)錂C(jī)器人的重要度以確定移動(dòng)重要度最小的拓?fù)錂C(jī)器人。若網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有割點(diǎn)，維持拓?fù)洮F(xiàn)狀。

3 基于拓?fù)錂C(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)算法

要進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)，拓?fù)錂C(jī)器人要能夠判斷在當(dāng)前拓?fù)渲械年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以及脫網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。拓?fù)錂C(jī)器人周期性發(fā)送拓?fù)涮綔y(cè)消息，收集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，步驟如下。

(1)基于割點(diǎn)判定，預(yù)防性拓?fù)渲貥?gòu)。通過(guò)深度優(yōu)先算法，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)割點(diǎn)，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度，進(jìn)行重要度排序。在進(jìn)行預(yù)防性重構(gòu)時(shí)，重要度最小的拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)需要判斷自身局部冗余度，通過(guò)一跳鄰域確定自身不是割點(diǎn)，兩跳鄰域確定自身移動(dòng)后不會(huì)帶來(lái)新的割點(diǎn)。

(2)基于拓?fù)涮綔y(cè)響應(yīng)周期的延遲，進(jìn)行斷點(diǎn)判定，修復(fù)性拓?fù)渲貥?gòu)。在進(jìn)行修復(fù)性重構(gòu)時(shí)，設(shè)定拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)在5個(gè)周期未收到某節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)，即認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)已脫網(wǎng)，需要啟動(dòng)修復(fù)性重構(gòu)算法，修復(fù)性重構(gòu)依然要計(jì)算拓?fù)錂C(jī)器人的重要度排序，并判斷自身移動(dòng)不會(huì)帶來(lái)新的網(wǎng)絡(luò)分裂，再移動(dòng)去修復(fù)拓?fù)?。?dāng)節(jié)點(diǎn)大面積失效時(shí)，需要按算法多次移動(dòng)多個(gè)拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)。拓?fù)渲貥?gòu)流程如圖2所示。

圖2 拓?fù)渲貥?gòu)流程圖

4 實(shí)驗(yàn)分析

從兩個(gè)方面分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，介紹依據(jù)節(jié)點(diǎn)重要度對(duì)拓?fù)錂C(jī)器人進(jìn)行位置調(diào)整所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的提升的衡量方法，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障數(shù)與拓?fù)錂C(jī)器人數(shù)量之間的關(guān)系的表現(xiàn)形式。

4.1 預(yù)防性重構(gòu)抗毀性分析及節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

對(duì)于割點(diǎn)對(duì)抗毀性造成的影響，適用聚合度來(lái)衡量，表達(dá)式為

(5)

式(5)中：S為由圖G的若干頂點(diǎn)構(gòu)成的集合，若G-S是不連通的，則稱(chēng)S為圖G的一個(gè)頂點(diǎn)割；|S|為這個(gè)頂點(diǎn)割中頂點(diǎn)的數(shù)目。將C(G)記為圖G的所有頂點(diǎn)割組成的集合。圖G-S的連通分支數(shù)被記為w(G-S)，圖G-S的最大連通分支的節(jié)點(diǎn)數(shù)記為τ(G-S)。最大分支頂點(diǎn)數(shù)越多，連通分支越少，割點(diǎn)越少，一個(gè)圖的聚合度i(G)越大，那么它所對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的抗毀性越強(qiáng)。當(dāng)|S|=0時(shí)，w=1，τ=N，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)越多，抗毀性越強(qiáng)。

圖3 存在割點(diǎn)和預(yù)防性重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

表1 節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算及排序

若不考慮割點(diǎn)權(quán)值，計(jì)算出最重要的節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)v3，而節(jié)點(diǎn)v3失效并不會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)分裂，對(duì)于連通性而言，影響不如割點(diǎn)v6。找到節(jié)點(diǎn)重要度最小的拓?fù)錂C(jī)器人v7，v7的兩跳領(lǐng)域拓?fù)溥B通，移動(dòng)后不會(huì)帶來(lái)新的割點(diǎn)；移動(dòng)至離當(dāng)前位置最近的預(yù)防性重構(gòu)位置，連接{v6,v5,v9}來(lái)估計(jì)修復(fù)后的抗毀度，如圖3(b)所示，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)不再有割點(diǎn)，因此，w=1最大連通分支頂點(diǎn)數(shù)為τ=9，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)抗毀度為i=9,抗毀性增量為Δi=9-2.5=6.5，因此機(jī)動(dòng)拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)v7來(lái)進(jìn)行預(yù)防性重構(gòu)可以提高網(wǎng)絡(luò)抗毀性。

4.2 重構(gòu)前后性能比較

對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)故障數(shù)比較多，拓?fù)錂C(jī)器人移動(dòng)修復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性的性能測(cè)試，需要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)仿真來(lái)驗(yàn)證。使用NS-3網(wǎng)絡(luò)模擬軟件對(duì)拓?fù)渲貥?gòu)算法性能進(jìn)行仿真測(cè)試，仿真環(huán)境為地面任務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)100個(gè)，非均勻分布在400 km×400 km的范圍內(nèi)，地面節(jié)點(diǎn)視距通信半徑為最大8 km,節(jié)點(diǎn)鏈路由于地形以及建筑物遮擋等因素會(huì)發(fā)生中斷，空中拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)5個(gè)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)覆蓋半徑最大為100 km,拓?fù)錂C(jī)器人之間可以實(shí)現(xiàn)視距通信，地空鏈路仰角對(duì)地空鏈路連通性的影響暫不考慮。仿真中應(yīng)用層采用CBR數(shù)據(jù)流，每個(gè)報(bào)文512 Byte，設(shè)置300個(gè)數(shù)據(jù)流，通過(guò)設(shè)置不同的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，采用多次仿真求平均值的方式，對(duì)比了在拓?fù)渲貥?gòu)前后網(wǎng)絡(luò)性能的變化情況，采用分組成功投遞率作為分析的依據(jù)。分組成功投遞率反映網(wǎng)絡(luò)處理和傳輸數(shù)據(jù)的能力。其定義為：在應(yīng)用層，目的節(jié)點(diǎn)接收到的分組數(shù)與源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組數(shù)之比。

由圖4(a)可以看出，拓?fù)錂C(jī)器人在網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有故障時(shí)，預(yù)防性重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，重?gòu)后的分組成功投遞率一直保持在較高水平，而重構(gòu)前，隨著發(fā)包速率的增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí), 拓?fù)渲嘘P(guān)鍵點(diǎn)成了數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的瓶頸, 使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞, 大量分組無(wú)法成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn), 投遞率快速減少。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在重構(gòu)算法的作用下逐漸趨于均衡, 為路由的優(yōu)化選擇和負(fù)載均衡分配提供較好的基礎(chǔ), 提高了通信效率, 優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能。

圖4 發(fā)包速率和網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)對(duì)分組成功投遞率的影響

圖4(b)仿真中發(fā)包速率為1個(gè)數(shù)據(jù)包/s, 可以看到，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的故障數(shù)較少時(shí)，重構(gòu)前后的分組成功投遞率都較高，這是由于網(wǎng)絡(luò)中存在拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)，少量故障對(duì)拓?fù)溥B通性破壞不明顯，關(guān)鍵點(diǎn)發(fā)生故障的概率也較小，隨著網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)的增加，分組成功投遞率快速減少，這是由于網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大量故障時(shí), 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的故障概率也隨之增大, 對(duì)拓?fù)溥B通性破壞嚴(yán)重, 使網(wǎng)絡(luò)中可用路由減少, 造成生存下來(lái)的路徑傳輸質(zhì)量和效率下降, 導(dǎo)致成功到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的分組數(shù)急劇減少。拓?fù)渲貥?gòu)策略通過(guò)拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)修復(fù)拓?fù)涔收喜?duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化, 為上層協(xié)議的高效運(yùn)行提供了保障, 使網(wǎng)絡(luò)性能得到了有效的恢復(fù), 增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。

研究并未考慮時(shí)延、節(jié)點(diǎn)相對(duì)速度、信道容量、能耗等其他因素，主要關(guān)注點(diǎn)在拓?fù)溥B通性的保持上，為了驗(yàn)證拓?fù)錂C(jī)器人對(duì)拓?fù)渲貥?gòu)的可靠性與有效性，與現(xiàn)有的鏈路控制算法對(duì)比，理論上可以推測(cè)出，當(dāng)處于最大發(fā)射功率的條件下，所有的加邊算法都無(wú)法繞過(guò)遮擋進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，也無(wú)法超出節(jié)點(diǎn)鄰域加邊重構(gòu)。而本文算法在考慮最大發(fā)射功率的前提下，通過(guò)增加冗余拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)，來(lái)監(jiān)視拓?fù)?，改善連通，與鏈路控制的加邊算法結(jié)合，可以有效節(jié)約能量，提高網(wǎng)絡(luò)抗毀性。

為了與鏈路控制算法進(jìn)行對(duì)比，按照文獻(xiàn)[2]中的抗毀性定義，網(wǎng)絡(luò)中正常傳遞信息的信息流條數(shù)會(huì)隨著通信實(shí)體的不斷損毀而減少，因此其信息流抗毀度為網(wǎng)絡(luò)中連通節(jié)點(diǎn)對(duì)與損毀節(jié)點(diǎn)總數(shù)的比值，也就是分組成功投遞率隨著網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)的變化關(guān)系。文獻(xiàn)[2]中的綜合抗毀度f(wàn)，當(dāng)各種信息流具有相同的權(quán)值時(shí)，反映的便是網(wǎng)絡(luò)的分組成功投遞率隨網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)的變化關(guān)系，在本文算法相同的仿真前提條件下，不設(shè)置拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)，采用文獻(xiàn)[7]中的DABC算法，進(jìn)行多次仿真取平均，得到如圖4(b)中所示結(jié)果。本文算法結(jié)果是多次仿真取平均，因此曲線較文獻(xiàn)[7]的仿真結(jié)果6平滑，但得到的抗毀度取值區(qū)間與文獻(xiàn)[7]的仿真結(jié)果6一致，當(dāng)節(jié)點(diǎn)損毀比率達(dá)到20%時(shí)，其對(duì)應(yīng)隨機(jī)攻擊抗毀性能f處于區(qū)間[0.4,0.6]，即分組成功投遞率低于60%，而本文算法分組成功投遞率可接近80%，DABC算法分組成功投遞率明顯低于本文算法。這是由于加邊算法無(wú)法獲得超出節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加邊連接，而本文算法通過(guò)拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)冗余獲得拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更大的靈活性，除損壞節(jié)點(diǎn)無(wú)法通信外，存留節(jié)點(diǎn)均可重新建立連接，因此帶來(lái)更好的抗毀性能。

5 結(jié)論

為提高地面戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)Ad-Hoc作戰(zhàn)單元的拓?fù)淇箽?，增加拓?fù)錂C(jī)器人來(lái)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?duì)連通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)分裂影響度、鄰居斷鏈影響度、最短路徑中斷影響度來(lái)綜合定義，計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度，機(jī)動(dòng)重要度最小的拓?fù)錂C(jī)器人節(jié)點(diǎn)來(lái)重構(gòu)與修復(fù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，仿真結(jié)果表明了拓?fù)錂C(jī)器人對(duì)網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的提升。研究并未考慮時(shí)延、能耗、冗余代價(jià)等與增加拓?fù)錂C(jī)器人對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響相關(guān)的其他變量，下一步，考慮拓?fù)錂C(jī)器人部署方法給地面移動(dòng)Ad-Hoc作戰(zhàn)單元帶來(lái)更多性能提升，如最小化時(shí)延、最小化能量等指標(biāo)，開(kāi)展更多相關(guān)研究。