一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法，本方法基于复杂网络理论中的节点效率和临近节点贡献作用的概念，实现对导航台设备网络的脆弱性评估。具体步骤如下：利用节点效率对单一导航台设备节点脆弱性赋值，其次考虑实际物理场景中相临导航台节点之间的脆弱度的贡献关系，建立融合节点度值的初步临接矩阵；导航台失效导致飞机改航或备降，区域内航路流量转移效率高的相邻节点，选用失效导航台节点效率对矩阵修正，航路流量的转移存在一定比例关系，选用相邻导航台节点效率对矩阵再修正。导航台节点的脆弱性由自身效率值、度值以及相邻导航台节点效率和度值刻画，这种方法能更好的评估导航台设备网络的规划合理性，相对传统评估方法更加快捷，并且对空管技术保障系统中其他保障设备具有很好的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法
本专利技术属于复杂网络应用
本专利技术涉及一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络评估方法。特别涉及到航路流量的分配和调度问题。
技术介绍
民航导航设备主要用于引导航空器的起飞、巡航、着陆，并为飞机提供航向距离等定位信息，确保航空器沿着给定航路正确飞行，是支撑国内空中交通管理的重要设施。近年来，随着飞行流量以及导航设备网络化程度提高，同时导航设备遭受着不同程度的自然灾害、人为破坏，导航设备服务连续性严重受阻，脆弱性也暴露无遗。当前研究复杂网络脆弱性多侧重于电力系统、交通运输、生物等领域，复杂网络理论是分析空管设备脆弱性、使其保障航路持续运行的有效方法，但这一领域相关研究甚少。其中，袁贵宏研究了空管设备保障的风险评估管理，将业务持续性概念引入空管设备保障。李苏亚研究了重大灾害冲击下空管设备的脆弱性和保障能力。此外一些关于机场网络和航空网络的脆弱性和业务持续性研究对该问题研究具有一定借鉴意义。Li提出了两种绝对和相对空间脆弱性指数，对中国民航网络系统做了评估。Li通过模糊重要性评价方法对美国和中国重要机场网络的脆弱性做了详尽的对比分析。张超引入了一种不完全信息条件下的复杂网络攻击模型，分析了航空通信网络的鲁棒性。此外，关于机组恢复、旅客恢复的相关成果也可以提供研究借鉴。导航设备服务的连续性包括设备提供功能的持续性和服务覆盖范围的持续性两个方面。设备功能连续性的影响因素包括：设备使用年限、设备故障率、设备保障和维护状态以及备用设备建设状态。这些因素强调的更多是经济的投入和管理体系的完善。服务覆盖范围的持续性主要涉及的是设备布局的合理性和飞机间隔控制的有效性，即通过飞行流量的合理分配来杜绝因流量控制而导致的飞行延误等问题。当因流量控制而导致设备服务连续性受阻时我们定义保障设备过载。
技术实现思路
无向无权图网络用G=(V,M,A)表示，设图G中含有n个节点，m条边，V代表节点集合，V={v1,v2,…vn},M代表边集合，M={m1,m2,…mm},为邻接矩阵，代表节点之间关系。ψij=0或ψij=1分别表示节点间物理联系不相连与相连，节点选取为导航台设备，边选取导航台设备之间的航线。在实际导航台设备网络中，若某导航台节点故障或失效，则途径该导航台节点的飞机航线就会发生改变，整个网络的飞行流量也将重新分配，即故障导航台节点的飞行流量分配给其临近导航台节点。若临近导航台节点能够承受所配给的流量，系统网络依旧畅通运行，倘若超过临近导航台节点的极限负载使临近导航台节点出现流量控制，说明流量分配不合理需要进一步的流量调配。因此节点的脆弱度不仅与其所在网络的位置有关，还与临近节点的贡献作用密切相关。为了将节点的全局脆弱性和临近节点的贡献作用相结合，引入节点效率的概念。导航台的节点效率可以描述为该台到其他导航台节点的平均难易程度，体现该导航台节点对网络飞行流量的控制能力，即对整个网络做出的贡献，定义为：(1)节点的效率值越大，则节点在网络流量传输过程中所处的位置越重要，且遭到不同攻击模式时导致网络脆弱性增大的可能性也越大。考虑网络实际物理情景可知，相连导航台节点对间存在脆弱度的传递关系，因此，可以形成关于导航台节点对间脆弱度贡献关系的拓扑，这是一种实际网络拓扑的映射。导航台节点间最主要的脆弱度贡献关系体现在相邻导航台节点之间，而邻接矩阵An×n可以反映相邻节点之间的直接关系，因此可以用融合了节点度的邻接矩阵的映射矩阵来表达相邻导航台节点之间脆弱度贡献关系。导航台节点之间的脆弱度贡献关系定义为：(2)其中，n为节点数目,L为网络的平均度值,Di为节点i的度值，ψij为邻接矩阵中的相应元素，当两个导航台节点相连时取1否则取0，对角线的数值代表导航台节点对自身的重要度贡献关系值也为1，Di/(L)2表示由度表征的节点i的重要度贡献给相邻各节点。从表达式可以看出节点的重要度是平均分配给临近节点，而在实际物理环境中，若某导航台节点失效导致飞机改航或备降，在燃油量、机型、驾驶员执照等限制条件下，飞机必须选择条件适宜、距离最短的导航台节点进行导航。节点效率可以描述节点到其他节点的平均难易程度，故可以考虑结合节点效率，对式2进行修正。修正1：度表征的是节点的局部重要性，而节点效率表征的是节点在整个网络中的全局重要性，因此，乘以节点自身的节点效率可以更加确切的表达节点贡献给临近节点的重要度值。(3)从表达式（3）可以看出节点的重要度值是平均贡献给临近的各个节点，而在实际物理环境中导航台节点的每个临近导航台节点因节点效率的不同在整个网络中的重要程度也有所差异，即节点将贡献值分配给各个临近节点时也存在一定的比例关系。临近导航台节点的效率越高，意味着该导航台的连通性越好，即该导航台节点距离别的导航台节点的最短路径就越短。因此，当导航台节点失效时，其贡献值更容易分配给临近导航台节点中节点效率比较高的台，即贡献值分配的比例关系可以由临近节点的节点效率值决定。修正2：(4a)带入可得：(4b)导航台节点的重要性包括：自身在网络中的全局重要性Ii和临近导航台节点的脆弱度贡献值，综合考虑这两方面的因素，构建如下的导航台节点脆弱性评估模型：(5)由式5可以看出导航台节点的脆弱度取决于自身的效率值、度值、相邻导航台节点的效率值和度值。综合考虑全局与局部的重要性，符合节点脆弱性评估的实际情况。附图说明图1是导航台设备网络中单一节点脆弱性评估方法的流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法,其特征在于，融合复杂网络理论，分析导航台节点本身脆弱性评估指标和考虑临近节点脆弱性贡献关系，进而考量了空管技术保障系统的业务可持续性。

【技术特征摘要】
1.一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法,其特征在于，融合复杂网络理论，分析导航台节点本身脆弱性评估指标和考虑临近节点脆弱性贡献关系，进而考量了空管技术保障系统的业务可持续性。2.其中，导航台节点本身脆弱性评估指标构建，用于分析单一节点对导航台设备网络脆弱性影响评估；考虑临近导航台节点脆弱性贡献关系，用于分析导航台设备网络流量分配过程对网络脆弱性影响评估。3.根据权利要求1所述的导航台节点本身脆弱性评估，引入节点效率，描述为该台到其他导航台的平均难以程度，体现该导航台对网络飞行流量的控制能力。4.根据权利要求1所述的考虑临近导航台节点脆弱性贡献关系，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建初始临接矩阵，然后给初始临接矩阵每一项乘以节点度值平均分配值，表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩松臣，李朋，樊凯，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51