一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法技术

本发明专利技术提供一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，其步骤A：构建数据链网络结构可靠性模型，步骤B：生成数据链网络失效模式，步骤C：评估数据链网络的结构可靠性。本方法针对现有的数据链网络可靠性评估方法在针对数据链网络耦合性和异构性等问题上的局限性，通过建立数据链网络的静态超网络模型，从静态拓扑结构的视角评估数据链网络可结构靠性，覆盖视角全面，可移植性强，具有较好的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法
本专利技术提出了一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，它涉及一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，属于可靠性
和复杂性科学领域。
技术介绍
近年来的战争实践表明，仅依靠过去通过改善武器装备的物理性能来增强诸如坦克、装甲车、作战飞机和舰艇等主要打击平台的火力强度已经不能有效的适用于作战体系间的对抗模式，数据链已经成为现代战争中实现联合作战的有力保障，是提高体系对抗作战能力的重要因素。未来战争是一体化程度很高的战争，作战体系将受到全方位、多层次和全时空的威胁。数据链以通信网络为纽带，以指控连通为核心，将遍布陆海空天的战场感知系统、火力打击系统等作战要素联合为一个有机整体的作战网络系统，实现全维感知、实时传输和智能决策，是未来信息化、智能化和一体化军队战斗力的倍增器。数据链将战场上的各种指挥控制系统组成一个一体化的互联网络，它能方便地将战场情报、目标数据和指挥信息等分层式或广播式分发，实现战场空间内的诸如敌方作战平台对己方威胁等级、攻击目标的类型、位置、运动状况等信息的资源共享，而也正是因为信息资源庞杂、种类繁多，信息交互单元数量大、数据链网络结构多层且复杂，整个系统更关注顶层设计、层级之间协同性要求高等因素，对传统的可靠性建模方法提出了根本性的挑战。特别是传统的针对独立单元或结构的可靠性评估已经无法满足数据链系统对整体可靠性的要求。复杂网络理论作为一种抽象描述复杂系统整体结构与系统内部个体间交互规律的模型方法，为数据链系统的网络化抽象与建模提供了理论基础。然而，现有网络可靠性建模及评价手段仅适合处理局部单一性质的网络系统，在数据链网络的可靠性评估上，忽视了网络结构的异质性和耦合性，无法覆盖数据链系统各个维度下的框架结构。超网络理论作为复杂网络理论的一个分支，可以用来描述和表示不同层级网络之间的相互作用和影响，满足数据链网络对结构异质性和耦合性要求，建立起多层耦合的静态超网络，能更加贴合系统的真实框架结构，有利于分析数据链系统单元间、层级间的耦合故障。本专利技术主要对数据链网络的结构可靠性评估提出了一套解决方案，首先根据所研究数据链系统的实际情况，基于超网络分析，对数据链系统进行结构可靠性建模，该可靠性模型将数据链系统的实际框架结构抽象成超网络，建立起数据链网络的静态超网络模型，并给出静态超网络模型下的结构可靠性指标，后以此结构可靠性模型为基础，使用建立起的不同失效模式对数据链系统进行结构可靠性测评，分析结果最终完成数据链网络的结构可靠性评估，对数据链系统的静态框架结构优化具有指导性意义，具有视角全、易分析、移植性强等特点。
技术实现思路
本专利技术主要提供一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法。现有的数据链网络可靠性建模及评价手段仅适合处理局部单一性质的网络系统，忽视了网络结构的异质性和耦合性，无法覆盖数据链系统各个维度下的框架结构，难以应对数据链网络的结构可靠性评估需求。于是我们提出一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法。针对以上的技术问题以及本专利技术的目的，本文提出了一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，方案包括如下部分：(一)专利技术的目的针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种基于超网络理论的数据链网络评估方法，考虑数据链网络信息资源庞杂、种类繁多，信息交互单元数量大、结构多层复杂，整个系统更关注顶层设计、层级之间协同性要求高等因素以及现存的网络结构多层耦合、故障级联传播等问题，采用本专利技术提出的基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法可以从更顶层、更全面的视角构建数据链结构可靠性模型，并基于所给出的可靠性评估方法优化系统整体框架结构，进而提高数据链网络整体的可靠性。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法。本专利技术所述的“一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法”，其步骤如下：步骤A：构建数据链网络结构可靠性模型；步骤B：生成数据链网络失效模式；步骤C：评估数据链网络的结构可靠性。其中，在步骤A中所述的“数据链网络结构可靠性模型”，其具体含义为：对于所研究的数据链系统，基于系统的层次结构和超网络理论，针对数据链网络中所发生的多层耦合、故障级联传播等问题，从静态结构拓扑的视角分析数据链网络的可靠性，建立数据链网络的静态超网络模型，并结合数据链网络实际需求确立相应的结构可靠性指标；在步骤A中所述的“构建数据链网络的结构可靠性模型”，其构建作法包括以下步骤：步骤A1：分析数据链系统的层次结构；步骤A2：定义数据链网络节点；步骤A3：定义数据链网络连边；步骤A4：建立数据链网络的静态超网络模型；步骤A5：分析并确立数据链网络结构可靠性指标；其中，在步骤A1中所述的“分析数据链系统的层次结构”，其具体做法如下：对所研究的数据链系统进行分析，依据数据链系统已有的框架或逻辑框架对其进行分层处理，分别对应所需构建的超网络模型的层次关系，分层后的数据链系统可清晰体现各个层次间的依赖关系，设数据链系统经过分层后共n层，则对应的超网络模型应为n层；其中，在步骤A2中所述的“定义数据链网络节点”，其具体做法如下：根据所研究数据链系统的客观实际，在步骤A1中对数据链系统分层后，每层中可视为最小组成单元的即为数据链网络的节点，如战术数据链中物理层的节点可定义为数据链网络中参与通信的装备，设数据链网络的第i层节点集为Vi，则整个数据链网络的节点集为其中，在步骤A3中所述的“定义数据链网络连边”，其具体做法如下：根据所研究数据链系统的客观实际，在步骤A1、A2分别对数据链系统进行分层和节点定义后，可将数据链网络中的连边分为同层连边和层间耦合连边；同层连边可定义为每层网络的节点间存在的信息传递、流程关系等交互行为，如战术数据链中物理层的连边可定义为数据链网络中武器装备的数据传输情况；层间耦合连边可定义为不同层的节点间存在的信息传递、映射关系等交互行为，如战术数据链中任务层的子任务节点与物理层的设备节点之间的映射关系；则对于有n层结构的数据链网络，设数据链网络的第i层同层连边集为Eii，第i层与第j层的层间耦合连边集为Eij，则整个数据链网络的连边集为其中，在步骤A4中所述的“静态超网络模型”，其具体含义为：对所研究的数据链系统，在不考虑整个系统运行时状态的情况下抽象数据链系统各层次的单层网络模型和跨层次间的耦合关系，对数据链网络的静态拓扑结构进行超网络模型构建，为后续步骤中的结构可靠性测评及分析提供模型基础；其中，在步骤A4中所述的“建立数据链网络的静态超网络模型”，其具体做法如下：将步骤A2，A3中分别定义的数据链网络节点与连边进行组合，构建数据链网络的静态超网络模型，设静态超网络为GS(VS,ES)，其中VS为静态超网络的节点集合，ES为静态超网络的连边集合；其中，在步骤A5中所述的“数据链本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，其特征在于：其步骤如下：/n步骤A：构建数据链网络结构可靠性模型；/n步骤B：生成数据链网络失效模式；/n步骤C：评估数据链网络的结构可靠性；/n在步骤A中所述的“数据链网络结构可靠性模型”，其具体含义为：对于所研究的数据链系统，基于系统的层次结构和超网络理论，针对数据链网络中所发生的多层耦合、故障级联传播诸问题，从静态结构拓扑的视角分析数据链网络的可靠性，建立数据链网络的静态超网络模型，并结合数据链网络实际需求确立相应的结构可靠性指标；在步骤A中所述的“构建数据链网络的结构可靠性模型”，其构建作法包括以下步骤：/n步骤A1：分析数据链系统的层次结构；/n步骤A2：定义数据链网络节点；/n步骤A3：定义数据链网络连边；/n步骤A4：建立数据链网络的静态超网络模型；/n步骤A5：分析并确立数据链网络结构可靠性指标；/n在步骤B中所述的“数据链网络失效模式”，其具体含义为：根据所研究数据链系统的客观实际，在步骤A所建立的数据链网络的结构可靠性模型基础上，分析数据链各个层次网络节点和连边及层间耦合连边的失效模式，采用不同策略对数据链网络的节点、连边进行攻击，引发数据链网络局部失效进而产生整体性瘫痪，用于激发数据链系统中不同程度的故障传播现象，为后续可靠性测评提供失效模式的输入；/n在步骤B中所述的“生成数据链网络失效模式”，其生成作法包括以下步骤：/n步骤B1：分析数据链网络节点和连边的失效模式；/n步骤B2：生成数据链网络随机攻击失效模式；/n步骤B3：生成数据链网络蓄意攻击失效模式；/n在步骤C中所述的“数据链网络的结构可靠性”，其具体含义为：根据步骤A4中所建立的数据链网络的静态超网络模型，从数据链网络静态结构拓扑角度出发，在系统整体处于不同失效模式下时网络整体能维持基本架构、抵御大规模崩溃发生的能力，对数据链系统的整体静态架构的可靠性设计具有指导性意义；/n在步骤C中所述的“评估数据链网络的结构可靠性”，其作法包括以下步骤：/n步骤C1：实施不同失效模式下的结构可靠性测评；/n步骤C2：统计结构可靠性指标变化趋势；/n步骤C3：分析数据链网络结构可靠性性能。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，其特征在于：其步骤如下：
步骤A：构建数据链网络结构可靠性模型；
步骤B：生成数据链网络失效模式；
步骤C：评估数据链网络的结构可靠性；
在步骤A中所述的“数据链网络结构可靠性模型”，其具体含义为：对于所研究的数据链系统，基于系统的层次结构和超网络理论，针对数据链网络中所发生的多层耦合、故障级联传播诸问题，从静态结构拓扑的视角分析数据链网络的可靠性，建立数据链网络的静态超网络模型，并结合数据链网络实际需求确立相应的结构可靠性指标；在步骤A中所述的“构建数据链网络的结构可靠性模型”，其构建作法包括以下步骤：
步骤A1：分析数据链系统的层次结构；
步骤A2：定义数据链网络节点；
步骤A3：定义数据链网络连边；
步骤A4：建立数据链网络的静态超网络模型；
步骤A5：分析并确立数据链网络结构可靠性指标；
在步骤B中所述的“数据链网络失效模式”，其具体含义为：根据所研究数据链系统的客观实际，在步骤A所建立的数据链网络的结构可靠性模型基础上，分析数据链各个层次网络节点和连边及层间耦合连边的失效模式，采用不同策略对数据链网络的节点、连边进行攻击，引发数据链网络局部失效进而产生整体性瘫痪，用于激发数据链系统中不同程度的故障传播现象，为后续可靠性测评提供失效模式的输入；
在步骤B中所述的“生成数据链网络失效模式”，其生成作法包括以下步骤：
步骤B1：分析数据链网络节点和连边的失效模式；
步骤B2：生成数据链网络随机攻击失效模式；
步骤B3：生成数据链网络蓄意攻击失效模式；
在步骤C中所述的“数据链网络的结构可靠性”，其具体含义为：根据步骤A4中所建立的数据链网络的静态超网络模型，从数据链网络静态结构拓扑角度出发，在系统整体处于不同失效模式下时网络整体能维持基本架构、抵御大规模崩溃发生的能力，对数据链系统的整体静态架构的可靠性设计具有指导性意义；
在步骤C中所述的“评估数据链网络的结构可靠性”，其作法包括以下步骤：
步骤C1：实施不同失效模式下的结构可靠性测评；
步骤C2：统计结构可靠性指标变化趋势；
步骤C3：分析数据链网络结构可靠性性能。


2.根据权利要求1所述的一种基于超网络理论的数据链网络结构可靠性评估方法，其特征在于：在步骤A1中所述的“分析数据链系统的层次结构”，其具体做法如下：对所研究的数据链系统进行分析，依据数据链系统已有的框架及逻辑框架对其进行分层处理，分别对应所需构建的超网络模型的层次关系，分层后的数据链系统可清晰体现各个层次间的依赖关系，设数据链系统经过分层后共n层，则对应的超网络模型应为n层；
在步骤A2中所述的“定义数据链网络节点”，其具体做法如下：根据所研究数据链系统的客观实际，在步骤A1中对数据链系统分层后，每层中能视为最小组成单元的即为数据链网络的节点，如战术数据链中物理层的节点能定义为数据链网络中参与通信的装备，设数据链网络的第i层节点集为Vi，则整个数据链网络的节点集为
在步骤A3中所述的“定义数据链网络连边”，其具体做法如下：根据所研究数据链系统的客观实际，在步骤A1、A2分别对数据链系统进行分层和节点定义后，能将数据链网络中的连边分为同层连边和层间耦合连边；同层连边能定义为每层网络的节点间存在的信息传递、流程关系诸交互行为，如战术数据链中链路层的连边能定义为数据链网络中武器装备的数据传输情况；层间耦合连边能定义为不同层的节点间存在的信息传递、映射关系诸交互行为，如战术数据链中任务层的子任务节点与物理层的设备节点之间的映射关系；则对于有n层结构的数据链网络，设数据链网络的第i层同层连边集为Eii，第i层与第j层的层间耦合连边集为Eij，则整个数据链网络的连边集为
在步骤A4中所述的“静态超网络模型”，其具体含义为：对所研究的数据链系统，在不考虑整个系统运行时状态的情况下抽象数据链系统各层次的单层网络模型和跨层次间的耦合关系，对数据链网络的静态拓扑结构进行超网络模型构建，为后续步骤中的结构可靠性测评及分析提供模型基础；
在步骤A4中所述的“建立数据链网络的静态超网络模型”，其具体做法如下：将步骤A2，A3中分别定义的数据链网络节点与连边进行组合，构建数据链网络的静态超网络模型，设静态超网络为GS(VS,ES)，其中VS为静态超网络的节点集合，ES为静态超网络的连边集合；
在步骤A5中所述的“数据链网络结构可靠性指标”，其具体含义为：以所建立的数据链静态超网络为基础，将复杂网络理论中的统计特征与数据链网络的静态框架结构相结合，选取符合系统实际情况...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大庆，姚安卓，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11