一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法，其具体步骤如下：步骤(1)：构建双层复用航空网络模型，并建立航空公司网络节点间的映射关系；步骤(2)：根据步骤(1)中的双层复用航空网络模型，在负载

【技术实现步骤摘要】
一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法
(一)所属

[0001]本专利技术涉及复杂网络弹性领域，具体涉及到一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法。
(二)
技术介绍

[0002]随着信息技术和网络的快速发展，现代航空网络在本质上彼此孤立变得越来越困难。在现实世界中，各个航空公司的网络呈现出典型的复用网络特征，例如：航空公司A和B具有不同的航线网络，且均提供从北京飞往上海的航班。若航空公司A因为不可预知的外部扰动发生故障时，航空公司A停止为乘客提供从北京飞往上海的航班服务。但此时，航空公司B的航线网络并未受到任何影响，依旧可为乘客提供从北京飞往上海的航班服务。若将航空公司A和B不同拓扑结构的网络视为一个复杂网络，则该网络呈现典型的复用网络特征。网络中节点的连通性不仅体现在一层网络中，其还可通过两层的复用网络得以体现。
[0003]这种由不同航空公司组成的复用网络虽然有助于提高整体航空网络功能的稳定性，但这种复杂的多层复用耦合结构也加剧了其在面对内部/外部突发事件/扰动冲击的脆弱性和弹性。在某特定层的扰动(例如：恐怖袭击、黑客攻击、社会动荡等)可能会导致复用网络中的其他层发生意外中断。这些扰动可能会波及到网络中的其他节点，形成类似“多米诺骨牌”效应，影响网络节点间的连通性。
[0004]因此，对复用航空网络的弹性进行控制已经成为了研究的热点。近年来，研究人员提出了保护关键节点、节点恢复和增加连边等三种方法来控制复用网络的弹性。这几种方法都可以对网络的弹性进行控制，但都存在一定的不足：1、保护关键节点是通过增加航空公司在航线上的备用飞机来控制网络的弹性，但这同时也极大地增加了网络的运营成本；2、节点恢复方法具有明显的滞后性，需要调度人力和维护资源来实现网络节点的恢复，无法满足航空网络的功能需求；3、目前的增加连边策略主要包括最小度连边、随机连边、最小度差值连边、随机度差值连边等。但这几种策略均属于一种固定的连边策略，对具有不同网络拓扑结构的航空网络弹性控制能力不足。因此，设计一种适用于复用航空网络的弹性控制策略，对网络的弹性进行控制是一个亟待解决的复杂问题。
(三)
技术实现思路

[0005]为了改善现有复用航空网络他暗星控制方法的不足，本专利技术提出一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法，其目的和解决的问题是：针对复用航空网络，通过设计一种建立临时航线的优化方案，对网络的弹性进行优化和控制。本专利技术提出一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法，具体步骤如下：
[0006]步骤(1)：构建双层复用航空网络模型，并建立航空公司网络节点间的映射关系；
[0007]步骤(2)：根据步骤(1)中的双层复用航空网络模型，在负载
‑
容量模型的基础上，对双层复用航空网络模型的级联失效过程进行描述；
[0008]步骤(3)：更新双层复用航空网络的拓扑结构；
[0009]步骤(4)：根据步骤(3)，计算双层复用航空网络模型中层节点的度、耦合节点的度差值、耦合节点的度偏差等参数，进而评估双层复用航空网络模型的弹性；
[0010]步骤(5)：根据步骤(2)
‑
(4)，设计一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法；
[0011]其中，在步骤(1)中，构建双层复用航空网络模型G＝{G
A
，G
B
}(如图1所示)，其中包括G
A
和G
B
代表航空公司A和B的不同航空网络，且航空公司A和B的网络均为无权重、无方向的网络。用符号N表示航空公司A和B提供航线服务的城市集合，即：
[0012]N＝{n1，n2，
…
，n
N
}
ꢀꢀ
(1)
[0013]其中，n1/n2/n
N
等代表网络中的一个节点，其实际的物理含义为一座城市(如：北京)G
A
层网络的节点可通过进行表示，G
B
层网络的节点可通过进行表示。若在某层网络中，节点间存在连接关系，则代表该航空公司提供两个城市间的航班服务，可表示为：
[0014][0015]公式(2)的含义为航空公司A提供城市n1和n2间的航班服务。进而，航空公司A的航线网络可描述为：
[0016][0017]同时，航空公司A和B所提供的航线构成了具有异质拓扑结构的网络层G
A
和G
B
，即：
[0018][0019]若航空公司A和B均在某城市提供航线服务，则代表网络层G
A
和G
B
存在“层间连接”，可表示为：
[0020][0021]其中，τ
n
是一个布尔参数，τ
n
＝1代表网络层G
A
和G
B
在城市节点n存在“层间连接”；若τ
n
＝0，代表网络层G
A
和G
B
在城市节点n不存在“层间连接”。
[0022]其中，在步骤(2)中，针对每一个航空公司网络G
A
或G
B
层，假设其中每个节点的初始负载为或可表示为：
[0023][0024]其中，l
max
为节点所能承受的最大负载，l
min
为节点的最小负载。若节点的负载超过l
max
，则节点发生故障；若未超过最大负载，则处于正常工作状态。同时，根据负载
‑
容量模
型，若节点发生故障，则其负载将会分配给其周围的邻居节点(如图2所示)，邻居节点的负载可表示为：
[0025][0026]其中，和代表节点在时刻t和t0时的负载；为节点在网络层G
A
中的邻居节点集合，s为邻居节点的索引符号。为代表节点的第s个邻居节点的负载；是代表节点的第s个邻居节点在t0时刻的度。
[0027]根据级联失效过程，若：
[0028][0029]则表示节点失效。同时，删除节点在网络层G
A
中的所有连接关系，即：
[0030][0031]在公式(7)
‑
(9)的基础上，进行单层网络负载的重分配，直至级联失效过程停止。其过程可表示为：
[0032]Step 1：在网络层G
A
和G
B
选择受到扰动/攻击的节点，将其作为失效节点并删除；
[0033]Step 2：根据Step 1中失效节点同层网络内的连接关系，将失效节点的负载分配给其邻居节点；
[0034]Step 3：根据Step 2中的负载重分配情况，判断网络层G
A
和网络层G
B
的新增失效节点，删除失效节点的层内连接，并更新网络的拓扑结构；
[0035]Step 4：重新回到Step 2，造成级联失效；若不再有级联失效发生(即不再有新的失效节点出现)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法，包括步骤：步骤(1)：构建双层复用航空网络模型，并建立航空公司网络节点间的映射关系；步骤(2)：根据步骤(1)中的双层复用航空网络模型，在负载
‑
容量模型的基础上，对双层复用航空网络模型的级联失效过程进行描述；步骤(3)：更新双层复用航空网络的拓扑结构；步骤(4)：根据步骤(3)，计算双层复用航空网络模型中层节点的度、耦合节点的度差值、耦合节点的度偏差等参数，进而评估双层复用航空网络模型的弹性；步骤(5)：根据步骤(2)
‑
(4)，设计一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法。2.根据权利要求1所述的一种基于节点度偏差的复用航空网络弹性控制方法，其特征在于，在步骤(2)中所述双层复用航空网络级联失效过程：Step 1：在网络层G
A
和G
B
选择受到扰动/攻击的节点，将其作为失效节点并删除；Step 2：根据Step 1中失效节点同层网络内的连接关系，将失效节点的负载分配给其邻居节点；Step 3：根据Step 2中的负载重分配情况，判断网络层G
A
和网络层G
B
的新增失效节...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊冬明，冯强，任羿，王自力，王云鹏，刘淼淼，海星朔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：