[发明专利]带有层级结构的指控网络级联失效模型构建方法

权利要求书

1.带有层级结构的指控网络级联失效模型构建方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1：定义指控网络中节点的初始负载和容量；

S2：用指控网络失效节点负载重分配方法使网络中所有完好节点的负载发生一次更新；

S3：衡量指挥控制网络的级联抗毁性能；

S4：建立指挥控制网络级联失效模型；

S5：根据建立的级联失效模型调节模型中的参数，采用级联抗毁性测度评估指挥控制网络抗毁性，使得指控网络级联抗毁性达到最优；

步骤S1中定义指控网络中节点的初始负载，具体是：指控网络具有明显的层级性，不同层级的节点在指控网络的重要程度不同，定义节点的初始负载为：

其中，ki和di分别为节点vi的度和指挥层级，D为指控网络总的指挥层级数；α,λ和γ为初始负载调节系数，控制节点度和指挥层级对节点初始负载的影响，λ,γ∈[0,∞)且α∈[0,1]；通过1-α可以调节负载的层级性，1-α值越大，表示网络层级性在负载定义中的比重越大，网络负载分布的层级性越明显；当α＝0时，表示初始负载定义完全依据节点的指挥层级；当α＝1时，表示节点初始负载分配仅受节点度的影响，不考虑其指挥层级；

根据ML级联失效模型确定节点的容量，假设容量Ci与其初始负载Fi成线性正比，节点容量定义为：

C_i＝(1+β)×F_i

其中，β≥0为容限系数，是节点容量富余度量，可表征网络成本；β越大，节点的容量越大，节点承受负载的能力越强，因而抗毁性就越强，同时节点的成本越高；

指控网络失效节点负载重分配方法，具体是：

将失效节点负载只分配给邻居节点中的上级或者同级节点，对于任意失效节点vf，其负载Ff按照比例系数F(c_j,η,C_j,k)分配给未失效的上级或者同级节点，表达式如下：

其中，Γ_s是与失效节点连接的同级节点的集合，Γ_d是与失效节点相连的上级节点的集合，Cj、Ck为对应层级邻居节点容量，η∈(0,1)为负载重分配层级系数，η越大负载越倾向于向更高层节点分配；当时，失效节点没有同级邻居节点，负载只分配给上级邻居节点；当时，失效节点既有同级邻居节点也有上级邻居节点，将按照上级指挥能力和同级协同强度分配失效节点负载；当时，失效节点没有上级邻居节点，负载只分配给同级邻居节点；

依据上述失效节点负载重分配方法，失效节点vf任意一个同级或者上级邻居节点vj将分担的额外负载增量ΔF_f→j，大小为：

F_j→F′_j＝F_j+ΔF_f→j

＝F_j+F_f·F(c_j,η,C_j,k)

失效节点的负载重分配会使得网络中所有完好节点的负载发生一次更新；

采用节点存活率G和网络承载能力CF来衡量指控网络抗毁性能，节点存活率测度公式如下：

其中，N为初始时刻网络中总节点数，N'为某一时刻级联失效终止后，网络中可以正常工作的节点个数；该指标越大，说明攻击对网络的级联破坏性越小，网络抗毁性越好；

网络承载能力CF来衡量指挥控制网络的级联抗毁性能，计算公式如下：

其中，Fi和Ci分别是未失效节点vi现有负载和初始容量，V是完好节点集合，ConF是网络所有节点初始负载之和；CF越大，负载重分配策略越有效，节点失效后引起的级联故障越弱，网络的抗毁性越强；

建立指挥控制网络级联失效模型中将指挥实体抽象成节点，实体之间的关系抽象成边，且不同的边代表不同的联系，包括指挥关系和协同关系；其中，指挥关系，包括按级指挥和越级指挥；协同关系，包括内部协同和外部协同；

将指挥控制网络抽象成无向无权的连通图G＝(V,E)，V＝{v1,v2,…,vn}表示n个节点集合，E＝{e1,e2,…,em}代表网络中m条边的集合；G的邻接矩阵为A＝[aij]，A中元素aij定义为：