[发明专利]一种航空相依网络故障传播分析方法

说明书

机场、航路和管制扇区是航空系统安全运行的核心，三者之间紧密耦合，任何一个部分发生故障势必波及至其他两个方面。本发明一种航空相依网络故障传播分析方法提出了由机场网络、航路网络与管制扇区网络组成的航空相依网络模型的方法，建立航空相依网络的故障传播规则，利用马尔科夫过程分析故障在三个网络的传播对整个航空网络的影响。同时结合华北区域的实际数据，对华北航空相依网络的故障传播机理进行分析。发现网络的结构和交通管制规则均影响故障在航空网络的传播。故障失效计算发现在管制网络产生的故障传播最快，在机场网络产生的故障传播最慢。

技术领域

本发明涉及航空相依网络，尤其是一种航空相依网络故障传播分析方法。

背景技术

现实世界中一个网络与其他网络常常相互耦合、紧密联系。任何网络发生故障，都会在网络之间传播和放大，并将影响其他网络的功能，产生这种现象的根源就是网络间存在的相依性，具有这种特性的网络就是相依网络。目前国内外学者针对航空相依网络的研究主要包括，多层的相依网络的故障传播的模式与应用；病毒在相依网络传播的阀值与扩散的速率；不同连接形式的相依网络对网络间病毒的传播模式；电网与通信网络的相依网络的故障演化。

航空网络由机场、航路和管制扇区网络组成，是典型的相依网络。实际中，故障在某一网络产生后，传播过程中对相关联的机场、航路、管制扇区均有影响，并且每层网络的故障产生于传播对航空网络的影响方式与作用机理均不一致。但目前没有发现对航空相依网络的故障传播机理研究的相关内容。

发明内容

本发明提出了由机场网络、航路网络与管制扇区网络组成的航空相依网络模型，建立航空相依网络的故障传播规则。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一方面，一种航空相依网络故障传播分析方法，包括步骤：

步骤1.建立航空相依网络模型；

步骤2.使航空相依网络模型中某些节点处于故障失效状态，从而引发故障传播过程；

步骤3基于建立的航空相依网络模型统计三种故障状态的节点的测度并结合航空相依网络模型中节点故障比例的关系得出故障在航空相依网络模型中的传播规律；

所述航空相依网络模型中的节点和边包括三种故障状态，包括初始状态H0，故障累积状态Hn，失效状态HN，初始状态定位为假设节点或者边运行最佳的状态，网络的状态与节点和边均有关系，节点i的初始状态表示为：

其中v_i为节点i的属性，F_i为节点i的性能，Y_i为节点i的裕度，Y_j为节点j的裕度；

节点i与j之间的连边初始状态表示为：

其中e_ij为节点i与j之间的连边的属性，F_ij为节点i与j之间的连边的性能，Y_ij为节点i与j之间的连边的裕度；

故障累计状态定义为网络的节点或者边处于故障累积状态，节点或者边仍然可以正常工作，网络运行受到干扰，但仍未达到全面崩溃状态，节点i的故障累积状态表示为：

节点i与j之间的连边故障累积状态表示为：

失效状态定位为节点或者边的故障累积到一定程度后，裕度小于0，则节点或者边处于失效状态，节点i的失效状态表示为：

节点i与j之间的连边失效状态表示为：