[发明专利]空域扇区网络级联失效抗毁性建模与优化方法

权利要求书

1.一种空域扇区网络级联失效抗毁性建模与优化方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)建立适用于空域扇区网络的级联失效抗毁性模型，定义扇区节点容量、节点负载相关参数和变量，构建空域扇区网络级联失效过程模型，确定级联失效抗毁性测度指标；

(2)通过优化负载再分配方式优化空域扇区网络级联失效抗毁性；

所述步骤(1)中，将网络拓扑结构同管制实际工作相结合，同时考虑流量与空域结构，定义空域扇区网络正常状态下扇区节点i的负载L_i，具体公式如下：

L_i＝(k_i S_i)

其中，k_i是扇区的度，S_i是扇区的强度；

所述步骤(1)中还包括，用正常状态扇区节点的负载再加上额外裕度定义扇区节点容量CA_i，代表管制员在时段内正常情况下可处理负载的能力，具体公式如下：

CA_i＝L_i+βL_i^α

其中α为0到1之间的额外裕度差异化参数，是L_i的指数，β为大于0的额外裕度参数；

所述步骤(1)中建立模型过程具体包括：

(11)定义扇区网络节点在级联失效过程中共有三种状态，“正常”、“失效”、“拥堵”；

(12)将空域扇区网络级联失效过程分成四个阶段，包括空域正常阶段、失效开始阶段、失效扩散阶段以及失效结束阶段；

(13)根据上述步骤构建空域扇区网络级联失效过程模型；

所述步骤(2)中还包括基于扇区节点剩余容量的局部负载再分配策略优化空域扇区网络级联失效抗毁性，具体包括：

基于扇区节点剩余容量的局部负载再分配策略的负载再分配对象不局限于相邻的节点，而是距“失效”或“拥堵”扇区最短路径长度不大于d的局部空域内的全部“正常”扇区，称d为分配半径；

对d≥2，即相隔一个扇区以上的扇区节点进行负载分配的实际管制工作为，管制员在扇区进入“非正常”状态时，发出通告，周边扇区管制员提前预知或者获知拥堵通告后，对飞往或即将进入“非正常”扇区的部分航班改为进入d≥2的扇区绕飞或者返航备降；

但由于预知能力的有限性、流量信息传递的延迟性以及绕飞成本的制约性，当扇区i进入“非正常”状态后，是以与距离有关的分配比例p_ij将额外负载分配到周边分配半径内的所有正常扇区节点，具体分配比例公式如下：

其中d_ij为扇区之间的最短距离，nd_i为距离“非正常”扇区最短距离不大于分配半径d的“正常”扇区集合，θ为大于1的可调参数。

2.根据权利要求1所述的一种空域扇区网络级联失效抗毁性建模与优化方法，其特征在于：所述步骤(11)中具体包括：“正常”状态的扇区节点负载小于容量，可以完全行使其管制功能；“失效”状态的扇区节点是引发级联失效的源头，该扇区节点容量下降为0，原有负载全部向周边扇区重新分配；当扇区网络节点的负载大于等于其容量时，在网络中保留该扇区，进入第三种状态——“拥堵”状态，无法继续接收其他扇区节点的再分配负载，只允许内部的负载向其他扇区流出，流出过程持续到该扇区负载等于容量；“失效”和“拥堵”状态统称为“非正常”状态；

对空域扇区网络级联失效现象做出如下假设：

(1)扇区进入“失效”和“拥堵”状态后，不再改变状态；

(2)扇区的容量固定；

(3)空域扇区网络负载分配方式为平均再分配，即超过扇区节点容量的负载平均分配至相邻扇区节点。