[发明专利]一种基于双层信息流传递的网络关键点分析方法

权利要求书

1.一种基于双层信息流传递的网络关键点分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取基于图结构的双层网络数据，根据所述网络数据构造双层信息流传递网络；所述信息流传递网络包含节点阻断增加的第一传输时延以及边阻断增加的第二传输时延；

步骤2，对所述双层信息流传递网络进行预处理，根据所述第一传输时延和所述第二传输时延建立网络攻击方以传输时间最长为目标的第一优化目标函数和网络运营方的以传输时间最短为目标的第二优化目标函数；

步骤3，根据所述第一优化目标函数和所述第二优化目标函数构建博弈模型，所述博弈模型为二层规划模型，内层为所述网络运营方寻找基于信息流传递时间的最短路径，外层为所述网络攻击方寻找最大化内层最短路径的阻断方案；

步骤4，考虑双层网络的关联关系，根据所述博弈模型得到所述网络攻击方角度的双层网络信息流阻断模型，将所述双层网络信息流阻断模型中的阻断节点确定为网络关键节点；

所述双层网络信息流阻断模型如式(1)所示：

式中，Z是最大化上层逻辑网络信息传递最短时延，y_(i,j)是上层逻辑网络的边，c_(i,j)是上层逻辑网络路径的时延，w_(i,j)是下层物理网络路径的时延，q_(i,j)是下层物理网络攻击后增加的时延，e_(i,j)是下层物理网络路径的时延，x_(i,j)网络攻击方要攻击的路径，E_up是上层逻辑网络路径集，N_up是上层逻辑网络节点集，E_down是下层物理网络路径集，N_down是下层物理网络节点集；

所述双层网络信息流阻断模型的求解算法为基于局部贪心算法求解，分多个步骤分别求解阻断方案，每个步骤求解最优结果作为局部最优方案，将每个步骤的方案合并得到整体阻断方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于双层信息流传递的网络关键点分析方法，其特征在于，所述双层网络包括上层逻辑网络和下层物理网络，其中，

所述上层逻辑网络包括感知网络、融合网络、指控网络以及火力网络，信息流依次从感知网络、融合网络、指控网络最终传递到火力网络；

所述上层逻辑网络的边是虚拟边，其信息流传递依赖于下层物理网络且任一节点对应一个或多个下层物理网络节点；上层逻辑网络两点之间的信息流传递通过下层物理网络对应节点之间的信息流传递实现。

3.根据权利要求1所述的一种基于双层信息流传递的网络关键点分析方法，其特征在于，步骤2中，所述建立网络攻击方以传输时间最长为目标的第一优化目标函数和网络运营方的以传输时间最短为目标的第二优化目标函数中，网络运营方选择信息流传输时间最短的路径，所述网络运营方的目标函数如式(2)所示：

式中，D_(i,j)是边(i,j)的第二传输时延，D_k是节点k的第一传输时延，y_(i,j)是网络运营方信息流传输路径中的边，y_k是网络运营方信息流传输路径中的节点，网络攻击方的目标是最大化网络运营方的信息流传输时间，所述网络攻击方的目标函数如式(3)所示：

式中，d_(i,j)是边(i,j)被阻断后所增加的第二传输时延，d_k是节点k被阻断后所增加的第一传输时延，x_(i,j)是网络攻击方选择阻断的边，x_k是网络攻击方选择阻断的节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于双层信息流传递的网络关键点分析方法，其特征在于，步骤3中，所述根据所述第一优化目标函数和所述第二优化目标函数构建博弈模型包括：

构建问题场景：网络运营方选择感知网络任意节点和火力网络任意节点分别作为信息流传递的起点和终点，选择最短路径进行信息流传递，网络攻击方通过对网络关键节点进行攻击从而阻断信息流传递，并最大化起点到终点之间的最短路径；

在该场景下，网络运营方要实现的是信息流从起点到终点的最短路径传递，网络攻击方要实现的则是阻断网络运营方的信息流传递，即最大化网络运营方的最短路径。