本發(fā)明涉及指控網(wǎng)絡(luò)演化模型構(gòu)建方法，具體說(shuō)是一種基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

指控網(wǎng)絡(luò)作為指揮控制系統(tǒng)命令下達(dá)與信息傳輸?shù)臉屑~，按照部隊(duì)作戰(zhàn)編成，以通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，以各級(jí)各類指控節(jié)點(diǎn)為要素建立的“縱向一體化貫通、橫向互聯(lián)互通”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性和時(shí)變性給指控網(wǎng)絡(luò)演化行為方面的研究帶來(lái)一系列亟待解決的難題。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的指控網(wǎng)絡(luò)演化行為方面的研究相對(duì)較少，朱濤等通過對(duì)指控網(wǎng)絡(luò)的實(shí)證分析得出指控網(wǎng)絡(luò)符合小世界、無(wú)標(biāo)度特性，為指控網(wǎng)絡(luò)研究奠定了實(shí)證基礎(chǔ)；陶九陽(yáng)針對(duì)“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”下指控網(wǎng)絡(luò)實(shí)體加入特征，以“信息最優(yōu)加入”和“隨機(jī)加入”兩種策略實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的加入，討論指控網(wǎng)絡(luò)演化行為；劉躍、包衛(wèi)東提出指控網(wǎng)絡(luò)模型生成規(guī)則，參考復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)度模型及組織網(wǎng)絡(luò)模型后，基于新節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部邊兩方面交互增長(zhǎng)的思想，建立了指控網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)演化模型，但是沒有考慮到邊的權(quán)值，與實(shí)際不符；溫睿、馬亞平等基于新節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部邊這兩個(gè)方面的交互增長(zhǎng)、非線性優(yōu)先的思想，提出節(jié)點(diǎn)和邊的增加刪除規(guī)則，并在網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)過程中提出網(wǎng)絡(luò)控制規(guī)則，建立起宏觀上符合作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)演化模型，但是在邊權(quán)演化過程中未明確說(shuō)明邊權(quán)演化規(guī)則。

鑒于上述問題，有必要提出一種新的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型構(gòu)建方法，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有指控網(wǎng)絡(luò)模型不能準(zhǔn)確反映指控網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)演化特性的問題，本發(fā)明提供了一種基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型構(gòu)建方法，解決了典型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型不能充分體現(xiàn)指控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)變性、邊權(quán)時(shí)變性以及局域選擇性等問題，能真實(shí)準(zhǔn)確描述指控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和演化過程，以動(dòng)態(tài)評(píng)估指揮控制網(wǎng)絡(luò)面向復(fù)雜任務(wù)和對(duì)抗環(huán)境下的內(nèi)在機(jī)理和外在行為。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型構(gòu)建方法，設(shè)初始時(shí)刻t＝t₀＝0，起始時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為n_Init，跨度為S，網(wǎng)絡(luò)層級(jí)為H，網(wǎng)絡(luò)演化總步長(zhǎng)為t_n，指揮層級(jí)為h；具體步驟如下：

S1：在h＝1的層級(jí)中生成n_Init個(gè)頂層節(jié)點(diǎn)，并設(shè)最高層級(jí)指控節(jié)點(diǎn)組成全連通指控網(wǎng)絡(luò)，為存在n_Init個(gè)節(jié)點(diǎn)的完全無(wú)向網(wǎng)絡(luò)，并給邊賦相應(yīng)的權(quán)值；更新節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_Init；

S2：生成第h+1層的指控節(jié)點(diǎn)n_i個(gè)和感知節(jié)點(diǎn)n_It個(gè)，感知節(jié)點(diǎn)直接與指控節(jié)點(diǎn)連接，給邊賦相應(yīng)的權(quán)值；更新節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_Init；

S3：重復(fù)S2，直到h＝H-1，當(dāng)h＝H時(shí)，第h層的每個(gè)指控節(jié)點(diǎn)連接n_ft個(gè)火力打擊節(jié)點(diǎn)，更新節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_Init；

S4：設(shè)置時(shí)刻t＝t++，每次以一定概率發(fā)生事件中的一種，且當(dāng)n_Init＞N時(shí)，結(jié)束演化過程，N代表節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

S5：重復(fù)S4，直到t＝t_n時(shí)結(jié)束。

進(jìn)一步的，所述事件包括：

A、以概率p₁按照節(jié)點(diǎn)加入法加入新節(jié)點(diǎn)，并按照新節(jié)點(diǎn)連邊方法與已存在的節(jié)點(diǎn)連邊；

B、以概率p₂按照邊加入方法建立同層級(jí)且沒有直接連接關(guān)系的指控節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同指揮關(guān)系和越級(jí)指揮關(guān)系；

C、以概率p₃按照節(jié)點(diǎn)刪除方法從指控網(wǎng)絡(luò)中刪除節(jié)點(diǎn)；

D、以概率p₄按照邊刪除方法刪除指控節(jié)點(diǎn)之間邊；

上述p1+p2+p3+p4＝1，且p1,p2,p3,p4＞0。

進(jìn)一步的，節(jié)點(diǎn)加入法具體為：不同層次的節(jié)點(diǎn)加入指控網(wǎng)絡(luò)的概率不同，各層級(jí)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的概率為：

式中，ζ代表節(jié)點(diǎn)綜合能力，h_i代表層級(jí)，ζ(v_k)代表節(jié)點(diǎn)v_k綜合能力，ζ(v_j)代表節(jié)點(diǎn)v_j綜合能力，Ω表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，Ω'表示第h層節(jié)點(diǎn)集合。

進(jìn)一步的，新節(jié)點(diǎn)連邊方法分為兩種情況：

(1)新加入的節(jié)點(diǎn)是指控節(jié)點(diǎn)

每個(gè)新加入的指控節(jié)點(diǎn)v_k按照節(jié)點(diǎn)加入方法加入到指控網(wǎng)絡(luò)的第h層；以h層節(jié)點(diǎn)中綜合能力最小的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)構(gòu)造局域世界，以同樣方式構(gòu)造h-1、h+1、h+2層局域世界，以概率p與局域世界內(nèi)節(jié)點(diǎn)相連，使用邊演化方法將邊權(quán)演化；當(dāng)h＝1時(shí)，新加入節(jié)點(diǎn)與本層其他節(jié)點(diǎn)全連通；當(dāng)h≠1時(shí)，新加入節(jié)點(diǎn)以概率p與局域內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)連接，p的定義如下：

式中，Ωl為新加入節(jié)點(diǎn)的局域節(jié)點(diǎn)集合，ζ(v_k)為局域內(nèi)節(jié)點(diǎn)v_k的綜合能力，ζ(v_l)為局域節(jié)點(diǎn)集合Ωl中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的綜合能力；

(2)新加入的節(jié)點(diǎn)是感知節(jié)點(diǎn)或火力打擊節(jié)點(diǎn)

如果新加入節(jié)點(diǎn)是感知節(jié)點(diǎn)，選擇綜合能力最小的指控節(jié)點(diǎn)直接相連；如果新加入節(jié)點(diǎn)是火力打擊節(jié)點(diǎn)直接加入到最低層，選取上層節(jié)點(diǎn)綜合能力最小的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)構(gòu)造局域世界Ω1，以概率p與新節(jié)點(diǎn)連邊。

進(jìn)一步的，邊加入方法具體為：選擇一個(gè)層級(jí)，如果選到的層級(jí)為第H層，則丟棄，直到選到其他層；在該層級(jí)選擇節(jié)點(diǎn)綜合能力最小的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造局域世界，然后在局域世界內(nèi)隨機(jī)選擇兩個(gè)指控節(jié)點(diǎn)，建立協(xié)同關(guān)系邊；遍歷所有節(jié)點(diǎn)，以概率p選擇孫節(jié)點(diǎn)加入越級(jí)指揮邊，并根據(jù)邊演化方法將邊權(quán)演化。

更進(jìn)一步的，節(jié)點(diǎn)刪除方法具體為：指控網(wǎng)絡(luò)中作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)受到攻擊或自身故障損壞后從網(wǎng)絡(luò)中消失，即刪除該節(jié)點(diǎn)，刪除概率為q，根據(jù)邊演化方法將邊權(quán)演化；

其中，α為對(duì)抗階段隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)的可調(diào)系數(shù)，β為對(duì)抗階段蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的可調(diào)系數(shù)，且α+β＝1；如果指控網(wǎng)絡(luò)中存在孤立節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先刪除。

更進(jìn)一步的，邊刪除方法具體為：邊受到攻擊或自身故障損壞后會(huì)從網(wǎng)絡(luò)中消失，即刪除該邊，刪除邊概率為m；

w為節(jié)點(diǎn)之間邊的權(quán)重。

更進(jìn)一步的，局域世界構(gòu)造方法具體為：指控網(wǎng)絡(luò)中，新加入的節(jié)點(diǎn)總是與網(wǎng)絡(luò)中局部作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)相連，只使用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的局部連接信息，從節(jié)點(diǎn)v_i開始，選擇其鄰接節(jié)點(diǎn)v_j中與v_i同層的節(jié)點(diǎn)集合，構(gòu)造局域世界Ω；

Ω＝S_adja∩S_sl

式中，S_adja代表與節(jié)點(diǎn)v_i相連的節(jié)點(diǎn)集合；S_sl代表與節(jié)點(diǎn)v_i同層級(jí)的節(jié)點(diǎn)集合。

作為更進(jìn)一步的，邊演化方法具體為：新節(jié)點(diǎn)v_k加入到指控網(wǎng)絡(luò)并與節(jié)點(diǎn)v_z相連，則節(jié)點(diǎn)v_z的綜合能力發(fā)生改變，即ζ_z＝ζ_z+w_zk；節(jié)點(diǎn)的綜合能力增加，相應(yīng)的邊屬性也增加，以如下方式分配與節(jié)點(diǎn)v_z直接相連的邊權(quán)重：

其中，w'_iz,w'_jz為演化后的邊權(quán)值。

作為更進(jìn)一步的，由邊演化方法可知，節(jié)點(diǎn)的刪除會(huì)導(dǎo)致指控網(wǎng)絡(luò)中邊權(quán)發(fā)生變化，部分節(jié)點(diǎn)之間邊的權(quán)值會(huì)減少，如實(shí)際演化過程中，節(jié)點(diǎn)間鏈路的通信能力、協(xié)同能力下降到一定程度時(shí)，該鏈路視為無(wú)效。取經(jīng)驗(yàn)值σ為閾值，當(dāng)w_ij＜σ，刪除該邊。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方法，能夠取得如下的技術(shù)效果：相較于現(xiàn)有指控網(wǎng)絡(luò)演化模型，本發(fā)明基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型能充分體現(xiàn)指控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)變性、邊權(quán)時(shí)變性以及局域選擇性等特性，能真實(shí)準(zhǔn)確描述指控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和演化過程，可以動(dòng)態(tài)評(píng)估指揮控制網(wǎng)絡(luò)面向復(fù)雜任務(wù)和對(duì)抗環(huán)境下的內(nèi)在機(jī)理和外在行為。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明邊權(quán)演化圖；

圖2為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段通過調(diào)整演化事件的發(fā)生概率點(diǎn)權(quán)分布圖；

圖3為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段通過調(diào)整演化事件的發(fā)生概率聚集系數(shù)變化規(guī)律圖；

圖4為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段通過調(diào)整演化事件的發(fā)生概率平均路徑長(zhǎng)度變化規(guī)律圖；

圖5為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段通過調(diào)整演化事件的發(fā)生概率作戰(zhàn)效率變化規(guī)律圖；

圖6為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗階段通過調(diào)整隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)α和蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)β聚集系數(shù)變化規(guī)律圖；

圖7為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗階段通過調(diào)整隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)α和蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)β平均路徑長(zhǎng)度變化規(guī)律圖；

圖8為本發(fā)明指控網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗階段通過調(diào)整隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)α和蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)β作戰(zhàn)效率變化規(guī)律圖；

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述：

實(shí)施例1

本實(shí)施例介紹指控網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)體間的關(guān)系描述和分析，其次介紹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)：

1.節(jié)點(diǎn)和邊的抽象

利用節(jié)點(diǎn)和邊的定義，構(gòu)建的指控網(wǎng)絡(luò)模型。然后利用指控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和邊的加入或刪除方法、局域世界構(gòu)造方法和邊權(quán)演化方法，生成基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型。

將作戰(zhàn)要素分為感知節(jié)點(diǎn)、指控節(jié)點(diǎn)和火力打擊節(jié)點(diǎn)3類，表征為：

V＝＜ID_V,T_V,H_V,COM_V,COOR_V＞

式中，ID_V為節(jié)點(diǎn)序號(hào)；T_V為節(jié)點(diǎn)類型；H_V為節(jié)點(diǎn)所屬層級(jí)；COM_V代表節(jié)點(diǎn)通信能力，如帶寬、處理能力和可靠性等指標(biāo)；COOR_V代表節(jié)點(diǎn)任務(wù)協(xié)同能力。

V＝{v₁,v₂,…,v_n}為N個(gè)作戰(zhàn)實(shí)體集合，用矩陣A'_V代表網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的屬性矩陣，可知A'_V是一個(gè)N×|A_V|的矩陣，a'_v(ij)代表節(jié)點(diǎn)v_i的第j個(gè)屬性值。

邊集合E＝{e₁,e₂,…,e_m}，表示作戰(zhàn)要素之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，即信息交互關(guān)系。需要說(shuō)明的是，情報(bào)共享和協(xié)同打擊通過指控實(shí)體實(shí)現(xiàn)，即感知節(jié)點(diǎn)以及火力打擊節(jié)點(diǎn)之間不存在直接的信息交互關(guān)系。表征為：

E＝＜R,AT_I,AT_C,AT_D＞

式中，R＝＜R_C,C,R_I,C,R_F,C＞表示作戰(zhàn)要素之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，即指控關(guān)系、感知與指揮關(guān)系、火力打擊與指揮關(guān)系；AT_I代表節(jié)點(diǎn)間信息傳輸能力；AT_C代表節(jié)點(diǎn)間任務(wù)協(xié)同能力；AT_D代表節(jié)點(diǎn)間距離。

E為M條作戰(zhàn)實(shí)體間的相互關(guān)系集合，用矩陣A'_E代表網(wǎng)絡(luò)中所有邊的屬性矩陣，可知A'_E是一個(gè)M×|A_E|的矩陣，a'_e(a_ij,k)代表邊e_ij的第k個(gè)屬性值。

作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間邊權(quán)重由節(jié)點(diǎn)間信息傳輸能力、任務(wù)協(xié)同能力共同決定，節(jié)點(diǎn)v_i與v_j之間邊的權(quán)重w_ij為：

式中，AT_I(ij)表示節(jié)點(diǎn)v_i與v_j之間鏈路的信息傳輸能力，AT_C(ij)表示節(jié)點(diǎn)v_i與v_j任務(wù)協(xié)同能力，均為歸一化后的值。

與單一類型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的矩陣表示不同，指控網(wǎng)絡(luò)包括了三類節(jié)點(diǎn)和四種信息交互關(guān)系，形成三類網(wǎng)絡(luò)，分別為指控網(wǎng)絡(luò)、感知網(wǎng)絡(luò)、火力打擊網(wǎng)絡(luò)，因此，構(gòu)建的指控網(wǎng)絡(luò)模型描述為：三種關(guān)系矩陣合并即可得到指控網(wǎng)絡(luò)模型的多維矩陣，表示為：

其中，G_I-C表示感知網(wǎng)絡(luò)，指感知節(jié)點(diǎn)和指控節(jié)點(diǎn)相互交織而形成的網(wǎng)絡(luò)；G_C-C表示指控網(wǎng)絡(luò)，指各級(jí)各類指控節(jié)點(diǎn)相互交織而形成的網(wǎng)絡(luò)；G_C-F表示火力打擊網(wǎng)絡(luò)，指指控節(jié)點(diǎn)和火力打擊節(jié)點(diǎn)相互交織而形成的網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)上述指控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和邊的定義，多類節(jié)點(diǎn)與多種連接以及多維矩陣與多樣屬性的組合構(gòu)成了基于多屬性加權(quán)的指控網(wǎng)絡(luò)模型，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具體表示為：G＝(V,E,A_V,A_E)。

2.結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中已有指標(biāo)，包括點(diǎn)權(quán)分布、平均路徑長(zhǎng)度、集聚系數(shù)等。同時(shí),為了刻畫指控網(wǎng)絡(luò)功能特性，本發(fā)明提出了一種基于OODA環(huán)的作戰(zhàn)效率指標(biāo)。

(1)點(diǎn)權(quán)分布

點(diǎn)權(quán)是用來(lái)恒量加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)重要性的測(cè)度之一，在指控網(wǎng)絡(luò)中，指控節(jié)點(diǎn)點(diǎn)權(quán)越大，說(shuō)明所處層級(jí)越高，負(fù)載能力越強(qiáng)。節(jié)點(diǎn)v_i的點(diǎn)權(quán)S_i：

其中，N_i表示節(jié)點(diǎn)v_i的鄰節(jié)點(diǎn)集合；w_ij表示節(jié)點(diǎn)v_i和節(jié)點(diǎn)v_j之間的邊權(quán)重。

若P(k)表示點(diǎn)權(quán)為k的節(jié)點(diǎn)頻數(shù)占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的比率，則在網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)取一個(gè)點(diǎn)權(quán)為k節(jié)點(diǎn)概率為P(k)，X軸為所有節(jié)點(diǎn)點(diǎn)權(quán)k，Y軸為所有點(diǎn)權(quán)k的概率P(k)即可得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)權(quán)分布。

(2)平均路徑長(zhǎng)度

信息化戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)瞬息萬(wàn)變，戰(zhàn)場(chǎng)信息傳輸?shù)臅r(shí)效性要求越來(lái)越高，作戰(zhàn)信息的傳輸時(shí)延可作為衡量指控效率的重要指標(biāo)之一。傳輸時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的平均路徑長(zhǎng)度緊密相關(guān)，平均路徑長(zhǎng)度越小，作戰(zhàn)信息傳輸時(shí)延越小，信息流轉(zhuǎn)效率越高。其表達(dá)式為：

其中，d_ij表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)v_i和v_j之間的最短距離；N表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。

(3)聚集系數(shù)

節(jié)點(diǎn)的聚集系數(shù)表示該節(jié)點(diǎn)一級(jí)近鄰之間的緊密聯(lián)系程度。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)指控網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間互聯(lián)互通能力的要求越來(lái)越高，節(jié)點(diǎn)間協(xié)作關(guān)系越來(lái)越緊密。利用聚集系數(shù)衡量作戰(zhàn)單元之間的任務(wù)協(xié)作性，其表達(dá)式為：

其中，w_ij表示節(jié)點(diǎn)間邊權(quán)重，v_j和v_k是v_i的鄰接節(jié)點(diǎn)。聚集系數(shù)越大，表明作戰(zhàn)單元間的協(xié)作關(guān)系越緊密。

(4)作戰(zhàn)效率

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)下的扁平化指控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間信息的快速傳輸，感知節(jié)點(diǎn)快速上報(bào)情報(bào)信息，經(jīng)由若干個(gè)指控節(jié)點(diǎn)信息融合與決策并形成指揮命令后下達(dá)至火力打擊節(jié)點(diǎn)，此過程形成OODA作戰(zhàn)環(huán)。因此，從指控網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)效率為：

式中，d_ij代表感知節(jié)點(diǎn)到火力打擊節(jié)點(diǎn)的最短距離，n_f是網(wǎng)絡(luò)中火力打擊節(jié)點(diǎn)數(shù)量，n_i是網(wǎng)絡(luò)中感知節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

實(shí)施例2

指揮控制網(wǎng)絡(luò)作為典型的復(fù)雜系統(tǒng)，具有涌現(xiàn)性、適應(yīng)性、不確定性、非線性等特性。同時(shí)，指揮控制網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著作戰(zhàn)任務(wù)和對(duì)抗環(huán)境的變化而不斷演變，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)屬性和邊屬性。因此，在制定演化規(guī)則和建立指控網(wǎng)絡(luò)演化模型需要考慮以下演化特性：(1)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)變性；(2)邊權(quán)時(shí)變性；(3)局域選擇性。

本實(shí)施例提供一種基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型構(gòu)建方法，設(shè)初始時(shí)刻t＝t₀＝0，起始時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為n_Init，跨度為S，網(wǎng)絡(luò)層級(jí)為H，網(wǎng)絡(luò)演化總步長(zhǎng)為t_n，指揮層級(jí)為h；具體步驟如下：

S1：在h＝1的層級(jí)中生成n_Init個(gè)頂層節(jié)點(diǎn)，并設(shè)最高層級(jí)指控節(jié)點(diǎn)組成全連通指控網(wǎng)絡(luò)，為存在n_Init個(gè)節(jié)點(diǎn)的完全無(wú)向網(wǎng)絡(luò)，則邊數(shù)為：n_Init(n_Init-1)/2，并給邊賦相應(yīng)的權(quán)值；置層級(jí)為h++，更新節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_Init；

S2：生成第h+1層的n_i＝n_i-1×S個(gè)指控節(jié)點(diǎn)和n_It個(gè)感知節(jié)點(diǎn)，感知節(jié)點(diǎn)直接與指控節(jié)點(diǎn)連接，給邊賦相應(yīng)的權(quán)值；置層級(jí)為h++，更新節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_Init；

S3：重復(fù)S2，直到h＝H-1，當(dāng)h＝H時(shí)，第h層的每個(gè)指控節(jié)點(diǎn)連接n_ft個(gè)火力打擊節(jié)點(diǎn)，更新節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n_Init；

S4：設(shè)置時(shí)刻t＝t++，每次以一定概率發(fā)生事件中的一種，且當(dāng)n_Init＞N時(shí)，結(jié)束演化過程，N代表節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

S5：重復(fù)S4，直到t＝t_n時(shí)結(jié)束。

優(yōu)選的，所述事件包括：

A、以概率p₁按照節(jié)點(diǎn)加入法加入新節(jié)點(diǎn)，并按照新節(jié)點(diǎn)連邊方法與已存在的節(jié)點(diǎn)連邊；指控網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)按功能可分為感知節(jié)點(diǎn)、指控節(jié)點(diǎn)、火力打擊節(jié)點(diǎn)，應(yīng)考慮指控網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況分析加入不同類型節(jié)點(diǎn)的增加，同時(shí)，新加入的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該考慮節(jié)點(diǎn)的通信能力、任務(wù)協(xié)同能力等屬性對(duì)加入節(jié)點(diǎn)的影響。

B、以概率p₂按照邊加入方法建立同層級(jí)且沒有直接連接關(guān)系的指控節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同指揮關(guān)系和越級(jí)指揮關(guān)系；加入新節(jié)點(diǎn)，會(huì)與其他節(jié)點(diǎn)建立連邊，節(jié)點(diǎn)集合不再是全局網(wǎng)絡(luò)，而是由節(jié)點(diǎn)通信能力、任務(wù)協(xié)同能力、節(jié)點(diǎn)間距離等綜合因素共同決定的局域網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中已存在的節(jié)點(diǎn)間也會(huì)因某種原因互相連邊。

C、以概率p₃按照節(jié)點(diǎn)刪除方法從指控網(wǎng)絡(luò)中刪除節(jié)點(diǎn)；指控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)易受到攻擊而損壞或者，節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系消失成為孤立節(jié)點(diǎn)的情況，同時(shí)應(yīng)考慮隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)和蓄意刪除節(jié)點(diǎn)兩種不同的情況。

D、以概率p₄按照邊刪除方法刪除指控節(jié)點(diǎn)之間邊；指控網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間鏈路的損壞、通信設(shè)備故障等都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中已存在的邊消失。

上述p1+p2+p3+p4＝1，且p1,p2,p3,p4＞0。

上述節(jié)點(diǎn)加入法具體為：不同層次的節(jié)點(diǎn)加入指控網(wǎng)絡(luò)的概率不同，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，各節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的概率基本符合一種線性關(guān)系，綜合考慮節(jié)點(diǎn)通信能力、節(jié)點(diǎn)任務(wù)協(xié)同能力，定義各層級(jí)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的概率為：

式中，ζ代表節(jié)點(diǎn)綜合能力，h_i代表層級(jí)，ζ(v_k)代表節(jié)點(diǎn)v_k綜合能力，ζ(v_j)代表節(jié)點(diǎn)v_j綜合能力，Ω表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集合，Ω'表示第h層節(jié)點(diǎn)集合。

所述新節(jié)點(diǎn)連邊方法分為兩種情況：

(1)新加入的節(jié)點(diǎn)是指控節(jié)點(diǎn)

每個(gè)新加入的指控節(jié)點(diǎn)v_k按照節(jié)點(diǎn)加入方法加入到指控網(wǎng)絡(luò)的第h層；以h層節(jié)點(diǎn)中綜合能力最小的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)構(gòu)造局域世界，以同樣方式構(gòu)造h-1、h+1、h+2層局域世界，以概率p與局域世界內(nèi)節(jié)點(diǎn)相連，使用邊演化方法將邊權(quán)演化；當(dāng)h＝1時(shí)，新加入節(jié)點(diǎn)與本層其他節(jié)點(diǎn)全連通；當(dāng)h≠1時(shí)，新加入節(jié)點(diǎn)以概率p與局域內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)連接，p的定義如下：

式中，Ωl為新加入節(jié)點(diǎn)的局域節(jié)點(diǎn)集合，ζ(v_k)為局域內(nèi)節(jié)點(diǎn)v_k的綜合能力，ζ(v_l)為局域節(jié)點(diǎn)集合Ωl中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的綜合能力；

(2)新加入的節(jié)點(diǎn)是感知節(jié)點(diǎn)或火力打擊節(jié)點(diǎn)

如果新加入節(jié)點(diǎn)是感知節(jié)點(diǎn)，選擇綜合能力最小的指控節(jié)點(diǎn)直接相連；如果新加入節(jié)點(diǎn)是火力打擊節(jié)點(diǎn)直接加入到最低層，選取上層節(jié)點(diǎn)綜合能力最小的節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)構(gòu)造局域世界Ω1，以概率p與新節(jié)點(diǎn)連邊。

所述邊加入方法具體為：選擇一個(gè)層級(jí)，如果選到的層級(jí)為第H層，則丟棄，直到選到其他層；在該層級(jí)選擇節(jié)點(diǎn)綜合能力最小的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造局域世界，然后在局域世界內(nèi)隨機(jī)選擇兩個(gè)指控節(jié)點(diǎn)，建立協(xié)同關(guān)系邊；遍歷所有節(jié)點(diǎn)，以概率p選擇孫節(jié)點(diǎn)加入越級(jí)指揮邊，并根據(jù)邊演化方法將邊權(quán)演化。

所述節(jié)點(diǎn)刪除方法具體為：指控網(wǎng)絡(luò)中作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)受到攻擊或自身故障損壞后從網(wǎng)絡(luò)中消失，即刪除該節(jié)點(diǎn)，其相應(yīng)邊也刪除，刪除概率為q，根據(jù)邊演化方法將邊權(quán)演化；

其中，α為對(duì)抗階段隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)的可調(diào)系數(shù)，β為對(duì)抗階段蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的可調(diào)系數(shù)，且α+β＝1；如果指控網(wǎng)絡(luò)中存在孤立節(jié)點(diǎn)，優(yōu)先刪除。

所述邊刪除方法具體為：邊受到攻擊或自身故障損壞后會(huì)從網(wǎng)絡(luò)中消失，即刪除該邊，刪除邊概率為m；

w為節(jié)點(diǎn)之間邊的權(quán)重。

所述局域世界構(gòu)造方法具體為：指控網(wǎng)絡(luò)中，新加入的節(jié)點(diǎn)總是與網(wǎng)絡(luò)中局部作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)相連，只使用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的局部連接信息，從節(jié)點(diǎn)v_i開始，選擇其鄰接節(jié)點(diǎn)v_j中與v_i同層的節(jié)點(diǎn)集合，構(gòu)造局域世界Ω；

Ω＝S_adja∩S_sl

式中，S_adja代表與節(jié)點(diǎn)v_i相連的節(jié)點(diǎn)集合；S_sl代表與節(jié)點(diǎn)v_i同層級(jí)的節(jié)點(diǎn)集合。

所述邊演化方法具體為：新節(jié)點(diǎn)v_k加入到指控網(wǎng)絡(luò)并與節(jié)點(diǎn)v_z相連，則節(jié)點(diǎn)v_z的綜合能力發(fā)生改變，即ζ_z＝ζ_z+w_zk；節(jié)點(diǎn)的綜合能力增加，相應(yīng)的邊屬性也增加，以如下方式分配與節(jié)點(diǎn)v_z直接相連的邊權(quán)重：

其中，w'_iz,w'_jz為演化后的邊權(quán)值。

由邊演化方法可知，節(jié)點(diǎn)的刪除會(huì)導(dǎo)致指控網(wǎng)絡(luò)中邊權(quán)發(fā)生變化，部分節(jié)點(diǎn)之間邊的權(quán)值會(huì)減少，如實(shí)際演化過程中，節(jié)點(diǎn)間鏈路的通信能力、協(xié)同能力下降到一定程度時(shí)，該鏈路視為無(wú)效。取經(jīng)驗(yàn)值σ為閾值，當(dāng)w_ij＜σ，刪除該邊。

實(shí)施例3

本實(shí)施例針對(duì)實(shí)施例2方法提出模型進(jìn)行驗(yàn)證與分析，參閱圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，具體如下：

通過調(diào)整演化事件的發(fā)生概率，分析指控網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)權(quán)分布、集聚系數(shù)、平均路徑長(zhǎng)度變化。指控網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)權(quán)分布如圖2所示，點(diǎn)權(quán)服從冪律分布，表明指控網(wǎng)絡(luò)符合無(wú)標(biāo)度特性，當(dāng)p1＝0.55,p2＝0.35時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中指控節(jié)點(diǎn)之間的指揮協(xié)同邊的權(quán)值大，點(diǎn)權(quán)較大，而感知節(jié)點(diǎn)或火力打擊節(jié)點(diǎn)只與指控節(jié)點(diǎn)直接相連，點(diǎn)權(quán)較小。少量指控節(jié)點(diǎn)點(diǎn)權(quán)較大，大量感知節(jié)點(diǎn)和火力打擊節(jié)點(diǎn)點(diǎn)權(quán)較小。

聚集系數(shù)變化如圖3所示，當(dāng)p1＝0.25,p2＝0.65時(shí)，邊加入概率大，網(wǎng)絡(luò)集聚系數(shù)上升速度快，而節(jié)點(diǎn)加入概率小，集聚系數(shù)上升到一定程度后呈現(xiàn)平緩趨勢(shì)；當(dāng)p1＝0.55,p2＝0.35時(shí)，邊加入概率較小，集聚系數(shù)上升緩慢，但是由于節(jié)點(diǎn)和邊的加入概率協(xié)調(diào)，表現(xiàn)為軍隊(duì)規(guī)模增加且注重內(nèi)部關(guān)系調(diào)整，使得集聚系數(shù)高達(dá)0.55；當(dāng)p1＝0.75,p2＝0.15時(shí)，表現(xiàn)為軍隊(duì)規(guī)模劇增，但較少注重內(nèi)部關(guān)系的調(diào)整，集聚系數(shù)較前者較小。

平均路徑長(zhǎng)度變化如圖4所示，傳統(tǒng)的樹狀指控網(wǎng)絡(luò)具有層級(jí)性，同層節(jié)點(diǎn)之間沒有協(xié)同關(guān)系，隨著網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同化指控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，節(jié)點(diǎn)和邊不斷加入，節(jié)點(diǎn)間距離越來(lái)越小，因此網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度也越來(lái)越小。對(duì)于不同參數(shù)，平均路徑長(zhǎng)度下降的幅度也不同，其中p1＝0.55,p2＝0.35時(shí)，軍隊(duì)規(guī)模不斷擴(kuò)建的同時(shí)，注重內(nèi)部連接的調(diào)整，因此平均路徑長(zhǎng)度下降最快，較短的平均路徑長(zhǎng)度和較高的集聚系數(shù)表明模型具有小世界特性。

作戰(zhàn)效率變化如圖5所示，指控節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系的增加使得感知節(jié)點(diǎn)到火力打擊節(jié)點(diǎn)間的距離減少，進(jìn)而網(wǎng)絡(luò)中OODA環(huán)的數(shù)量不斷增加，網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)效率不斷提高。當(dāng)p1＝0.55,p2＝0.35時(shí)，節(jié)點(diǎn)的增加概率和邊的增加概率相差較小，說(shuō)明擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的同時(shí)注重指控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接關(guān)系的調(diào)整會(huì)使得作戰(zhàn)效率更高。因此在指控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段，應(yīng)該在擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的同時(shí)，注重網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

通過對(duì)指控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段的仿真得出p1＝0.55,p2＝0.35,p3＝0.07,p4＝0.03時(shí)指控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)最好。在對(duì)抗階段，通過調(diào)整隨機(jī)刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)α和蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)β，并利用聚集系數(shù)、平均路徑長(zhǎng)度、作戰(zhàn)效率等指標(biāo)分析指控網(wǎng)絡(luò)的演化。

聚集系數(shù)變化如圖6所示，α和β取不同值，網(wǎng)絡(luò)演化過程的集聚系數(shù)取值不同。β越大，集聚系數(shù)越小，這是因?yàn)樵趯?duì)抗過程中敵方獲取到我方信息越多，蓄意攻擊發(fā)生的概率越大，節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系減少，抱團(tuán)現(xiàn)象就越不明顯，因此集聚系數(shù)越小。

在對(duì)抗階段，隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷演化，節(jié)點(diǎn)和邊的加入使得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間距離不斷減小，進(jìn)而指控網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度不斷減小，如圖7所示。而蓄意刪除節(jié)點(diǎn)的系數(shù)β越大，則平均路徑長(zhǎng)度越大，即節(jié)點(diǎn)蓄意攻擊比例越大，中心節(jié)點(diǎn)消退的可能性就越大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的距離增大，平均路徑長(zhǎng)度下降緩慢。平均路徑長(zhǎng)度反映了指控網(wǎng)絡(luò)信息協(xié)同能力，平均路徑長(zhǎng)度越小，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同能力越強(qiáng)。

作戰(zhàn)效率變化如圖8所示，β＝0時(shí)，網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)效率上升到0.7；β＝0.5時(shí)，網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)效率上升到0.55；β＝0.7時(shí)，網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)效率只能到達(dá)0.4。隨著節(jié)點(diǎn)和邊的不斷加入，指控節(jié)點(diǎn)間協(xié)同邊的數(shù)量增加，協(xié)同能力不斷提高使得網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。而指控節(jié)點(diǎn)增加概率小，感知和火力打擊節(jié)點(diǎn)增加概率大，因此上升趨勢(shì)逐漸平穩(wěn)。β越大，刪除指控節(jié)點(diǎn)的概率越大，因此OODA環(huán)的數(shù)量減少，導(dǎo)致作戰(zhàn)效率越小。

相較于現(xiàn)有指控網(wǎng)絡(luò)演化模型，本發(fā)明基于局域世界的加權(quán)指控網(wǎng)絡(luò)演化模型可有效的貼近戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)況、遵循冪率分布、作戰(zhàn)效率高等特點(diǎn)，可為指揮控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)提供理論依據(jù)。解決典型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型不能充分體現(xiàn)指控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)變性、邊權(quán)時(shí)變性以及局域選擇性等特性，能真實(shí)準(zhǔn)確描述指控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和演化過程，可以動(dòng)態(tài)評(píng)估指揮控制網(wǎng)絡(luò)面向復(fù)雜任務(wù)和對(duì)抗環(huán)境下的內(nèi)在機(jī)理和外在行為。

特別需要指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通研究人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的教導(dǎo)下所作的針對(duì)本發(fā)明的等效變化，仍應(yīng)包含在本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所主張的范圍中。