本發(fā)明屬于軍事指揮與控制學領(lǐng)域，具體說是一種基于作戰(zhàn)鏈路熵的指控網(wǎng)絡(luò)抗毀測度方法。

背景技術(shù)：

指控網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭信息傳輸?shù)妮d體，是一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的基礎(chǔ)，是確保各系統(tǒng)互聯(lián)、互通和互操作的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在信息化戰(zhàn)爭中，指控網(wǎng)絡(luò)作為奪取信息優(yōu)勢進而轉(zhuǎn)化為決策和行動優(yōu)勢的基礎(chǔ)，是連接預警探測、指揮控制和火力打擊等系統(tǒng)的紐帶，也是各作戰(zhàn)要素充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能、同步遂行作戰(zhàn)任務(wù)的重要保障。然而，信息時代指揮控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能越來越復雜，對其進行直接研究顯得越發(fā)困難。常規(guī)網(wǎng)絡(luò)抗毀性測度方法主要集中于圖論和統(tǒng)計物理理論兩個方面。

基于圖論的抗毀性研究利用連通度、堅韌度、完整度、粘連度、離散度、核度等測度分析，這些測度精確較高但計算復雜度是np問題，難以適用于大規(guī)模的指控網(wǎng)絡(luò)。基于統(tǒng)計物理的抗毀性研究通過對復雜網(wǎng)絡(luò)進行多次仿真，觀察節(jié)點或邊移除過程中網(wǎng)絡(luò)性能的變化來刻畫網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，主要從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)魯棒性方面進行性能評估。評價指標主要包括最大聯(lián)通子圖、代數(shù)連通度、自然連通度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵等。這些指標雖能在一定程度上能夠測評指控網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，但缺少指控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)層級性、負載非均勻性等特點的分析不能準確評估指控網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。

鑒于上述基于圖論和統(tǒng)計物理理論兩個方面的網(wǎng)絡(luò)抗毀性測度不能適用指控網(wǎng)絡(luò)的問題，所以，有必要提出一種新的適用于指控網(wǎng)絡(luò)抗毀性測度，以加強指控網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明通過深入分析指控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能特性，根據(jù)復雜網(wǎng)絡(luò)理論和ooda作戰(zhàn)理論，引入了作戰(zhàn)鏈路熵的概念，給出了作戰(zhàn)鏈路熵的計算方法，提出了基于作戰(zhàn)鏈路熵的抗毀性測度，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)魯棒性角度分析網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。

為實現(xiàn)上述目的，本申請采用的技術(shù)方案是：基于作戰(zhàn)鏈路熵的指控網(wǎng)絡(luò)抗毀測度方法,具體步驟如下：

步驟一：將作戰(zhàn)節(jié)點分為感知節(jié)點、指控節(jié)點和火力打擊節(jié)點三類；

步驟二：統(tǒng)計作戰(zhàn)鏈路總條數(shù)：所有感知節(jié)點到所有火力打擊節(jié)點之間的最短路徑總條數(shù)；

步驟三：計算感知節(jié)點到火力打擊節(jié)點之間的最短路徑中經(jīng)過指定節(jié)點的條數(shù)；

步驟四：計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)；

步驟五：計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度；

步驟六：計算網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)鏈路熵。

進一步的，所述的感知節(jié)點指具有預警、探測、偵察、監(jiān)視能力的作戰(zhàn)單元，如預警雷達、偵察雷達等；指控節(jié)點指具有空情融合、指揮決策、信息協(xié)同與分發(fā)能力的作戰(zhàn)單元，如指揮機構(gòu)、情報處理機構(gòu)等；火力打擊節(jié)點指具有攔截、攻擊、毀傷等能力的作戰(zhàn)單元，如各類防空武器等。

進一步的，計算所有感知節(jié)點到所有火力打擊節(jié)點之間的最短路徑總條數(shù)的公式為：

其中，m(oi,fj)為感知節(jié)點oi到火力打擊節(jié)點fj之間的最短路徑條數(shù)，n為感知節(jié)點的個數(shù)，n為作戰(zhàn)節(jié)點的總數(shù)目，m為指控節(jié)點的數(shù)目。

進一步的，計算感知節(jié)點到火力打擊節(jié)點之間的最短路徑中經(jīng)過指定節(jié)點的條數(shù)的公式為：

其中mc(oi,fj)為感知節(jié)點oi到火力打擊節(jié)點fj之間的最短路徑中經(jīng)過節(jié)點vc的條數(shù)，n為感知節(jié)點的個數(shù)，n為作戰(zhàn)節(jié)點的總數(shù)目，m為指控節(jié)點的數(shù)目。

進一步的，計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)公式為：

式中，i≠j≠c,即感知節(jié)點、火力打擊節(jié)點與經(jīng)過最短路徑的節(jié)點vc不能相同。

更進一步的，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度計算公式為：

式中，表示指控網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)和。

更進一步的，所述的作戰(zhàn)鏈路熵為：

式中，ln為自然對數(shù)。

作戰(zhàn)鏈路介數(shù)可以用于衡量節(jié)點或鏈路在指控網(wǎng)中的重要程度，作戰(zhàn)鏈路介數(shù)越大，該節(jié)點或鏈路在作戰(zhàn)活動中流轉(zhuǎn)的信息量也越多。若指控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)分布越均勻，則面對蓄意攻擊時抗毀能力也越強，因此，提出了基于作戰(zhàn)鏈路熵的網(wǎng)絡(luò)抗毀測度。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，能夠取得如下的技術(shù)效果：作戰(zhàn)鏈路熵測度相對于其他測度更為穩(wěn)定，既從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面考慮又從作戰(zhàn)功能方面考慮，能夠更全面、有效地評價指控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的魯棒性。

附圖說明

本發(fā)明共有附圖10幅：

圖1為指控網(wǎng)絡(luò)模型圖；

圖2為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點遭受攻擊時作戰(zhàn)鏈路熵變化圖；

圖3為網(wǎng)絡(luò)邊遭受攻擊時作戰(zhàn)鏈路熵變化圖；

圖4為是隨機攻擊下信息結(jié)構(gòu)魯棒性測度對比圖；

圖5為度攻擊下結(jié)構(gòu)魯棒性測度對比圖；

圖6為介數(shù)攻擊下信息結(jié)構(gòu)魯棒性測度對比圖；

圖7為聚集系數(shù)攻擊下信息結(jié)構(gòu)魯棒性測度對比圖；

圖8為作戰(zhàn)鏈路介數(shù)攻擊下結(jié)構(gòu)魯棒性效率測度對比圖；

圖9為作戰(zhàn)鏈路熵三維圖；

圖10為本方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。根據(jù)ooda作戰(zhàn)理論，指揮控制系統(tǒng)的作戰(zhàn)過程為：感知節(jié)點收集到態(tài)勢信息并匯聚到指控節(jié)點，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析處理之后，各級各類指控節(jié)點經(jīng)過協(xié)同與決策后形成指揮命令并下達至火力打擊節(jié)點形成戰(zhàn)斗力。

下面對本申請中涉及到的詞語進行解釋說明：

定義1：作戰(zhàn)鏈路，作戰(zhàn)過程中信息流由感知節(jié)點經(jīng)過指揮節(jié)點到達打擊節(jié)點形成的一條或多條偵-控-打一體的鏈路叫做作戰(zhàn)鏈路。作戰(zhàn)鏈路具有時序性、方向性等特征。

定義2：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)，為網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑的作戰(zhàn)鏈路中經(jīng)過該節(jié)點的數(shù)量比例。公式如下：

其中，bc為節(jié)點vc的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)，m(oi,fj)為從感知節(jié)點oi到火力打擊節(jié)點fj之間的最短路徑條數(shù)，mc(oi,fj)表示從感知節(jié)點oi到火力打擊節(jié)點fj之間最短路徑路過節(jié)點vc條數(shù)。

定義3：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的重要度，節(jié)點vc的重要度定義節(jié)點vc的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)占網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路之和的比例。公式如下：

其中，bc為節(jié)點vc的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)，為指控網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)之和。

定義4：作戰(zhàn)鏈路熵，作戰(zhàn)鏈路熵定義為節(jié)點的重要度的負對數(shù)與節(jié)點重要度的乘積和，公式如下：

其中e為指控網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)鏈路熵，ic為節(jié)點vc的重要度。

實施例1

本實施例提供一種基于作戰(zhàn)鏈路熵的指控網(wǎng)絡(luò)抗毀測度方法,具體步驟如下：

步驟一：建立指控網(wǎng)絡(luò)模型，分類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；所述的分類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是指將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分為感知節(jié)點、指控節(jié)點和火力打擊節(jié)點；

步驟二：計算所有感知節(jié)點oi到火力打擊節(jié)點fj之間的所有最短路徑條數(shù)b；

步驟三：計算所有感知節(jié)點oi到火力打擊節(jié)點fj之間的最短路徑經(jīng)過相應節(jié)點vc的總條數(shù)a；

步驟四：計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)bc：利用步驟二和步驟三求出的參數(shù)b、a根據(jù)定義2求出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)bc；

步驟五：計算網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度ic：利用步驟四求出的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的作戰(zhàn)鏈路bc求出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度；

步驟六：計算作戰(zhàn)鏈路熵e，由步驟五求出的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點重要度ic，根據(jù)定義4可求出作戰(zhàn)鏈路熵e。

由復雜網(wǎng)絡(luò)理論可知，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和完整性可以用熵來度量，熵的宏觀意義是系統(tǒng)能量分布均勻性的一種量度，可以表示物體所處狀態(tài)是否穩(wěn)定及系統(tǒng)變化的方向，能量分布越均勻，熵越大；反之，則熵越小。研究表明，指控網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出復雜網(wǎng)絡(luò)的無標度特性，即擁有少量的關(guān)鍵節(jié)點和大多數(shù)的非關(guān)鍵節(jié)點，對于指控網(wǎng)絡(luò)而言，關(guān)鍵節(jié)點越不明顯，受到蓄意攻擊后的抗毀性越好；反之，則面對隨機攻擊的抗毀性越好。因此，提出了基于作戰(zhàn)鏈路熵的網(wǎng)絡(luò)抗毀測度，能夠更全面、有效地評價指控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的魯棒性。

實施例2

本實施例將本發(fā)明提出的基于指揮控制網(wǎng)絡(luò)模型的作戰(zhàn)鏈路熵測度在隨機攻擊和蓄意攻擊下的變化進行對比，以及把作戰(zhàn)鏈路熵與度分布熵、介數(shù)分布熵、網(wǎng)絡(luò)連通系數(shù)等進行等比，從不同的角度說明本發(fā)明所提測度的有效性。

附圖1是指揮控制網(wǎng)絡(luò)模型，將指揮實體抽象成節(jié)點，實體之間的關(guān)系抽象成邊，且不同的邊代表不同的聯(lián)系，包括指揮關(guān)系和協(xié)同關(guān)系。其中，指揮關(guān)系有逐級指揮和越級指揮兩種，協(xié)同關(guān)系有內(nèi)部協(xié)同和外部協(xié)同兩種。構(gòu)建的指控網(wǎng)絡(luò)模型節(jié)點數(shù)量為n＝341，指揮層次為4。

1)不同攻擊策略下指控網(wǎng)絡(luò)抗毀性分析

指控網(wǎng)絡(luò)常遭受兩種攻擊策略分別為隨機攻擊和蓄意攻擊，隨機攻擊是指以一定概率對指控網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(或邊)進行攻擊；蓄意攻擊是指按照節(jié)點(或邊)重要性大小依次攻擊節(jié)點；本文采用隨機攻擊策略和蓄意攻擊策略對指控網(wǎng)絡(luò)進行攻擊，通過指控網(wǎng)絡(luò)性能與結(jié)構(gòu)變化分析網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力，其中蓄意攻擊策略選取介數(shù)攻擊。

附圖2和附圖3分別為節(jié)點遭受攻擊時作戰(zhàn)鏈路熵變化圖和邊遭受攻擊時作戰(zhàn)鏈路熵變化圖。由附圖2、圖3可以看出，指控網(wǎng)絡(luò)魯棒性能隨失效節(jié)點(或邊)比例增加而呈下降趨勢，作戰(zhàn)鏈路熵反映了指控網(wǎng)絡(luò)隨著節(jié)點或邊的失效而導致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞的程度。同時說明蓄意攻擊相對于隨機攻擊對指控網(wǎng)絡(luò)的破壞性更大，表明了指控網(wǎng)絡(luò)具有無標度特征，即對蓄意攻擊呈脆弱性，對隨機攻擊呈較強的魯棒性，需要通過保護網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(或邊)來提高網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力。

2)不同攻擊方式下信息結(jié)構(gòu)魯棒性測度分析

為了進一步驗證測度的準確性，將作戰(zhàn)鏈路熵分別與傳統(tǒng)的測度進行對比分析，以攻擊節(jié)點為例，通過對比網(wǎng)絡(luò)性能變化綜合分析指控網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。采用的蓄意攻擊策略有：度攻擊策略、介數(shù)攻擊策略、聚集系數(shù)攻擊策略和本文提出的作戰(zhàn)鏈路介數(shù)攻擊策略。分析指控網(wǎng)絡(luò)性能時，所有評價指標均歸一化。

由圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所知，隨機攻擊時，網(wǎng)絡(luò)連通系數(shù)偏離其它測度較大，這是因為連通系數(shù)本身存在的缺陷所致，即當連通子圖較多時，性能會極速下降。蓄意攻擊時，度分布熵結(jié)果偏離更大，這是由于度是一個局部性指標，難以衡量網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)。不同攻擊策略時，相比其它魯棒性參數(shù)，作戰(zhàn)鏈路熵更為穩(wěn)定，評價結(jié)果波動性小，且與介數(shù)分布熵較為接近，具有良好的測評效果。

3)綜合分析

僅攻擊節(jié)點和僅攻擊邊是攻擊類型中的兩個極端情況，不能夠全面評估指控網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。實際作戰(zhàn)中，節(jié)點和邊以一定概率混合失效，因此分析指控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和邊受到混合攻擊時的抗毀性更有意義。由圖9可知，將作戰(zhàn)鏈路熵應用到指控網(wǎng)絡(luò)中，可以很好的評估指控網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。綜上，作戰(zhàn)鏈路熵，即從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面又從作戰(zhàn)功能方面考慮，能夠更全面、有效地評價指控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的魯棒性。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。