基于复杂网络的指控网络抗毁性研究

【摘要】：指控网络是通过物理通信网络连接形成各种非线性逻辑关系,指控网络结构具有非线性、层次性及适应性等复杂网络特征。稍纵即逝的复杂战场态势对于指控网络的抗毁性提出了更高的要求,并且相关研究也引起了广泛关注。指控网络抗毁性定义为指控网络在遭遇蓄意攻击或随机攻击(故障)时,仍具有执行指控任务的能力。指控网络抗攻击能力直接影响着战争的胜败,对指控网络的抗毁性研究具有现实意义和实用价值。指控网络受到的攻击主要有随机和蓄意两种攻击策略,分别对应到网络的容错性和抗攻击性两种能力,大量研究表明指控网络具有复杂网络的无标度特性,使得网络具有较强的容错能力。但是,当指控网络受到蓄意攻击时,网络显得异常脆弱,尤其是网络关键节点受到攻击后,极易造成整个网络的瘫痪。对指控网络的抗毁性研究主要包括:如何识别关键节点加以重点保护、如何评估指控网络的抗毁性和提高网络抗毁性策略。基于此,本文开展了基于复杂网络的指控网络抗毁性研究,主要包括:首先,深入研究了基于复杂网络的指控网络相关理论,包括复杂网络统计特征、复杂网络模型等指控网络抗毁性基本理论;进一步分析了基于复杂网络的指控网络模型及其相关特性。其次,提出了基于层级流介数的指控网络关键节点识别算法。针对传统指控网络关键节点识别方法的算法复杂度高、识别精度低和算法适用性差的问题;提出了一种适用于指控网络的基于层级流介数的关键节点识别方法。给出了层级流介数的定义,提出了层级流介数的关键节点识别算法,从理论上推导了基于层级流介数的关键节点识别算法的复杂度。仿真分析表明,该方法降低了算法复杂度,提高了关键节点识别精度,更加适用于指控网络关键节点识别的需要。最后,提出了基于网络抗毁熵的指控网络抗毁性测度。针对目前指控网络抗毁性测度反映抗毁性角度单一、准确性低的问题,提出了一种基于网络抗毁熵的指控网络抗毁性测度,该测度同时考虑节点关键度和边关键度,根据影响边重要度的因素,提出了边重要性量化方法,定义了网络抗毁系数,建立了网络抗毁熵模型。仿真分析表明,该测度能够准确地衡量指控网络的抗毁程度,为指控网络抗毁性研究提供借鉴。