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基于累积k-shell的指挥控制网络级联抗毁性研究

张多平  
【摘要】:指挥控制网络是信息化时代,新型战争形态下的产物,它将各作战要素联系在一起,实现信息优势向作战优势的转换,已经成为决定战争胜负的决定因素。指挥控制网络表现出节点异质、链路多重、结构分层等特征,具有明显复杂网络特点。同时,在激烈的对抗环境下,指挥控制网络成为敌方攻击的首要目标,这对指挥控制网络的抗毁性提出了更高要求。因此,开展指挥控制网络抗毁性研究具有重大理论意义和军事价值。指挥控制网络是一种无标度网络,具有“鲁棒又脆弱”的特性,即面对蓄意攻击时,指挥控制网络显得非常脆弱。此外,考虑网络的级联失效时,攻击极少关键节点,极易导致指挥控制网络被分割,甚至全网崩溃。因此,识别出指挥控制网络的关键节点并加强防护,构建指挥控制网络级联失效模型成为减小失效规模、提高指挥控制网络级联抗毁性的重要途径。基于此,本文展开了基于累积k-shell的指挥控制网络级联抗毁性研究,主要内容包括:首先,研究了指挥控制网络的相关理论知识。分析了指挥控制网络的基本特性,建立了指挥控制网络模型;分析了k-shell及其改进算法,研究了指挥控制网络级联失效基本模型。其次,研究了指挥控制网络的关键节点识别方法。针对k-shell算法存在关键节点识别精度低的问题,提出了基于累积k-shell的指挥控制网络关键节点识别算法。该算法细化了k-shell分解网络的过程,以历史k-shell值和二阶邻居度来衡量节点重要性,综合考虑了节点的全局和局部信息。仿真分析了删除关键节点对网络性能的影响,以及节点关键程度与其传播能力的相关性。结果表明,累积k-shell算法弥补了k-shell分解法对关键节点识别精度低的不足,继承了k-shell算法复杂度低的优点,具有明显的优越性。最后,研究了指挥控制网络级联失效模型。结合指挥控制网络结构层级性特点,建立了基于可调负载重分配的指挥控制网络级联失效模型。该模型基于节点的累积k-shell值和层级定义初始负载,并根据失效节点的同层或者上层邻居节点的实时承载情况,提出了可调负载的重分配策略。仿真结果表明,合理定义节点的初始负载,并通过调节负载分配倾向性系数可以显著提高指挥控制网络的抗级联失效能力;与其他级联失效模型相比,该模型具有较强的抗毁性。


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