信息网络体系复杂性建模与优化技术

发布时间：2020-06-03 19:27

【摘要】：近年来,信息网络的发展已经日趋成熟,许多新兴的网络,如卫星网络、车载网络和新型作战网络等逐渐涌现出来,这些网络的共同特点是存在一定的层次性、异构性与复杂性。为了兼容新型网络的这些特点,“体系”的概念应运而生,并成为目前网络科学领域的研究热点。信息网络体系是以信息为主导、网络为中心、体系为支撑的复杂巨系统。目前,作战系统相关研究主要集中在作战系统的联合化、体系化,强调从信息优势到决策优势再到行为优势的转变。然而,这些研究并没有利用网络科学方法系统性地分析作战系统。考虑到1)信息网络体系模型的建立和优化是研究作战体系的基础;2)体系中的路由策略直接关系到信息传输的时效性;3)信息网络体系模型的评估仍处于未成熟阶段,没有统一的评估指标。本文对信息网络体系模型进行了系统地分析和研究,主要研究了体系的复杂性建模、模型优化、路由优化与体系评估等问题。首先,基于OODA(Observe-Orient-Decide-Act,观察-判断-决策-行动)循环理论,对作战网络体系进行建模。其次,对体系模型在节点任命和路由传输方面进行优化,提出了基于KSP(K-Shortest Paths,K最短路径)的路由恢复策略和基于Top-k接近中心性的拓扑结构优化模型。前者是在网络节点遭受某种攻击后的路径恢复策略,后者是优化OODA作战体系中决策节点的任命。最后,评估OODA体系模型,对体系中的关键节点进行评估,通过比较节点被删除前后对作战各环节时效性的影响来挖掘体系中的关键节点。然后采用基于任务链接的体系评估模型,将OODA作战网络中从信息的感知到命令的实施过程作为一个任务链接,分别采用任务链接效率和任务链接熵对体系模型的抗毁性和鲁棒性进行评估,并在不同攻击方式下与其他指标进行对比,验证该任务链接的优势。通过搭建OPNET仿真平台,借助MATLAB平台分析数据,实现了OODA作战网络体系模型和路由算法的仿真。KSP路由恢复策略的实验结果表明,KSP策略可以使信息传输在节点故障情况下具有更好的可靠性与时效性。其次,通过实现贪心策略和优化的Top-k接近中心性来优化决策节点的任命,结果表明该优化策略在一定程度上提高了决策节点对整体网络的控制力,从而提升决策信息的时效性。相比于传统网络效率,任务链接效率更适合OODA作战体系的抗毁性评估。在评估OODA体系鲁棒性时,任务链接熵比度分布熵、连通系数和介数分布熵等指标更加敏感。
【图文】：

模型图,节点模,和数,队列

（a）节点模型（b）包模型图 3.7 节点模型和数据包模型队列主要用于仿真过程中的攻击模拟，主要包含随意攻击和蓄意攻击，攻击方式在队列的进程模型中实现。队列的进程模型和属性设置如图 3.8 所示。节点接收数据包后先判断当前队列是否溢出，如果溢出则删除数据包，否则加入到队列的尾部并进行下一步的处理（攻击模拟）。

模型图,队列,属性,节点模

（a）节点模型（b）包模型图 3.7 节点模型和数据包模型队列主要用于仿真过程中的攻击模拟，主要包含随意攻击和蓄意攻击，攻击方式在队列的进程模型中实现。队列的进程模型和属性设置如图 3.8 所示。节点接收数据包后先判断当前队列是否溢出，，如果溢出则删除数据包，否则加入到队列的尾部并进行下一步的处理（攻击模拟）。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：E11

【参考文献】