基于超网络的军事通信网络建模、分析与重构方法研究

发布时间：2020-07-02 23:02

【摘要】：无网不成军,无战不经网。在信息化、网络化战争环境下,军事通信网络作为信息的载体,具有举足轻重的作用。根据复杂网络理论,网络的整体特性源于其组件之间的复杂交互作用,即网络结构。对于军事通信网络来说,它既有一般网络结构的功能特征,又有其自身的特殊性。如何针对其特殊的功能需求,建模、分析和设计军事通信网络拓扑结构,长期以来都是军事领域内的研究热点。军事通信网络是围绕战争这个特殊的环境和任务发展起来的一种人工功能网络。与民用通信网络相比,具有异质节点、多重链路和时变拓扑等特征。它的这些特征使得传统的基于经典图论的网络结构模型难以清晰描述其结构和功能特性、传统的网络分析方法难以体现其军事应用特性,且军事通信网络设计问题一直以来都是研究的核心问题。本文基于超网络理论,提出在建模、分析和设计军事通信网络过程中考虑网络节点在作战体系中的功能。针对国内外相关技术在本文研究背景下的不足,论文主要研究工作和成果如下:(1)为了更好地建模、分析和设计军事通信网络,本文通过参考、综合Cares的作战网络模型和Keus的网络兵力参考模型,提出了一种基于超网络的能够描述通信网络节点功能和链路传输的结构模型,给出了模型的数学描述;分析了军事通信的复杂网络特征参数及其具有的实际意义;定义了军事通信的超网络特征参数,解释了其具有的实际意义;并说明基于军事通信超网络结构模型,可将军事通信网络分解为多个具有军事特征的功能子网或专业通信网。(2)研究了军事通信网络节点之间信息交互的多样性,称之为网络信息交互复杂性。定义了超网络模体、模体核和模体熵等概念;通过分析超网络模体的特点,提出使用超网络模体熵来度量网络信息交互复杂性,给出了具体的计算方法;以某联合作战通信网络为例,对比分析了已有网络结构复杂性指标和超网络模体熵所度量的网络特征,说明在网络结构确定的情况下,超网络模体熵可以度量网络的功能复杂性。(3)提出了评估分析军事通信网络抗毁性的新思路。一方面,通过分析使用已有网络抗毁性评估分析方法研究军事通信网络抗毁性时可能会遇见的问题,提出在分析军事通信网络抗毁性时应考虑网络中各节点在其应用环境(即作战体系)中的功能角色;给出了信息着色链、信息传输链和信息功能链的定义;提出了一种基于信息功能链的军事通信网络拓扑抗毁性评估方法;另一方面,通过分析现有网络业务量矩阵没有体现业务关联的情况,提出使用QFD样式的军事通信网络业务关联模型,给出了基于业务关联和仿真的军事通信网络抗毁性分析流程,并与不考虑业务关联的网络业务抗毁性分析方法进行了比较,说明在分析网络业务抗毁性时考虑业务关联的重要性。(4)提出且定义了军事通信网络拓扑重构问题,构建了军事通信网络拓扑重构的数学模型和算法框架;针对求解军事通信网络拓扑重构数学模型的复杂性,给出了一种考虑了指标网络化关联关系的、定性与定量相结合的指标权重确定方法——云网络分析法;从军事应用角度提出了基于超网络的军事通信网络拓扑重构策略,在很大程度上缩小了可行解搜索空间,加快了问题求解速度;设计了一种基于交叉熵的军事通信网络重构算法。(5)以某一联合作战体系通信网络为例,应用所提模型和方法进行了分析和重构,验证了所提模型和方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：E11


本文编号：2738795