CN111371604B - 一种装备体系网络重构方法、系统、机器可读介质及设备 - Google Patents

一种装备体系网络重构方法、系统、机器可读介质及设备 Download PDF

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CN111371604B CN202010124792.9A CN202010124792A CN111371604B CN 111371604 B CN111371604 B CN 111371604B CN 202010124792 A CN202010124792 A CN 202010124792A CN 111371604 B CN111371604 B CN 111371604B
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Abstract

本发明公开了一种装备体系网络重构方法，包括：评估链路的重要性；根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数；检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；删除引起所述布雷斯悖论的链路；确定第一时间延迟和第二时间延迟；所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟以得到第一比较结果；根据所述第一比较结果判断是否对所述装备体系网络进行重构。本发明在基于已有的拓扑结构基础上完成对装备体系网络的重构，能够根据战场动态变化情况，提高战时的军事指挥效率。

Description

一种装备体系网络重构方法、系统、机器可读介质及设备
技术领域
本发明属于军事网络分析方法，具体涉及一种装备体系网络重构方法、系统、机器可读介质及设备。
背景技术
根据复杂网络理论，网络的整体特性源于网络节点之间的信息交互作用。即网络结构决定网络功能。对于装备体系网络来说，它的整体特性亦即其网络整体作战效能。装备体系网络的作战效能是对装备体系网络功能的一种度量，是一个相对主观的概念，目前没有文献资料对装备体系网络的作战效能给出明确的定义。随着战争形式的信息化，提高装备体系网络的作战效能的关键要素是提高网络的通信能力。Rand公司2004年的一份研究报告分析了容量、时延和可靠性等指标值的变化对体系作战效能的影响，并且得出结论：在兵力充足的情况下，提高网络的通信能力是提高体系作战效能的倍增器。
从网络科学角度讲，无论网络规模多大，网络结构多么复杂，它的全连通网络都具有最优的网络能力(如连通性、抗毁性等)。但是对于装备体系网络来说，首先，建立全连通的装备体系网络将会受到地理环境和科技条件的限制，需要大量的经费投入、造成不必要的浪费。其次，建立全连通的装备体系网络增加了网络节点收到的信息量，但是由于网络节点处理信息的能力有限，过多的信息让他们不能及时的获取到关键信息，从而影响全网的作战效能。如在 2003年的伊拉克战争中，就有一些通信人员、机关参谋人员和指挥员普遍认为有时收到的信息过多，对他们完成任务帮助不大。
由于作战效能受网络结构的影响，那么在装备性能确定的情况下，什么样的网络结构才能满足战时的需求？迄今为止，已有很多研究者就通信网络拓扑设计问题进行了大量研究，构建了多种不同的网络拓扑设计模型。但已有网络拓扑设计问题研究中，都是在没有考虑网络初始结构的情况下进行的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种装备体系网络重构方法、系统、机器可读介质及设备，用于解决现有技术的缺陷。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种装备体系网络重构方法，装备体系的组成成员节点包括传感器节点S、指控节点D、火力打击节点I，包括：
评估链路的重要性；
根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数；
检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；
删除引起所述布雷斯悖论的链路；
确定第一时间延迟，所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；
确定第二时间延迟，所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；
比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟以得到第一比较结果；
根据所述第一比较结果判断是否对所述装备体系网络进行重构。
可选地，若所述第一时间延迟小于所述第二时间延迟，则对所述装备体系网络进行重构。
可选地，采用介数评估所述链路的重要性。
可选地，根据从传感器节点Si到火力打击节点Ij经过链路euv的路径数和从传感器节点Si到火力打击节点Ij的路径数计算所述介数；所述介数通过以下公式计算：
Figure RE-GDA0002503017630000021
其中，B(u,v)表示链路euv的介数，
Figure RE-GDA0002503017630000022
表示网络中从传感器节点Si到火力打击节点Ij经过链路euv的路径数，
Figure RE-GDA0002503017630000023
表示从传感器节点Si到火力打击节点Ij的路径数。
可选地，根据链路euv上的任务流量与链路euv的介数以及常数c计算链路euv上的时间延迟；所述链路euv上的时间延迟通过以下公式计算：
Figure RE-GDA0002503017630000024
其中，L(xuv)为链路euv上的时间延迟，xuv为链路euv上任务流量。
可选地，所述检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路，包括：
确定任务总需求量；
确定约束条件；
根据用户均衡路由策略建立UE模型；
根据所述UE模型得到流量分布矩阵XUE；
根据系统均衡路由策略建立SE模型；
根据所述SE模型得到流量分布矩阵XSE；
比较所述流量分布矩阵XUE中元素值与σ倍所述流量分布矩阵XSE中元素值的大小，得到第二比较结果；
根据所述第二比较结果判断链路euv是否是引起布雷期悖论的链路。
可选地，若所述流量分布矩阵XUE中元素值大于σ倍所述流量分布矩阵XSE中元素值，则链路euv为引起布雷期悖论的链路。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种装备体系网络重构系统，装备体系的组成成员节点包括传感器节点S、指控节点D、火力打击节点I，包括：
评估模块，用于评估链路的重要性；
时间延迟函数确定模块，用于根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数；
链路检测模块，用于检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；
链路删除模块，用于删除引起所述布雷斯悖论的链路；
时间延迟确定模块，用于确定第一时间延迟和第二时间延迟；所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；
比较模块，用于比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟以得到第一比较结果；
重构模块，用于根据所述第一比较结果判断是否对所述装备体系网络进行重构。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种设备，包括：
处理器；和
其上存储有指令的机器可读介质，当所述处理器执行时，使得所述设备执行所述方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机器可读介质，其上存储有指令，当由处理器执行时，使得设备执行所述的方法。
如上所述，本发明的一种装备体系网络重构方法及系统，具有以下有益效果：
本发明在基于已有的拓扑结构基础上完成对装备体系网络的重构，能够根据战场动态变化情况，任务需求量等快速的对拓扑结构进行实时调整，提高战时的军事指挥效率。
附图说明
图1为本发明一实施例一种装备体系网络重构方法的流程图；
图2为本发明一实施例BP检测过程的流程图；
图3为本发明一实施例一种装备体系网络重构系统的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，一种装备体系网络重构方法，所述装备体系网络包括传感器节点(S)、指控节点(D)、火力打击节点(I)，所述重构方法包括：
S1评估链路的重要性；
具体地，通过已有的装备体系网络的拓扑结构对链路的重要性进行评估，并且可以对链路的重要性按高低顺序排序。其中，链路是装备体系网络的重要组成。
S2根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数；其中，每一个链路对应一个时间延迟函数，每一个时间延迟函数不一样。
S3检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；布雷斯悖论(Braess’sParadox)的链路，简称BP检测；
S4删除引起布雷斯悖论的链路；
S5确定第一时间延迟和第二时间延迟；所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；
S6比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟以得到第一比较结果；
S7根据所述第一比较结果判断是否对所述装备体系网络进行重构。
具体地，若所述第一时间延迟小于所述第二时间延迟，则对所述装备体系网络进行重构。
本发明在基于已有的拓扑结构基础上完成对装备体系网络的重构，能够根据战场动态变化情况，任务需求量等快速的对拓扑结构进行实时调整，提高战时的军事指挥效率。
在一实施例中，采用介数评估所述链路的重要性。
具体地，装备体系网络的组成成员节点分为传感器节点(S)、指控节点(D)、火力打击节点 (I)，由于任务主要产生在传感器节点(S)，最后由火力打击节点(I)执行，在评估装备体系网络链路重要性时，需要考虑其终端用户类型和数量，这里采用链路的介数来评估链路重要性。根据从传感器节点Si到火力打击节点Ij经过链路euv的路径数和从传感器节点Si到火力打击节点Ij的路径数计算所述介数。例如可以采用公式(1)计算所述介数。
Figure RE-GDA0002503017630000051
其中，B(u,v)表示链路euv的介数，
Figure RE-GDA0002503017630000052
表示网络中从节点Si到节点Ij经过链路euv的路径数，
Figure RE-GDA0002503017630000053
表示从节点Si到节点Ij的路径数。
在一实施例中，根据链路euv上的任务流量与链路euv的介数以及常数c表示链路euv上的时间延迟；假设时延与链路上的流量线性关系，所述链路euv上的时间延迟通过公式(2)计算：
Figure RE-GDA0002503017630000054
其中，L(xuv)为链路euv上的时间延迟，是一个延迟函数，xuv是链路euv上任务流量。如果该函数为更加复杂的非线性函数，网络中的布雷斯悖论现象不但不会消失，反而会变得更加严重。
在步骤S3中，BP检测过程如图2所示，由已有的装备体系网络的拓扑G＝(V,E)定义A是网络G的邻接矩阵，当aij＝1时，表示连接eij存在。EE＝{EE1,…,EEt,…,EET}表示有T个{Si,Ij}节点对集合。D＝{d1,…,dt,…dT}表示T个{Si,Ij}节点对的总需求量，其中dt是第t个{Si,Ij}对EEt上的任务流量需求。假设第t个{Si,Ij}对EEt上最多有Rt条路径可以选择，分别表示为
Figure RE-GDA0002503017630000055
用ftr表示路径
Figure RE-GDA0002503017630000056
上的流量。定义一个函数δ(tr,uv)，当当δ(tr，uv)＝1时、
Figure RE-GDA0002503017630000057
表示路径
Figure RE-GDA0002503017630000058
经过链路euv，否则δ(tr,uv)＝0。tr,uv表示路径
Figure RE-GDA0002503017630000059
和链路euv的角标，区分路径和链路。
在一实施例中，所述检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路，包括：
S21确定任务总需求量；
S22确定约束条件；
S23根据用户均衡路由策略建立UE用户均衡模型；
S24根据所述UE模型得到流量分布矩阵XUE；
S25根据系统均衡路由策略建立SE系统均衡模型；
S26根据所述SE模型得到流量分布矩阵XSE；
S27比较所述流量分布矩阵XUE中元素值与σ倍所述流量分布矩阵XSE中元素值的大小，得到第二比较结果；
S28根据所述第二比较结果判断链路euv是否是引起布雷期悖论的链路。
利用上述表示法和方法，在装备体系网络的背景下，将UE模型的优化问题表述为：
UE：min X＝{xuv}
Figure RE-GDA0002503017630000061
L(t)表示时间延迟函数，auv是邻接矩阵中的元素。
u,v＝1,…,n
s.t.ftr≥0
Figure RE-GDA0002503017630000062
Figure RE-GDA0002503017630000063
Figure RE-GDA0002503017630000064
Figure RE-GDA0002503017630000065
将SE模型的优化问题表述为：
Figure RE-GDA0002503017630000066
u,v＝1,…,n
s.t.ftr≥0
Figure RE-GDA0002503017630000071
Figure RE-GDA0002503017630000072
Figure RE-GDA0002503017630000073
Figure RE-GDA0002503017630000074
根据总需求量D求解模型UE、SE，得到链路上的流量分布矩阵XUE、XSE。对比两个矩阵中的元素值，若
Figure RE-GDA0002503017630000075
(这里取σ＝10)，则链路euv可能会导致布雷斯悖论。删除可能的BP链路后，对新网络求解流量分布矩阵XUE′，检验FSE(XUE′)＜FSE(XUE)是否成立。若FSE(XUE′)＜FSE(XUE)成立，则完成对装备体系网络的重构，否则，说明该网络几乎不存在布雷斯悖论现象。其中FSE(XUE),FSE(XUE')分别表示在XUE，XUE′流量分布的情况下的系统总时延。
本发明针对装备体系网络动态变化的需求，提出一种装备体系网络重构方法。与传统网络拓扑相比，网络重构方法可以节约网络部署成本。并且能够根据战场动态变化情况，任务需求量等快速的对拓扑结构进行实时调整，提高战时的军事指挥效率。
如图3所示，一种装备体系网络重构系统，所述装备体系网络包括传感器节点(S)、指控节点(D)、火力打击节点(I)，所述重构系统包括：
评估模块31，用于评估链路的重要性；
具体地，通过已有的装备体系网络的拓扑结构对链路的重要性进行评估，并且可以对链路的重要性按高低顺序排序。其中，链路是装备体系网络的重要组成。
时间延迟函数确定模块32，用于根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数；其中，每一个链路对应一个时间延迟函数，每一个时间延迟函数不一样。
链路检测模块33，用于检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；布雷斯悖论 (Braess’s Paradox)的链路，简称BP检测；
链路删除模块34，用于删除引起布雷斯悖论的链路；
时间延迟确定模块35，用于确定第一时间延迟和第二时间延迟；所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；
比较模块36，用于比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟以得到第一比较结果；
重构模块37，用于根据所述第一比较结果判断是否对所述装备体系网络进行重构。
具体地，若所述第一时间延迟小于所述第二时间延迟，则对所述装备体系网络进行重构。
本发明在基于已有的拓扑结构基础上完成对装备体系网络的重构，能够根据战场动态变化情况，任务需求量等快速的对拓扑结构进行实时调整，提高战时的军事指挥效率。
本发明针对装备体系网络动态变化的需求，提出一种装备体系网络重构方法。与传统网络拓扑相比，网络重构方法可以节约网络部署成本。并且能够根据战场动态变化情况，任务需求量等快速的对拓扑结构进行实时调整，提高战时的军事指挥效率。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例的内容请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器((RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种装备体系网络重构方法，装备体系的组成成员节点包括传感器节点S、指控节点D、火力打击节点I，其特征在于，包括：
采用介数评估链路的重要性；
根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数
Figure FDA0003647630750000011
其中，L(xuv)为链路euv上的时间延迟，xuv为链路euv上任务流量，B(u,v)表示链路euv的介数，c为常数；
检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；
删除引起所述布雷斯悖论的链路；
确定第一时间延迟和第二时间延迟；所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；
比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟，当所述第一时间延迟小于所述第二时间延迟时，对所述装备体系进行重构。
2.根据权利要求1所述的装备体系网络重构方法，其特征在于，根据从传感器节点Si到火力打击节点Ij经过链路euv的路径数和从传感器节点Si到火力打击节点Ij的路径数计算所述介数；所述介数通过以下公式计算：
Figure FDA0003647630750000012
其中，B(u,v)表示链路euv的介数，
Figure FDA0003647630750000013
表示网络中从传感器节点Si到火力打击节点Ij经过链路euv的路径数，
Figure FDA0003647630750000014
表示从传感器节点Si到火力打击节点Ij的路径数。
3.根据权利要求1所述的装备体系网络重构方法，其特征在于，所述检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路，包括：
确定任务总需求量；
确定约束条件；
根据用户均衡路由策略建立UE模型；
根据所述UE模型得到流量分布矩阵XUE；
根据系统均衡路由策略建立SE模型；
根据所述SE模型得到流量分布矩阵XSE；
比较所述流量分布矩阵XUE中元素值与σ倍所述流量分布矩阵XSE中元素值的大小，得到第二比较结果；
根据所述第二比较结果判断链路euv是否是引起布雷期悖论的链路。
4.根据权利要求3所述的装备体系网络重构方法，其特征在于，若所述流量分布矩阵XUE中元素值大于σ倍所述流量分布矩阵XSE中元素值，则链路euv为引起布雷期悖论的链路。
5.一种装备体系网络重构系统，装备体系的组成成员节点包括传感器节点S、指控节点D、火力打击节点I，其特征在于，包括：
评估模块，用于采用介数评估链路的重要性；
时间延迟函数确定模块，用于根据所述链路的重要性确定与每个链路相对应的时间延迟函数
Figure FDA0003647630750000021
其中，L(xuv)为链路euv上的时间延迟，xuv为链路euv上任务流量，B(u,v)表示链路euv的介数，c为常数；
链路检测模块，用于检测所述装备体系网络中引起布雷斯悖论的链路；
链路删除模块，用于删除引起所述布雷斯悖论的链路；
时间延迟确定模块，用于确定第一时间延迟和第二时间延迟；所述第一时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路后的装备体系网络的总时间延迟；所述第二时间延迟为删除引起所述布雷斯悖论的链路前的装备体系网络的总时间延迟；
比较模块，用于比较所述第一时间延迟与所述第二时间延迟；
重构模块，用于当所述第一时间延迟小于所述第二时间延迟时，对所述装备体系进行重构。
6.一种设备，其特征在于，包括：
处理器；和
其上存储有指令的机器可读介质，当所述处理器执行时，使得所述设备执行如权利要求1-4任意一项所述方法。
7.一种机器可读介质，其特征在于，其上存储有指令，当由处理器执行时，使得设备执行如权利要求1-4任意一项所述的方法。
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