CN114884828A - 一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统及方法，天基组网效能评估系统包括评估算法分系统、数据处理分系统，评估算法分系统根据经验数据及预设层次结构进行天基组网系统各指标的权重计算，数据处理分系统于天基组网系统数据文件中提取各指标进行量化，为天基组网系统效能评估结果提供对应形式的分析框架，基于层次分析法的天基组网效能评估系统以及试验方法，既可在具备普遍适用性、可扩展性的同时，合理适当的量化整合不同种类数据指标，又可在获得效能评估结果后，明确清晰的给出分析框架。从而确保天基组网效能评估系统的准确性和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统及方法，属于系统效能评估试验技术领域。
背景技术
近年来，随着卫星领域的迅猛发展，在对地观测、气象、通信等方面有着广泛的应用，伴随着移动通信、卫星通信，固定通信、计算机通信等网络载体的不断融合交织，天基网络技术日新月异，所能承载的业务范围及需求也日益增大。天基网络是一种由多轨道多种类卫星联合组网并通过星际、星地链路互联所组成的空间网络系统。针对不同的业务类型，天基网络还可根据需要将高空平台及飞行器、地面固定基站、移动终端等融入网络系统中，同时天基网络结构的复杂性和异构融合的特点，给天基网络的可靠性及安全性带来了极大的挑战。因此为天基组网系统的建设和优化提供可靠依据以确保天基组网系统正常运行和业务高效安全的最可靠方法，即是对天基组网系统进行系统效能评估。从效能评估的角度研究天基组网系统，首先需要确定科学合理的系统评估指标，考虑到所拟建天基组网系统的实际情况，天基组网效能评估系统中所涉及指标将从天基组网系统的主要输出指标中选取。其次需要确定全面有效的系统评估方法，目前效能评估常用的方法主要有以下几种：层次分析法、模糊综合评价法、ADC模型评估法和BP神经网络评估法等，我们需要结合所拟建天基组网系统的实际情况，为天基组网效能评估系统选取最为适合的效能评估方法。最后需要为系统评估结果提供合理清晰的分析框架，系统效能的准确评估是所有工作的关键，有效的评估结果经过分析后有助于建设和优化天基组网系统，无效的评估结果会延误天基组网系统的建设，甚至带来极其严重的后果。因此，如何应用适当的效能评估方法，合理的将相关性较低的主要指标量化整合，并给出综合效能评估结果，是天基组网效能评估系统所面临的第一个问题；如何采用适当的分析框架，通过有效的效能评估结果给天基组网系统带来有效的指导意见是天基组网效能评估系统所面临的第二个问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，针对传统技术面临的两个问题，提出了一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统及方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统，包括评估算法分系统、数据处理分系统，所述评估算法分系统根据经验数据及预设层次结构进行天基组网系统各指标的权重计算，所述数据处理分系统于天基组网系统数据文件中提取各指标进行量化，为天基组网系统效能评估结果提供对应形式的分析框架；
数据处理分系统将量化后指标数据，根据评估算法分系统提出的各指标权重数据进行评估，根据评估结果于对应分析框架下确定天基组网系统的效能。
所述评估算法分系统包括路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块、综合评估模块，其中：
所述路由能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的路由重收敛时间指标的权重设置，并进行一致性检验；
所述组网能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的跨星切换中断时间、网控模式、业务接入类型、组网体制切换指标的权重设置，并进行一致性检验；
所述应用服务能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的服务自动部署、典型服务模式、IMS多媒体通信服务、上网下载服务、LOT信息推送服务指标的权重设置，并进行一致性检验；
能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块均接收数据处理分系统量化后指标数据，根据权重设置进行评估，获取评估结果
所述综合评估模块根据经验数据对路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块对评估结果进行一致性检验。
所述数据处理分系统包括效能评估指标量化模块、数据处理模块，其中：
所述效能评估指标量化模块于天基组网系统数据文件中进行天基组网系统各指标的数值提取及量化，将评估所需各指标构成层次结构模型，构建各指标的两两判断矩阵；
所述数据处理模块根据层次结构及评估算法分系统设置的指标权重，进行数值量化并计算效能评估结果。
所述路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块、综合评估模块中，一致性判断均基于一致性判断原则，所述一致性判断原则中，一致性中间参数C.I的计算方法为：
式中，Imax是该模块判断矩阵的最大特征值，n是该模块判断矩阵的阶数。
所述一致性判断原则中，一致性指标C.R的计算方法为：
式中，R.I是平均随机一致性指标，通过多次重复构造随机判断矩阵，计算特征值取算术平均数获取；
所述一致性判断原则中，若C.R＜0.1，则判断矩阵的取值符合一致性原则；否则，判断矩阵的取值有失一致性原则，评估结果有效性不可信。
一种基于层次分析法的天基组网效能评估方法，包括：
(1)将评估所需各指标构成层次结构模型，通过数据处理分系统获取天基组网系统中各指标数据并进行量化处理；
(2)将步骤(1)所得量化处理后数据，于数据处理分系统中，根据层次结构模型，构建各个指标的两两判断矩阵，并对矩阵中的元素进行重要性判断，根据重要性判断的结果进行矩阵中的元素取值，完成元素取值后进行一致性判断；
(3)根据一致性检验结果进行判断，若符合矩阵一致性原则进入步骤(4)，若不符合矩阵一致性原则，返回步骤(2)重新构建两两判断矩阵；
(4)将各指标的两两判断矩阵，输入至数据处理分系统中，根据层次结构模型进行效能评估计算试验，获得效能评估结果数据；
(5)将步骤(4)所得效能评估结果数据输出至外部数据文件中，并于评估算法分系统、数据处理分系统组成的效能评估系统中进行显示。
所述步骤(1)中，利用数据处理分系统中的效能评估指标量化模块进行天基组网系统中各指标数据的获取，并对获取数据进行量化处理。
所述步骤(2)中，量化处理后数据于数据处理分系统的数据处理模块中，根据层次结构模型构建各指标的两两判断矩阵，根据经验数据进行重要性判断，完成判断矩阵中的元素取值，并进行一致性检验。
所述步骤(4)中，各指标的两两判断矩阵输入至数据处理分系统的数据处理模块，根据数据处理模块输出的量化数据，以层次结构模型为基准进行效能评估计算试验，获得效能评估结果数据。
所述步骤(5)中，外部数据文件中，通过数值、柱状图、饼状图及曲线方式显示效能评估结果数据。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统及方法，采用基于层次分析法的天基组网效能评估系统，将天基组网系统的主要指标按照相关性高低进行量化整合，在引入专家对各指标的重要程度判断的同时，通过一致性判断原则进行检验，确保评估结果的适用性和准确性。并通过分析框架进行评估，为天基组网系统的建设和优化提供有效的指导意见。
附图说明
图1为发明提供的天基组网效能评估方法流程图；
具体实施方式
一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统及方法，可在具备普遍适用性、可扩展性的同时，合理适当的量化整合不同种类数据指标，又可在获得效能评估结果后，明确清晰的给出分析框架，能够确保天基组网效能评估系统的准确性和有效性，评估系统包括评估算法分系统、数据处理分系统，其中：
评估算法分系统根据经验数据及预设层次结构进行天基组网系统各指标的权重计算，数据处理分系统于天基组网系统数据文件中提取各指标进行量化，为天基组网系统效能评估结果提供对应形式的分析框架，具体的：
评估算法分系统包括路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块、综合评估模块，其中：
路由能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的路由重收敛时间指标的权重设置，并进行一致性检验；
组网能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的跨星切换中断时间、网控模式、业务接入类型、组网体制切换指标的权重设置，并进行一致性检验；
应用服务能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的服务自动部署、典型服务模式、IMS多媒体通信服务、上网下载服务、LOT信息推送服务指标的权重设置，并进行一致性检验；
综合评估模块根据经验数据对路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块的评估结果进行权重设置，并进行一致性检验。
数据处理分系统包括效能评估指标量化模块、数据处理模块，其中：
效能评估指标量化模块用于进行天基组网系统各指标的数值提取及量化；
数据处理模块根据层次结构及评估算法分系统设置的指标权重，进行量化数值并计算效能评估结果。
进一步的，路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块、综合评估模块中，一致性判断均给予一致性判断原则，所述一致性判断原则中，一致性指标C.I的计算方法为：
式中，Imax是该模块判断矩阵的最大特征值，n是该模块判断矩阵的阶数。
所述一致性判断原则中，一致性指标C.R的计算方法为：
式中，R.I是平均随机一致性指标，该指标是通过多次重复构造随机判断矩阵，计算特征值取算术平均数得到的。
所述一致性判断原则中，若C.R＜0.1，则判断矩阵的取值符合一致性原则；否则，判断矩阵的取值有失一致性原则，评估结果有效性不可信。
基于层次分析法的天基组网效能评估方法，具体步骤如下：
(1)将评估所需各指标组成层次结果模型，通过数据处理分系统获取天基组网系统中各指标数据并进行量化处理；
(2)将步骤(1)所得量化处理后数据，于数据处理分系统中，根据层次结构模型，构建各指标的两两判断矩阵，并进行重要性判断，进行判断矩阵中的元素取值；
(3)根据一致性检验结果进行判断，若符合矩阵一致性原则进入步骤(4)，若不符合矩阵一致性原则，返回步骤(2)重新构建两两判断矩阵；
(4)将各指标的两两判断矩阵，输入至数据处理分系统中，根据层次结构模型进行效能评估计算试验，获得效能评估结果数据；
(5)将步骤(4)所得效能评估结果数据输出至外部数据文件中，并于评估算法分系统、数据处理分系统组成的效能评估系统中进行显示。
步骤(1)中，利用数据处理分系统中的效能评估指标量化模块进行天基组网系统中各指标数据的获取，并对获取数据进行量化处理；
步骤(2)中，量化处理后数据于数据处理分系统的数据处理模块中，根据层次结构模型构建各指标的两两判断矩阵，根据经验数据进行重要性判断，完成判断矩阵中的元素取值，并进行一致性检验；
步骤(4)中，各指标的两两判断矩阵输入至数据处理分系统的数据处理模块，根据数据处理模块输出的量化数据，以层次结构模型为基准进行效能评估计算试验，获得效能评估结果数据；
步骤(5)中，外部数据文件中，通过数值、柱状图、饼状图及曲线方式显示效能评估结果数据。
下面根据具体实施例进行进一步说明：
在当前实施例中，评估算法系统由路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块以及综合评估模块四个模块组成，数据处理系统由效能评估指标量化模块及数据处理模块组成。
评估算法系统用于结合专家经验及层次结构完成天基组网系统主要指标的权重计算，数据处理系统用于从天基组网系统数据文件中提取主要指标进行量化及为效能评估结果提供多种形式的分析框架，其中：
评估算法系统中：
路由能力评估模块用于基于专家经验的天基组网系统路由重收敛时间指标的权重设置及一致性检验，组网能力评估模块用于基于专家经验的天基组网系统跨星切换中断时间、网控模式、业务接入类型和组网体制切换指标的权重设置及一致性检验，应用服务能力评估模块用于基于专家经验的天基组网系统服务自动部署、典型服务模式、IMS多媒体通信服务、上网下载服务和LOT信息推送服务指标的权重设置及一致性检验，综合评估模块用于基于专家经验的天基组网系统路由能力评估模块、组网能力评估模块和应用服务能力评估模块的权重设置及一致性检验。
数据处理系统中：
效能评估指标量化模块用于天基组网系统主要指标的数值提取及量化，数据处理模块用于根据层次结构结合指标权重及量化数值计算效能评估结果。
根据上述天基组网效能评估系统，进行基于层次分析法的天基组网效能评估试验方法，具体步骤如下：
步骤1：将主要指标组成层次结构模型，利用数据处理系统的效能评估指标量化模块模块获得天基组网系统主要指标数据并进行量化处理；
步骤2：将步骤1所得到的主要指标量化数据，输入到数据处理系统的数据处理模块中；结合层次结构模型，构建各个指标的两两判断矩阵，并由专家进行重要性判断，完成判断矩阵中的元素取值，同时进行一致性检验；其中，所述一致性检验，判断矩阵符合一致性原则并进入步骤3，判断不符合一致性原则，评估结果有效性不足，需要重新构建判断矩阵。
步骤3:将步骤2所得到的各个指标的判断矩阵，输入到数据处理系统的数据处理模块中，结合数据处理模块中的量化数据，根据层次结构模型开始效能评估计算试验，获得效能评估结果数据。
步骤4：将步骤3所得到的效能评估结果数据输出到数据文件中，并在效能评估系统中以数值、柱状图、饼状图及曲线方式呈现评估结果，以便于对评估结果进行进一步分析。
如图1所示，形成基于层次分析法的天基组网效能评估系统流程图：
(1)数据指标
数据指标指的是样本数据中需要进行评估的具体指标项目及其所对应具体数值，指标项目包括：路由重收敛时间、跨星切换中断时间、网控模式、业务接入类型、组网体制切换、服务自动部署、典型服务模式、IMS多媒体通信服务、上网下载服务和LOT信息推送服务；
(2)一致性检验
一致性检验用于计算基于专家判断所生成的判断矩阵中元素取值是否符合一致性，判断的规则是：若一致性检验计算结果小于门限值，则判断矩阵的取值符合一致性原则；否则，判断矩阵的取值有失一般性原则，评估结果有效性不足，需要重新计算。
通过上述实施例可知，通过层次分析法构建天基组网系统效能评估模型，结合专家经验给出判断矩阵后进行一致性检验，有效解决了相关性较低的数据指标之间的量化整合，提高了系统效能评估的准确性；能够为系统评估结果提供合理清晰的分析框架，通过变化曲线、柱状图、饼状图和样本数据分组数值的形式呈现评估结果，为天基组网系统给出有效的性能反馈及指导意见，调高了系统效能评估的有效性。
其中，步骤(2)中，两两判断矩阵即下表中提到的判断矩阵，也即：将对某一项能力进行评估的所有影响因素，两两之间进行比较，并将比较结果以矩阵的形式进行表示。例如对某一项能力的评估共有6项影响因素，则构建的判断矩阵为6X6矩阵，矩阵中的每一项元素值即为下表中所说的所有影响因素进行两两比较和重要性判断的结果。重要性判断会影响元素在评估分系统中的权重，也即重要性越大的元素，在评估分系统中对应的权重越大。元素不是指标，元素反映了指标相互之间的重要性关系。
两两判断矩阵的说明具体为：
由层次分析法的基本原理可知，首先要构造各个指标的两两判断矩阵。构造两两判断矩阵的参考标度如表3-1所示。
表3-1两两判断矩阵元素取值度量表
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统，其特征在于：
包括评估算法分系统、数据处理分系统，所述评估算法分系统根据经验数据及预设层次结构进行天基组网系统各指标的权重计算，所述数据处理分系统于天基组网系统数据文件中提取各指标进行量化，为天基组网系统效能评估结果提供对应形式的分析框架；
数据处理分系统将量化后指标数据，根据评估算法分系统提出的各指标权重数据进行评估，根据评估结果于对应分析框架下确定天基组网系统的效能。
2.根据权利要求1所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统，其特征在于：
所述评估算法分系统包括路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块、综合评估模块，其中：
所述路由能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的路由重收敛时间指标的权重设置，并进行一致性检验；
所述组网能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的跨星切换中断时间、网控模式、业务接入类型、组网体制切换指标的权重设置，并进行一致性检验；
所述应用服务能力评估模块根据经验数据进行天基组网系统的服务自动部署、典型服务模式、IMS多媒体通信服务、上网下载服务、LOT信息推送服务指标的权重设置，并进行一致性检验；
能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块均接收数据处理分系统量化后指标数据，根据权重设置进行评估，获取评估结果；
所述综合评估模块根据经验数据对路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块对评估结果进行一致性检验。
3.根据权利要求2所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统，其特征在于：
所述数据处理分系统包括效能评估指标量化模块、数据处理模块，其中：
所述效能评估指标量化模块于天基组网系统数据文件中进行天基组网系统各指标的数值提取及量化，将评估所需各指标构成层次结构模型，构建各指标的两两判断矩阵；
所述数据处理模块根据层次结构及评估算法分系统设置的指标权重，将量化后指标数据根据评估算法分系统提出的各指标权重数据进行评估，通过评估结果于对应分析框架下确定天基组网系统的效能。
4.根据权利要求3所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统，其特征在于：
所述路由能力评估模块、组网能力评估模块、应用服务能力评估模块、综合评估模块中，一致性判断均基于一致性判断原则，所述一致性判断原则中，一致性中间参数C.I的计算方法为：
式中，Imax是该模块判断矩阵的最大特征值，n是该模块判断矩阵的阶数。
5.根据权利要求4所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估系统，其特征在于：
所述一致性判断原则中，一致性指标C.R的计算方法为：
式中，R.I是平均随机一致性指标，通过多次重复构造随机判断矩阵，计算特征值取算术平均数获取；
所述一致性判断原则中，若C.R＜0.1，则判断矩阵的取值符合一致性原则；否则，判断矩阵的取值有失一致性原则，评估结果有效性不可信。
6.根据权利要求1所述的系统，提出一种基于层次分析法的天基组网效能评估方法，其特征在于包括：
(1)将评估所需各指标构成层次结构模型，通过数据处理分系统获取天基组网系统中各指标数据并进行量化处理；
(2)将步骤(1)所得量化处理后数据，于数据处理分系统中，根据层次结构模型，构建各个指标的两两判断矩阵，并对矩阵中的元素进行重要性判断，根据重要性判断的结果进行矩阵中的元素取值，完成元素取值后进行一致性判断；
(3)根据一致性检验结果进行判断，若符合矩阵一致性原则进入步骤(4)，若不符合矩阵一致性原则，返回步骤(2)重新构建两两判断矩阵；
(4)将各指标的两两判断矩阵，输入至数据处理分系统中，根据层次结构模型进行效能评估计算试验，获得效能评估结果数据；
(5)将步骤(4)所得效能评估结果数据输出至外部数据文件中，并于评估算法分系统、数据处理分系统组成的效能评估系统中进行显示。
7.根据权利要求6所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，利用数据处理分系统中的效能评估指标量化模块进行天基组网系统中各指标数据的获取，并对获取数据进行量化处理。
8.根据权利要求7所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，量化处理后数据于数据处理分系统的数据处理模块中，根据层次结构模型构建各指标的两两判断矩阵，根据经验数据进行重要性判断，完成判断矩阵中的元素取值，并进行一致性检验，其中：
任一指标的两两判断矩阵根据该指标的所有项影响因素确定，根据影响因素数量K，构建KXK矩阵，矩阵中各项元素值为不同影响因素间重要性判断结果。
9.根据权利要求8所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估方法，其特征在于：
所述步骤(4)中，各指标的两两判断矩阵输入至数据处理分系统的数据处理模块，根据数据处理模块输出的量化数据，以层次结构模型为基准进行效能评估计算试验，获得效能评估结果数据。
10.根据权利要求9所述的一种基于层次分析法的天基组网效能评估方法，其特征在于：
所述步骤(5)中，外部数据文件中，通过数值、柱状图、饼状图及曲线方式显示效能评估结果数据。
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