[发明专利]一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法

说明书

本发明公开了一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络脆弱性评估方法，本方法基于复杂网络理论中的节点效率和临近节点贡献作用的概念，实现对导航台设备网络的脆弱性评估。具体步骤如下：利用节点效率对单一导航台设备节点脆弱性赋值，其次考虑实际物理场景中相临导航台节点之间的脆弱度的贡献关系，建立融合节点度值的初步临接矩阵；导航台失效导致飞机改航或备降，区域内航路流量转移效率高的相邻节点，选用失效导航台节点效率对矩阵修正，航路流量的转移存在一定比例关系，选用相邻导航台节点效率对矩阵再修正。导航台节点的脆弱性由自身效率值、度值以及相邻导航台节点效率和度值刻画，这种方法能更好的评估导航台设备网络的规划合理性，相对传统评估方法更加快捷，并且对空管技术保障系统中其他保障设备具有很好的通用性。

技术领域

本发明属于复杂网络应用技术领域。本发明涉及一种考虑临近节点贡献作用的导航台设备网络评估方法。特别涉及到航路流量的分配和调度问题。

背景技术

民航导航设备主要用于引导航空器的起飞、巡航、着陆，并为飞机提供航向距离等定位信息，确保航空器沿着给定航路正确飞行，是支撑国内空中交通管理的重要设施。近年来，随着飞行流量以及导航设备网络化程度提高，同时导航设备遭受着不同程度的自然灾害、人为破坏，导航设备服务连续性严重受阻，脆弱性也暴露无遗。

当前研究复杂网络脆弱性多侧重于电力系统、交通运输、生物等领域，复杂网络理论是分析空管设备脆弱性、使其保障航路持续运行的有效方法，但这一领域相关研究甚少。其中，袁贵宏研究了空管设备保障的风险评估管理，将业务持续性概念引入空管设备保障。李苏亚研究了重大灾害冲击下空管设备的脆弱性和保障能力。此外一些关于机场网络和航空网络的脆弱性和业务持续性研究对该问题研究具有一定借鉴意义。Li提出了两种绝对和相对空间脆弱性指数，对中国民航网络系统做了评估。Li通过模糊重要性评价方法对美国和中国重要机场网络的脆弱性做了详尽的对比分析。张超引入了一种不完全信息条件下的复杂网络攻击模型，分析了航空通信网络的鲁棒性。此外，关于机组恢复、旅客恢复的相关成果也可以提供研究借鉴。

导航设备服务的连续性包括设备提供功能的持续性和服务覆盖范围的持续性两个方面。设备功能连续性的影响因素包括：设备使用年限、设备故障率、设备保障和维护状态以及备用设备建设状态。这些因素强调的更多是经济的投入和管理体系的完善。服务覆盖范围的持续性主要涉及的是设备布局的合理性和飞机间隔控制的有效性，即通过飞行流量的合理分配来杜绝因流量控制而导致的飞行延误等问题。当因流量控制而导致设备服务连续性受阻时我们定义保障设备过载。

发明内容

无向无权图网络用G=(V,M,A)表示，设图G中含有n个节点，m条边，V代表节点集合，V={v₁,v₂,…v_n},M代表边集合，M={m₁,m₂,…m_m},为邻接矩阵，代表节点之间关系。ψ_ij=0或ψ_ij=1分别表示节点间物理联系不相连与相连，节点选取为导航台设备，边选取导航台设备之间的航线。

在实际导航台设备网络中，若某导航台节点故障或失效，则途径该导航台节点的飞机航线就会发生改变，整个网络的飞行流量也将重新分配，即故障导航台节点的飞行流量分配给其临近导航台节点。若临近导航台节点能够承受所配给的流量，系统网络依旧畅通运行，倘若超过临近导航台节点的极限负载使临近导航台节点出现流量控制，说明流量分配不合理需要进一步的流量调配。因此节点的脆弱度不仅与其所在网络的位置有关，还与临近节点的贡献作用密切相关。为了将节点的全局脆弱性和临近节点的贡献作用相结合，引入节点效率的概念。导航台的节点效率可以描述为该台到其他导航台节点的平均难易程度，体现该导航台节点对网络飞行流量的控制能力，即对整个网络做出的贡献，定义为：

(1)

节点的效率值越大，则节点在网络流量传输过程中所处的位置越重要，且遭到不同攻击模式时导致网络脆弱性增大的可能性也越大。