[发明专利]一种基于时变网络的集群对抗能力评估方法

权利要求书

1.一种基于时变网络的集群对抗能力评估方法，其特征在于：其具体实施步骤如下：

步骤1，构建时变网络

每个时刻t，将集群组成的个体单元对象抽象成为时变网络节点，定义交互半径r_c，识别节点之间欧式距离在交互半径内的邻居节点，添加邻居节点的连边，预处理网络信息，包括以下内容：

(1)预处理节点信息；

(2)定义交互半径；

(3)预处理连边信息；

步骤2，定义对抗能力指标体系

为监测集群拓扑结构演化情况和衡量集群对抗效果，本步骤定义对抗能力指标体系，包括对抗效果、时变网络连通可靠性和生存可靠性指标；

其中对抗效果即对抗的胜负情况；连通可靠性表示集群的拓扑结构连通性保持能力，连通可靠性越高表明集群的对抗能力越强；生存可靠性表示集群的生存能力，生存可靠性越高表明集群的存活能力越强；

步骤3，构建集群运动仿真模型

本步骤采用Vicsek模型描述集群个体与邻居之间的运动关系；Vicsek模型规定了个体在运动中需遵循的三条基本原则：靠拢原则、速度一致原则和防碰撞原则，具体包括以下三个子步骤：

3.1设置对抗平面区域，关闭阻隔墙，将各个不同集群分隔开来；

3.2初始化个体单元的初始位置、速度、方向角和噪音；

3.3更新个体单元位置和方向角；

在步骤3.3中所述的“更新个体单元位置和方向角”，其做法如下：

在每个时刻t，下一时刻t+1每个个体单元的速度v大小保持恒定不变，其位置由速度和自身的方向角决定，数学表示为：

x_i(t+1)＝x_i(t)+vΔt

其中x_i(t)、x_i(t+1)分别表示t时刻和t+1时刻第i个个体单元的位置坐标，v表示初始速度大小，Δt表示t+1时刻到t时刻的时间差；

每个个体单元的方向角更新数学表示为：

θ_i(t+1)＝＜θ_i(t)＞_r+Δθ_i

其中θ_i(t)、θ_i(t+1)分别为t时刻和t+1时刻第i个个体单元的方向角，＜θ_i(t)＞_r表示第t时刻第i个体单元的邻居集方向角的平均值，Δθ_i表示第i个个体单元的噪音值，r表示个体之间的距离；

步骤4，设定集群感知及对抗规则

针对步骤3中构建的集群运动仿真模型，每个个体单元具有释放信息素的性质，本步骤通过赋予集群个体单元感知能力，以达到感知和搜索对方集群的目的；同时，规定两个不同类型集群相遇，集群所形成的时变网络连通子团更大的集群具有更高的获胜概率，集群连通子团大小相同的情况下，两个集群获胜的概率相同；包括三个子步骤：

4.1开启阻隔墙，集群个体单元信息素释放、扩散；

4.2感知信息素浓度与搜寻对方集群；

4.3设定对抗规则，两个集群相遇时按照对抗规则开始对抗；

步骤5，计算对抗能力指标

根据步骤3和步骤4中建立的集群运动仿真模型和感知、对抗规则，集群在每个时刻t均按照步骤1所述的时变网络构建方法建立当前时刻t的时变网络；计算每一时刻t的时变网络连通可靠性和生存可靠性指标，用于监测和验证集群对抗仿真的效果，统计每个集群对抗效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于时变网络的集群对抗能力评估方法，其特征在于：

在步骤1中所述的“预处理网络信息”，其做法如下：首先将集群的个体单元抽象为时变网络的节点，节点从1开始顺序编号1～N，每个节点具有唯一的非重复编号；其次，定义交互半径是指给定节点之间的交互半径r_c，当任意两个节点欧式距离小于等于交互半径的节点则视为邻居节点；若两个节点的坐标分别为(x₁,y₁)及(x₂,y₂)，其欧式距离d的计算公式为：

针对连边信息，添加当前时刻所有邻居节点之间的连边，并编号所有连边，对M条连边按照从1开始顺序编号1～M，自环以及多重边不做统计。