[发明专利]一种基于模拟退火算法的多自主体网络容侵能力评估方法

说明书

本发明公开了一种基于模拟退火算法的多自主体网络容侵能力评估方法，本发明将模拟退火技术应用于网络容侵能力评估领域，同时在传统的模拟退火方法上综合考虑了在网络健壮性计算子集对更新时引入了三种备选状态，使得子集对更新具有更大采样随机性。本发明具有克服大规模多自主体网络容侵能力评估因NP难问题而无法求解的优点。

技术领域

本发明涉及网络容侵能力评估技术领域，特别是一种基于模拟退火算法的多自主体网络容侵能力评估方法。

背景技术

多自主体系统是指具备感知、通信、计算和执行能力的多个自主体组成的大规模网络系统，被广泛用作分布式协同算法的实现载体。多自主体系统不仅具备一般分布式系统所具有的资源共享、协调性好、自主性强等优点，而且由于各个自主体通过协调合作能够解决大规模的复杂性问题，使其具备很强的鲁棒性与可靠性。然而近些年，随着网络安全风险日益突出，网络设计者在构建多自主体系统过程中对其网络容侵能力的评估也越来越重视。网络拓扑(r,s)-健壮性是目前一种衡量多自主体网络容侵能力的有效指标。

现有的对网络拓扑健壮性评估方法如穷举、图构建、线性规划、函数关系等，对其(r,s)两个数值的评估，都是通过穷举和遍历算法来求得的，这类方法需要获取网络通信拓扑全局的链路信息。然而已有文献证明，对健壮性中的数值对(r,s)评估判定是一个NP难问题。因而上述传统方法仅适用于节点数目较少的小型多自主体网络，对于节点数目众多的大规模网络，均无法适用。

发明内容

本发明为克服现有评估技术的不足，提供了一种较为简明、易于实现并且适用于节点数目众多的大规模多自主体系统的网络容侵能力评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于模拟退火算法的多自主体网络容侵能力评估方法，包括以下步骤：

1)条件设置：采用图论中的节点表示多自主体，图论中的边表示自主体之间的通信链路；给定有向图D＝(V,E)，其中V为节点集合，E为边集；令A(D)为有向图D的邻接矩阵，再给定初始温度为T₀，终止温度为T_f，降温温度为ΔT，迭代次数q，令实时温度T_t为初始温度T₀；设置初始健壮性数值为(r_min，s_min)；令r_min＝min{δⁱⁿ(D)，[n/2]}，s_min＝n，其中δⁱⁿ(D)表示有向图D的最小入度，n表示有向图中的节点个数；

2)获取初解：在节点集V中随机产生一对非空不相交子集对S₁,S₂，进行健壮性计算f(A(D)，S₁，S₂，r_min，s_min)，得到子集对S₁,S₂满足的最优健壮性数值(r，s)；

3)产生新解：更新子集对S₁,S₂形成新的子集对S’₁，S’₂，再次进行健壮性计算f(A(D)，S’₁，S’₂，r_min，s_min)，得到子集对S’₁，S’₂满足的最优健壮性数值(r’，s’)；

4)将初解与新解进行比较计算，记Δr＝(r’-r)×n+(s’-s)；假如新解优于初解，即Δr＜0，直接接受新解(S’₁，S’₂，r’，s’)；如果新解劣于初解，及Δr≥0，按照Metropolis准则接受新解(S’₁，S’₂，r’，s’)；

Metropolis准则包括以下步骤：