【摘要】：隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在戰(zhàn)爭中廣泛地應(yīng)用,戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生了巨大的變化,工業(yè)時代的傳統(tǒng)集中式作戰(zhàn)模式被打破,分布式網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式應(yīng)運(yùn)而生。所謂的分布式網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)是對網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理論是的一種提煉,面向信息時代戰(zhàn)爭的先進(jìn)作戰(zhàn)樣式。在分布式網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式下,作戰(zhàn)單元分布式的部署在整個戰(zhàn)場空間中,通過信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),全范圍的偵察戰(zhàn)場環(huán)境,實(shí)時獲取情報信息,作戰(zhàn)單元可以自主地作出反應(yīng),實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化的指揮和控制,以更敏捷的戰(zhàn)爭組織實(shí)施高效能的作戰(zhàn)。同時,分布式網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式的上述特性也引起了戰(zhàn)爭指控方式的變革,網(wǎng)絡(luò)化的指控成為必然趨勢。但由于分布式網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)本身的分布式、自主性、靈活性、復(fù)雜性等特點(diǎn),以及對復(fù)雜性科學(xué)和控制理論認(rèn)知的程度不足,使得分布式作戰(zhàn)體系的網(wǎng)絡(luò)化控制等問題的研究成為一個極具挑戰(zhàn)性的課題。分布式作戰(zhàn)體系的核心就是其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),研究分布式作戰(zhàn)體系的網(wǎng)絡(luò)化控制就需要從作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的控制著手。作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制研究的首要問題就是回答作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)是否可控,也就是分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的可控性問題。因此,開展分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的可控性及其優(yōu)化方法研究,對提高我軍信息化戰(zhàn)爭條件下的作戰(zhàn)、指揮、控制具有重要的理論與實(shí)踐意義。本課題立足于信息時代作戰(zhàn)模式與指控方式變革帶來的新需求,著眼于分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性分析與優(yōu)化方法,充分借鑒復(fù)雜性科學(xué)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和控制論領(lǐng)域的已有研究成果,力圖在一定程度上揭示信息時代分布式作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)化控制的本質(zhì)規(guī)律和內(nèi)在機(jī)理。論文的主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在以下幾個方面:一、本文建立了分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型,在此基礎(chǔ)上提出了分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的可控性分析框架。首先對分布式作戰(zhàn)體系中的作戰(zhàn)實(shí)體及其交互關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)分析和概念定義,將作戰(zhàn)實(shí)體抽象為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn),而其交互關(guān)系抽象為邊,引入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和方法構(gòu)建了分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)形式化模型。然后利用基于最大匹配的網(wǎng)絡(luò)可控性求解方法,結(jié)合分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型,建立了分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性分析框架,為后續(xù)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化方法和魯棒性研究提供基礎(chǔ)支撐。二、針對作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可變的應(yīng)用背景,本文提出了基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化方法。首先對作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化問題進(jìn)行了形式化描述,然后基于分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的可控性分析框架,研究了基于冗余邊重構(gòu)的可控性優(yōu)化算法,該方法通過對網(wǎng)絡(luò)中的邊進(jìn)行分類以獲取網(wǎng)絡(luò)中的冗余邊,然后基于網(wǎng)絡(luò)的控制路徑給出了邊重構(gòu)位置的優(yōu)先級,再依據(jù)其位置優(yōu)先級進(jìn)行邊重構(gòu)。該方法可以將平均度大于2的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化到最優(yōu)可控,并通過仿真實(shí)驗(yàn)對比分析了最優(yōu)可控網(wǎng)絡(luò)的三種統(tǒng)計特征。三、針對無法改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r,本文提出了基于邊指向的分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化策略。根據(jù)不同的應(yīng)用背景,分別提出了三種基于邊指向策略的可控性優(yōu)化方法:基于節(jié)點(diǎn)剩余度的優(yōu)化方法、基于控制路徑的優(yōu)化方法和基于局部結(jié)構(gòu)信息的優(yōu)化方法�；诠�(jié)點(diǎn)剩余度的可控性優(yōu)化方法從直觀、便捷、容易操作的角度出發(fā),分析了網(wǎng)絡(luò)中的邊指向?qū)W(wǎng)絡(luò)可控性的影響,利用一種啟發(fā)式方法,通過定義節(jié)點(diǎn)剩余度分析設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)中邊的指向�？紤]到基于節(jié)點(diǎn)剩余度的優(yōu)化方法忽略了最初的邊指向,重新指定了所有邊的指向,基于控制路徑的優(yōu)化方法是在初始邊指向的基礎(chǔ)上,分析網(wǎng)絡(luò)中的具體控制路徑進(jìn)而確定候選邊,再根據(jù)不同類型候選邊的優(yōu)化策略,對盡可能少的邊反轉(zhuǎn)指向以達(dá)到優(yōu)化可控性的目標(biāo)�；诰植拷Y(jié)構(gòu)信息的可控性優(yōu)化方法用于在有些特殊戰(zhàn)場環(huán)境下無法獲得完整的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息時,該方法首先統(tǒng)計分析了候選邊具有的局部結(jié)構(gòu)特征,然后利用一種改進(jìn)的模擬退火算法建立了邊反轉(zhuǎn)策略。通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了基于邊指向的分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性優(yōu)化方法的有效性。四、本文提出了節(jié)點(diǎn)負(fù)荷失效的分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)可控性分析模型,定義了控制魯棒性測度指標(biāo),并提出了分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制魯棒性動態(tài)優(yōu)化方法。針對分布式作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的負(fù)荷失效現(xiàn)象,本文首先對節(jié)點(diǎn)負(fù)荷失效的控制魯棒性問題進(jìn)行了分析,定義了失效節(jié)點(diǎn)的概念,引入了兩種不同的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷失效模型,分析了不同模型下的網(wǎng)絡(luò)控制魯棒性。本文進(jìn)一步對作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制魯棒性的優(yōu)化問題進(jìn)行了研究,定義了一個基于節(jié)點(diǎn)攻擊策略的控制魯棒性測度,進(jìn)而提出了作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制魯棒性動態(tài)優(yōu)化方法,并與以前的靜態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行了對比分析,證實(shí)了本文提出的動態(tài)優(yōu)化方法顯著地提升了網(wǎng)絡(luò)的控制魯棒性和網(wǎng)絡(luò)連通性,并利用網(wǎng)絡(luò)異質(zhì)性和度關(guān)聯(lián)系數(shù)兩個網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計特征深入研究了優(yōu)化前后的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制魯棒性變化規(guī)律。論文最后設(shè)計了具體的想定案例,通過體系對抗仿真系統(tǒng)對案例進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證本文構(gòu)建及提出的相關(guān)模型方法的正確性和有效性。
【圖文】：

圖 6.4 防空想定中的作戰(zhàn)平臺6.1.3 作戰(zhàn)網(wǎng)路構(gòu)建TOPSIM 中通信網(wǎng)絡(luò)采用分層建模的思想，將一個通信子網(wǎng)作為上層通信網(wǎng)的一個通信節(jié)點(diǎn)，這樣的建模思想便于在不同粒度上分析通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時又能

圖 6.6 TOPSIM 通信網(wǎng)絡(luò)模型總體類視圖TOPSIM 系統(tǒng)中在構(gòu)建作戰(zhàn)實(shí)體間的通信網(wǎng)絡(luò)時提供了便捷的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，有四類供選擇：樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、全連通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，，如圖 6.7 所示。TOPSIM 系統(tǒng)也可以依據(jù)需要任意指定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，值得注意的是在構(gòu)建好每個通信子網(wǎng)后會自動生成整個通信網(wǎng)絡(luò)。由于作戰(zhàn)實(shí)體類型不同，
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：E211

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本文編號：2618080