[發明專利]一種基于主從決策的設施防御優化決策方法

無效

• 申請號: 201210037947.0
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102646218A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 鄭征;朱悅妮;張逍怡;蔡開元
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于主從決策的設施防御優化決策方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

第一步場景及決策變量初始化

設供求系統由n個需求點和p個服務設施構成，分別由下腳標i和j來指代；需求點i的需求量為a_i，需求點i和服務設施j間的距離為d_ij；對于每個需求點i，按照距離由近到遠對所有服務設施進行排序，用下腳標v來指代距離需求點i第v近的設施；系統運行成本表示為加權距離和的期望，而攻擊方的目標即最大化這一運行成本；現有防御資源總量q個，用非負整數變量z_j來表示防御方的決策，具體而言，z_j表示防御方將z_j個防御量分配給設施j，假設攻擊方最多能中斷r個設施，用0-1二值變量s_j來指代攻擊方的中斷決策，s_j＝1表示其決定以設施j為中斷目標；

開始分配防御量前，各防御決策變量值均為零，即令{z_j}＝0；

第二步確定最優中斷節點集

最優中斷節點集是攻擊方在資源總量限制內不同程度的資源耗費情況下所確定的最優中斷決策，反映了攻擊方對設施的選擇偏好，這里利用攻擊方的決策信息來定義設施重要程度因子，建立攻防雙方間的內在聯系，以實現根據攻擊方可能采取的中斷策略進行有針對性防御的決策思路；

下面對攻擊方的決策行為進行建模和求解；考慮到現代武器高精度破壞力強的特點，在此認為一旦對某個被攻擊方選定的目標設施j的防御失敗，則意味著該設施一定被中斷；設單位防御量的防御成功率為ω，那么設施j被中斷概率β_j用如下表達式來描述：

βj=sj·(1-ω)zj---(11)]]>

記當前已向設施j分配z_j個單位的防御量，則β_j由s_j的取值所唯一確定；

對于每個需求點i，只有當距離其最近的服務設施被中斷后，才可能由距離其第二近的設施提供服務，依此類推，中斷后，需求點i由距離其第v近的設施i_v提供服務時必須同時滿足兩個條件：一是所有距離需求點i比i_v近的設施都已近被中斷，二是設施i_v本身沒有被中斷；由此，中斷后系統運行總成本的期望用下式表示：

Σi=1nΣv=2r+1[aidiiv(1-βiv)·Πl=1v-1βil]+Σi=1naidii1(1-βi1)---(12)]]>

記攻擊方的資源總量限制為r，對應每一個x，x＝1，2，…，r，相應可以找到一組解{s_j}使式(12)的值達到最大；由這組解所確定的目標設施集合即為最優中斷節點集，記作S^x：

S^x＝{j|s_j＝1，j＝1，2，…，p}????(13)

此時需要進行判斷：如果當前未分配防御量僅余一個，則直接令候選防御設施節點集合J＝S^r；跳過第三步，直接進入第四步；否則，繼續第三步；

第三步篩選候選防御節點

頻繁出現在各個最優中斷節點集的設施，意味著無論資源消耗多少，攻擊方總是傾向于將該設施節點選為攻擊目標，因此有理由優先對其采取防護措施；基于這一思路，利用最優中斷節點集定義了設施重要程度因子的概念，并設計啟發式信息，篩選出重要程度較高的設施作為候選防御節點；具體分為兩個子步驟：

1計算設施重要程度因子

統計每個設施在所有最優中斷節點集中出現的總次數，即為設施重要程度因子；定義0-1二值統計變量表示設施j包含在資源消耗量為x時所對應的最優中斷模式集中，則設施重要程度因子L_j計算式如下：

Lj=Σx=1rtjx---(14)]]>

2運用啟發式規則篩選候選防御節點

依據設施重要程度因子的高低，設計了兩條啟發式規則來挑選出候選防御節點集，分別命名為強選擇算子和弱選擇算子；進行到此步時，首先需進行判斷：如果待分配防御量不少于3，則采用強選擇算子；否則采用弱選擇算子；

強選擇算子的作用為挑選出設施重要程度因子最高的節點或節點集，用數學公式表述如下：

J={j*|Lj*=max1≤j≤pLj}---(15)]]>

弱選擇算子的作用為挑選出設施重要程度因子排名前M(M≥2)的所有節點，其中，重要程度因子數值相同的節點排名并列相同，其數學形式為：

J=∪m=1MJm---(16)]]>

J_A＝{j|j＝1，2，…，p}????(17)

J1={j*|Lj*=max1≤j≤pLj}---(18)]]>

Jm={j*|Lj*=maxj∈JA/Jm-1Lj},m=2,3,...,M---(19)]]>

第四步確定單位防御量分配策略

對每個候選防御設施節點，依次考察其增加一單位防御量后對減低最壞中斷情況下的系統運行成本即目標函數值的貢獻，具體做法為：對候選集中的某個設施節點暫時性地增加一單位防御量后，利用式(11)和(12)找到相應的最優中斷集，從而確定此種情況下的目標函數值；選擇使目標函數值最小的一組決策變量值，即相當于在候選集中能使目標函數值最小的設施節點j⁰處增加一單位防御量，

隨后，考察剩余未分配防御資源數量，如果為零，說明全部防御量已經分配完畢，輸出最終防御決策變量集{z_j}；否則，返回第二步進行下一個單位防御量的分配；

第五步設計結束。