[發明專利]一種均衡系統失效風險的信息物理系統規劃方法

有效

• 申請號: 201710520808.6
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107277828B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 楊挺;黃志勇;馮瑛敏;盆海波;張亞健;牛宇卿
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種均衡系統失效風險的信息物理系統規劃方法，所述方法包括以下步驟：以CPS主站、終端為節點，通信鏈路為邊，構造網絡拓撲；根據CPS的評價體系，采用專家打分法根據網絡異構性特征構造判斷矩陣，當判斷矩陣滿足一致性要求時，生成CPS網絡節點的廣義節點權重；建立CPS風險均衡規劃模型，基于高斯勢對網絡節點進行重要辨識，利用二進制遺傳算法進行求解，獲取新的網絡拓撲；定義網絡效能、連通魯棒性和平均路徑長度標度，用于評估網絡可靠性和效能。本發明提高了網絡效能和抵御失效風險的能力，實現復雜CPS網絡規劃，適用于不同規模和特征的CPS應用環境。

技術領域

本發明涉及信息物理系統應用領域，尤其涉及一種新型的信息物理系統網絡拓撲規劃方法，屬于網絡拓撲技術領域。

背景技術

信息物理系統(Cyber Physical System,CPS)是多維異構的感知、通信和計算單元與物理設備深度耦合的新型智能復雜系統，是實現大規模信息網絡的可觀測性和復雜動態控制的關鍵支撐技術。分析CPS網絡需求可知，CPS觀-控對象多樣，包括：監控設備、量測設備、面向用戶的智能表計和終端，匯聚信息流的中繼服務器和信息處理單元等。正是因為CPS網絡與被控對象互聯的復雜性，自身網絡結構的動態可變，導致CPS終端具有異構性，實現異構CPS系統的規劃成為復雜難問題。

然而，已有的規劃研究多是單一考慮物理網絡或者通信系統，并未將物理、通信和信息系統綜合作為規劃要素。就目前信息系統發展階段而言，其拓撲規劃主要針對通信子網。對于電力通信網，基于抗毀性分析的電力通信網規劃優化方法，能夠提高電力通信網抵御隨機失效和主動攻擊的能力。

基于賦權圖的拉普拉斯矩陣單調性方法提出的邊擴充二分算法，可以實現電力通信ASON(Automatically Switched Optical Network，自動交換光網絡)網絡優化。通信網絡和交通網絡中關鍵節點研究方法總結、對比和分析具有可類比性。在對交通網絡研究中，首先需要研究道路網絡中的關鍵節點，明確交通網絡的功能并以此確定網絡中關鍵節點，明確關鍵節點定義從而確定道路網絡中節點重要性的評價標準，采用智能算法對交通網絡拓撲進行優化，解決交通網絡中易受損和易引起其他節點和網絡癱瘓的節點為關鍵節點。但CPS系統所涵蓋的網元更多樣化，現有的通信網絡或者交通網絡的規劃方法是基于網元同構性，如完全是SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數字系列)設備、ASON交換設備或相同性質的交通節點，而非針對CPS異構網元間業務或者流量傳輸。

因此，需要在網絡規劃階段即考慮網絡中網元的異構性和網元之間的相互影響。

發明內容

本發明提供了一種均衡系統失效風險的信息物理系統規劃方法，本發明提高了網絡效能和抵御失效風險的能力，實現復雜CPS網絡規劃，適用于不同規模和特征的CPS應用環境，詳見下文描述：

一種均衡系統失效風險的信息物理系統規劃方法，所述方法包括以下步驟：

以CPS主站、終端為節點，通信鏈路為邊，構造網絡拓撲；

根據CPS的評價體系，采用專家打分法根據網絡異構性特征構造判斷矩陣，當判斷矩陣滿足一致性要求時，生成CPS網絡節點的廣義節點權重；

建立CPS風險均衡規劃模型，基于高斯勢對網絡節點進行重要辨識，利用二進制遺傳算法進行求解，獲取新的網絡拓撲；

定義網絡效能、連通魯棒性和平均路徑長度標度，用于評估網絡可靠性和效能。

所述CPS的評價體系具體為：

第一維度：確定CPS承載物理系統業務；第二維度：確定CPS網元類型；

將CPS節點的廣義節點權重作為目標層，第一維度作為指標層，第二維度作為方案層，建立CPS節點廣義權重層次分析模型。