[發(fā)明專利]空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性建模與優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810948801.9
• 申請(qǐng)日: 2018-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN109146173B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興隆;齊雁楠;高經(jīng)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)民航大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/30;G06F30/20;G06F30/18
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 楊慧玲

本發(fā)明定義空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效，采用改進(jìn)的容量—負(fù)載模型，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同空管實(shí)際工作相結(jié)合，考慮流量與空域結(jié)構(gòu)定義空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載，定義更符合空管實(shí)際情況的扇區(qū)節(jié)點(diǎn)容量。根據(jù)空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效過程構(gòu)建模型，確立臨界閾值和扇區(qū)非正常率為空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性測(cè)度指標(biāo)。通過優(yōu)化負(fù)載再分配方式優(yōu)化空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性，并提出基于剩余容量的相鄰負(fù)載再分配和局部負(fù)載再分配策略。以中南管制扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行模擬仿真級(jí)聯(lián)失效過程，分析得出與大負(fù)載容量扇區(qū)節(jié)點(diǎn)距離較近，且度值和強(qiáng)度小的扇區(qū)節(jié)點(diǎn)容易成為失效瓶頸，同時(shí)找出擁堵瓶頸節(jié)點(diǎn)；進(jìn)一步仿真驗(yàn)證兩種優(yōu)化策略都可以減小臨界閾值及扇區(qū)非正常率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空中交通管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性建模與優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)民航業(yè)的迅速發(fā)展，空中交通擁堵問題日益嚴(yán)重。一個(gè)扇區(qū)容量下降或者失效就可能導(dǎo)致大片空域發(fā)生擁堵，進(jìn)而引發(fā)大范圍的航班延誤。2015年8月某日，美國(guó)弗吉尼亞州區(qū)管中心由于電腦技術(shù)故障，導(dǎo)致所轄高空交通管制扇區(qū)失效，美國(guó)東北部各大城市包括華盛頓、紐約、波士頓和費(fèi)城等機(jī)場(chǎng)航班均發(fā)生延誤，后續(xù)延誤影響擴(kuò)大到了全部美國(guó)東部海岸。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論具有豐富的分析理論和成熟的方法體系，可以系統(tǒng)科學(xué)地研究具有復(fù)雜性的空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)其包含的抗毀性和動(dòng)力學(xué)行為可以實(shí)現(xiàn)擁堵傳播的模擬，為解決空中交通擁堵問題提供了有效途徑。

抗毀性是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的重要方向，最早由Albert提出并開始研究，主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的抗破壞能力測(cè)度評(píng)估。前期對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性都是靜態(tài)分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性能變化，但受到攻擊后，網(wǎng)絡(luò)不僅結(jié)構(gòu)性能發(fā)生了變化，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)載也發(fā)生了分配轉(zhuǎn)移，其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)也會(huì)隨之改變，可能會(huì)導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)失效，引發(fā)新一輪負(fù)載分配，這就是級(jí)聯(lián)失效現(xiàn)象。整個(gè)過程是動(dòng)態(tài)的，是網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)研究和應(yīng)用研究的一個(gè)分支。2002年，Moreno等首先提出級(jí)聯(lián)失效模型，對(duì)無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過程開展研究。2004，Crucitti等提出了基于邊上傳輸效率動(dòng)態(tài)更新的級(jí)聯(lián)失效模型(CLM模型)，型將節(jié)點(diǎn)和邊在失效傳播過程的動(dòng)態(tài)變化考慮在內(nèi)。目前常用的級(jí)聯(lián)失效模型主要有：沙堆模型、二值模型、耦合映像格子模型和容量-負(fù)載模型等。其中，容量-負(fù)載模型在電力系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的使用最為廣泛。2014年，種鵬云等構(gòu)建危險(xiǎn)品運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，提出了危險(xiǎn)品運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效模型。2016年，周添杰等提出基于節(jié)點(diǎn)最大剩余容量的負(fù)載再分配策略以提高網(wǎng)絡(luò)對(duì)級(jí)聯(lián)失效的抵抗能力。級(jí)聯(lián)失效模型同樣適用于航空復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究。2013年，徐偉舉對(duì)美國(guó)航空機(jī)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效抗毀性分析。2017年，武喜萍等人對(duì)以機(jī)場(chǎng)交通流量網(wǎng)絡(luò)，建立空中交通延誤傳播模型，分析機(jī)場(chǎng)的航班延誤情況。綜上，學(xué)者們對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)抗毀性及級(jí)聯(lián)失效現(xiàn)象的研究很豐富，并且將其應(yīng)用于航空網(wǎng)絡(luò)中。但從空中交通管制的角度出發(fā)，系統(tǒng)地分析空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效現(xiàn)象及抗毀性，以此來尋找緩解空中交通擁堵策略的研究是沒有的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性建模與優(yōu)化方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性建模與優(yōu)化方法，具體包括如下步驟：

(1)建立適用于空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效抗毀性模型，定義扇區(qū)節(jié)點(diǎn)容量、節(jié)點(diǎn)負(fù)載相關(guān)參數(shù)和變量，構(gòu)建空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效過程模型，確定級(jí)聯(lián)失效抗毀性測(cè)度指標(biāo)；

(2)通過優(yōu)化負(fù)載再分配方式優(yōu)化空域扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性。