[发明专利]空中交通相依网络脆弱性的度量方法

权利要求书

1.一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)建立空中交通相依网络模型；

(2)空中交通相依网络模型在随机扰动和蓄意扰动节点两种不同失效模式下，采用最大连通度和结构熵两个指标分析相依网络的结构脆弱性；

(3)空中交通相依网络模型在随机扰动和蓄意扰动节点两种不同失效模式下，创建流量熵和交通流损失比指标分析相依网络的功能脆弱性；

所述蓄意扰动是网络节点按一定策略被删掉，随机扰动是网络节点按概率被随机删除；

所述步骤(2)中包括定义结构脆弱性评价指标，包括网络结构熵和最大连通度，其中，

网络结构熵：描述由节点差异性形成的网络结构特性，根据熵值变化分析空中交通相依网络节点分布的脆弱性；结构熵计算公式为：

式中H(K)为网络结构熵，p(K)为网络中度为K的概率，p(K)计算公式为：

式中n为研究网络节点数目总和，n(K)为网络中度为K的节点的数目；

由公式(1)可知，当网络中所有节点的度均不一致时，网络结构熵最大；所有节点的度均相同时，网络结构熵最小；为了分析不同层网络的结构熵，进行归一化处理：

式中i为网络的一个节点；

最大连通度：

网络的节点被扰动后，可能造成其它节点的孤立，孤立节点会被去除，此时，网络中仍与最大子图相连的节点数目与节点总数的比值就是的最大连通度，计算公式为：

式中M表示网络的最大连通度；N_W为在节点扰动后网络中仍与最大子图相连的节点数目；

所述步骤(3)中包括定义功能脆弱性评价指标，包括流量熵和交通流损失比，其中，

流量熵：网络中交通流在节点失效后需要重新分配，在交通流的重新分配的过程中，网络处于一种脆弱性易发的状态，流量熵可以刻画这种状态， 其计算公式为：

式中H(k)为流量熵，r(K)为网络中节点k的交通量与整个网络交通量的比值，k∈{1,2,...,n},r(K)计算公式为：

式中t(k)为节点k的交通量，t为网络中交通量总和；为分析不同层网络间的流量熵，进行归一化处理：

交通流损失比：网络中的节点被去除到一定的水平后，剩余节点将无法承接交通流的转移，无法承接的转移流量与去除节点交通流总量的比值，就是交通流损失比，计算公式为：

式中l_r为网络的交通流损失比，l(q)为q比例的节点遭到去除后，网络无法承接的交通量；L为被去除网络节点交通量的总和。

2.根据权利要求1所述的一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法，其特征在于：所述步骤(1)中具体包括

(11)以机场为节点，机场间备降关系为边构建机场网络模型；

(12)以全向信标台、测距台或者无方向性导航台为节点，节点间的航路为边构建航路网，构建航路网络模型；

(13)以扇区为节点，扇区间的航班的移交关系为边，将高扇合并到相应低扇中，构建管制扇区网络模型；

(14)通过对机场网络模型、航路网络模型以及管制扇区网络模型之间的交通流的运行关系构建空中交通相依网络，依据空中交通管理规则，建立层网络间的连接方式，其中，机场网络模型与航路网络模型的依存边为机场节点与相应航路网络节点的连接，机场网络模型与管制扇区网模型络的依存边为机场节点与相应管制扇区网络节点的连接，航路网络模型与管制扇区网络模型的依存边为航路节点与相应管制扇区网络节点的连接。