常态执勤指挥模型关键节点识别及抗毁性研究.pdf
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1、 指挥控制与仿真 ()引用格式:郭正轩,梁文俊,苏旸,等常态执勤指挥模型关键节点识别及抗毁性研究指挥控制与仿真,():,():常态执勤指挥模型关键节点识别及抗毁性研究郭正轩,梁文俊,苏 旸,陈 芮(武警工程大学,陕西 西安;武警指挥学院,天津;北京市交通委员会,北京)摘 要:在常态执勤指挥模型的基础上,重点对树状指挥网络和级联指挥网络的抗毁性进行研究。通过建模仿真的方法,对三种执勤指挥模型进行随机攻击和蓄意攻击,对比分析最大连通子图规模、网络效率和全局聚集系数等指标,找出抗毁性最强的常态执勤指挥网络模型。应用集体影响力算法识别抗毁性能最好的指挥网络的关键节点,与基于节点度大小的传统关键节点识别
2、方法进行对比,证明基于集体影响力算法识别关键节点更加准确,目的是为未来常规执勤指挥网络的优化和防护提供理论指导。关键词:复杂网络;执勤指挥网络;建模仿真;抗毁性;集体影响力算法中图分类号:;文献标志码:,(,;,;,):,:;收稿日期:修回日期:作者简介:郭正轩(),男,硕士研究生,研究方向为电子信息技术。梁文俊(),男,硕士研究生。武警内卫部队常态担负日常执勤、武装巡逻、城市反恐等维护社会面稳定的任务,在信息化条件下,依托网络、无线电等技术手段实施指挥控制和协同配合,受到冲击破坏的风险较高,尤其是在遇有大规模群体性事件和暴恐袭击时,可能造成整个执勤指挥网络的瘫痪,进而引发社会动荡。构建抗毁性
3、能强的常态执勤指挥网络,在对抗条件下保持好网络的抗毁性能,对于提升完成任务能力,维护社会稳定,保卫人民美好生活具有极其重要的意义。常态执勤指挥网络是以武警内卫部队的指挥和管理关系为基础,依据图论的相关概念抽象形成的网络图。本文在郭正轩等人建模的基础上,应用复杂网络理论和集体影响力算法,识别常态执勤指挥网络中的关键节点,对树状指挥网络和两种级联指挥网络进行随机攻击和蓄意攻击,分别模拟无组织且情报缺失和有组织且掌握一定情报信息两种攻击形式,定量分析常态执勤指挥网络的抗毁性能。常态执勤指挥模型的构建构建常态执勤指挥模型是开展网络分析的基础,主要是运用抽象的方法,将现实中各种研究对象之间的相互关系转化
4、为点与边的集合,形成网络图。常态执勤指挥情况想定为方便表述和研究,对常态执勤指挥网络的生成背景做如下想定:武警某内卫部队担负某地区常态执勤活动,该部按照三级指挥结构实施垂直指挥。其中节点 表示该地区该部最高指挥机构,节点下辖二级指挥机构 个(包含 节点和 节点,节点担负常规执勤任务的指挥机构,节点担负抢险、处突、维稳、战备、反恐等机动任务的指挥机构),二级指挥机构分别下辖三级作战单元 个(包含节点、节点、第 期指挥控制与仿真 节点、节点,节点是遂行常规执勤任务的作战单元,节点、节点、节点是遂行抢险、处突、维稳、战备等机动任务的作战单元,节点是遂行反恐等恐怖袭击事件的作战单元),各级指挥机构、作
5、战单元共计 个。常态执勤指挥网络模型建模方法运用图论的相关理论,将现实中的实体单位抽象为网络图中的节点,实体单位之间存在的指挥控制、协同配合等关系抽象为网络图中的边,节点和边的集合共同构成了常态执勤指挥网络。本文使用基于 的 工具进行建模仿真,生成无向无权图。使用 和 函数,从 文件中读取邻接矩阵数据(见图),第一行和第一列分别表示网络图中包含的节点,其余单元格若为 则表示对应两个节点存在连边,若为 则表示两个节点不存在连边。图 文件中存储的邻接矩阵 常态执勤指挥网络建模结果按照上述方法,构建三种常态执勤指挥网络进行对比分析,图 为树状三级常态执勤指挥网络,这种指挥网络是依据部队的指挥层级构建
6、的传统模型,实施垂直指挥,同一指挥层级之间不存在指挥协同关系。整个网络结构简单,指挥方式单一。图 树状 级常态执勤指挥网络 在图 的基础上,结合复杂网络理论,对二级指挥节点 进行随机连接,主要方法是通过将()函数生成的随机数(之间)与设置的概率矩阵 进行比较,对于节点和之间,若(,)且两节点对应的邻接矩阵为,则节点 与节点 相连,否则不相连。由此生成图 的随机级联常态执勤指挥网络。图 随机级联常态执勤指挥网络 图 依据任务实际和部队地理位置,在图 的基础上,建立比图 更加合理的连边,主要是:)建立 与 节点之间的连边,其含义是指在遇有恐怖袭击事件时,节点可对 作战单元实施直接指挥,作战单元也可
7、以将完成任务情况及时向 报告;)建立 与节点之间的连边,其含义是在常规任务中加强情报共享和协同配合,共同担负某项任务时,实施联合指挥;)建立 与 节点之间的连边,其含义是指加强 作战单元态势感知能力,及时发现特殊情况,缩短反应时间;)建立 与 节点之间的连边,其含义是指 节点加强情报收集与信息反馈,能够准确判断发生的有碍社会面稳定的情况。图 基于任务实际和地理位置的常态执勤指挥网络 郭正轩,等:常态执勤指挥模型关键节点识别及抗毁性研究第 卷 常态执勤指挥模型抗毁性分析 抗毁性定义与研究现状常态执勤指挥模型抗毁性指的是常态执勤指挥网络中的指挥机构或作战单元在受到攻击被移除网络后,形成的最大连通子
8、图维持指挥通联的能力。当前,对于网络抗毁性的研究,主要分为对网络拓扑结构的静态分析和动态分析。静态分析抗毁性的差异主要在于抗毁性度量指标的不同,王班等人使用自然连通度作为抗毁性度量指标,和 等人使用邻接矩阵的 来评估网络抗毁性,在 的基础上定义了网络化效能指标()来评估抗毁性,等人则是通过最大联通子图的规模来研究抗毁性,张超和周漩等人使用网络效率 度量鲁棒性。动态分析抗毁性比较主流的是运用贝叶斯网络,在时序空间上研究预测网络演化。本文主要模拟了随机攻击与蓄意攻击两种攻击方式,通过最大连通子图规模、网络效率和全局聚集系数三个指标分析不同网络模型在不同攻击方式下的抗毁性。常态执勤指挥模型抗毁性分析
9、的指标常态执勤指挥网络的抗毁性分析主要用到以下指标:边数():所有连边的数量。节点的度():与节点相连的边的数量,可以反映一个节点的重要程度。节点度分布:以节点的度为标准,对所有节点进行统计。全局聚类系数():闭合三联体除以三联体总数,度量概括了整个网络的传递性,其计算公式为 ()()文献 中 也 被 称 为 (),其计算公式也可表达为()()平均聚类系数():其计算公式为 ()其中,为节点 的局部聚集程度,一个节点的局部聚类系数由邻域内节点之间的连边除以它们之间可能存在的连边数量的比例给出。该度量将更多权重放在低度节点上,能够更好地反映网络的去中心化程度。最大连通子图规模()代表能够互相交流
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