◆鄭 坤

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基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)建模及重構(gòu)方法分析

◆鄭 坤

（武警吉林總隊(duì)通信站 吉林 130062）

隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，作為信息的載體，通信網(wǎng)絡(luò)具有不可或缺的重要作用。針對通信網(wǎng)絡(luò)而言其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅具有一般的功能特點(diǎn)，且其自身也具有非常獨(dú)特的特征，而針對其功能需求的特殊性，如何進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)建模、分析以及重構(gòu)等。因此本文對基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)建模、分析及重構(gòu)方法進(jìn)行深入的研究從而對基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方法做了詳細(xì)的闡述。

超網(wǎng)絡(luò)；通信網(wǎng)絡(luò)；建模分析；重構(gòu)方法

1 基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)概述

1.1相關(guān)定義

近些年，超網(wǎng)絡(luò)這一概念主要應(yīng)用在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)、物流網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)以及Internet等領(lǐng)域中，用以研究均衡網(wǎng)絡(luò)流以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，目前已經(jīng)發(fā)展成為了研究復(fù)雜大型系統(tǒng)的主要工具。超網(wǎng)絡(luò)指的是通過多種連交際方式，連接多種類型的節(jié)點(diǎn)，使之形成一個對整體功能加以強(qiáng)調(diào)的異構(gòu)多重邊網(wǎng)絡(luò)。按照超網(wǎng)絡(luò)的鏈路屬性或者節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)⑦@異構(gòu)多重邊網(wǎng)絡(luò)劃分成多個交互型的子網(wǎng)。實(shí)質(zhì)上，超網(wǎng)絡(luò)就是由多種網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成。而通信超網(wǎng)絡(luò)指的是中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在火力網(wǎng)、指控網(wǎng)以及探測網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)?；诔W(wǎng)絡(luò)對通信網(wǎng)絡(luò)建立結(jié)構(gòu)模型，有利于對該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)的效能以及性能等進(jìn)行探索，從而為設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供一些意見參考。

1.2通信網(wǎng)絡(luò)基本特征

（1）網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)相互嵌套。從傳輸方式上來說，即無線電臺網(wǎng)和電話網(wǎng)；而從功能上來說，即火力網(wǎng)、指控網(wǎng)以及探測網(wǎng)等。

（2）多層特征。即可以分為管理層、信息層以及物理層；另外也可以按照傳輸信息的協(xié)議進(jìn)行分層。

（3）多級特征。這一特征主要表現(xiàn)在指控關(guān)系上，例如團(tuán)級指揮、師級指揮、戰(zhàn)區(qū)指控中心、國家指控戰(zhàn)略重心等。它們之間存在級別關(guān)系。

（4）多維流量。即傳輸?shù)男畔閿?shù)據(jù)、音頻以及視頻等。而信息流中不僅包括指控信息，又包括態(tài)勢信息。

（5）多種準(zhǔn)則或?qū)傩?。即信息的傳輸方式包括有線和無線，同時還有衛(wèi)星、無線電臺以及數(shù)據(jù)鏈等。

（6）擁塞性。即信息需求以及寬帶限制的增加，容易造成擁塞信息。

（7）優(yōu)化不一致。即各個節(jié)點(diǎn)必須對自身需求的信息予以考慮，這就可能會因?yàn)閷拵Ф鴮?dǎo)致信息擁塞。

2 基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)建模分析

2.1參考模型

（1）通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路。在節(jié)點(diǎn)之間，信息進(jìn)行交換和傳輸?shù)幕A(chǔ)就是鏈路。一般來說通信方式主要包括兩類，即無線和有線。其中無線方式氛圍衛(wèi)星、散射、微波、超短波以及短波等；而有線方式分為光纖和電纜。從整個產(chǎn)生信息、融合信息、使用信息以及信息效果形成的過程可以看出，在通信網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點(diǎn)之間的鏈路可以有不同類型的信息流進(jìn)行表示，例如狀態(tài)流、指控流、P-態(tài)勢流以及C-態(tài)勢流等，而這些信息流一般存在于類型不同的節(jié)點(diǎn)交互中。

（2）通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。通信網(wǎng)絡(luò)是不可或缺的組成部分，具有一定的人工功能，它主要是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間，利用不同方式的通信進(jìn)行信息傳遞。該節(jié)點(diǎn)主要指的是在中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，能夠完成一個或者多個中心網(wǎng)絡(luò)基本活動的實(shí)體，同時還能與其他的節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)交互。例如衛(wèi)星、飛機(jī)、坦克以及艦船等。

2.2數(shù)據(jù)模型

在網(wǎng)絡(luò)中通信網(wǎng)絡(luò)也是不可或缺的組成部分與網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上的信息傳遞具有一定的相似性。因此在對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模的過程中，通常可以借鑒網(wǎng)絡(luò)建模的原理。通信網(wǎng)絡(luò)中如果一共有k個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)的屬性為m個，且鏈路的屬性為s個，則可以將通信網(wǎng)絡(luò)定義為四元組GC：GC=（N，L，N*，L*），其中N指的是節(jié)點(diǎn)集，L=[lij]指的是網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸?shù)逆溌肪仃?，lij鏈路則指的是ni節(jié)點(diǎn)與nj節(jié)點(diǎn)之間存在的通信關(guān)系。N*指的是N節(jié)點(diǎn)集的屬性集，L*指的是L鏈路集的屬性集。針對動態(tài)網(wǎng)絡(luò)來說，如果將其用時間函數(shù)來進(jìn)行表示，例如，在時刻t時，采用Ni（t）來表示ni節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)向量，用Lij（t）表示lij鏈路狀態(tài)向量。

2.3能力分析

從均衡信息流的角度，以及產(chǎn)生信息、處理信息、使用信息以及信息的效果上，對通信網(wǎng)絡(luò)的抗毀性、可靠性以及時效性等進(jìn)行分析，能夠設(shè)計(jì)和構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供有效的意見參考，從而更好的適應(yīng)戰(zhàn)爭環(huán)境中的更多的不確定性。在通信網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)合各節(jié)點(diǎn)操作的信息，按照網(wǎng)絡(luò)拆分理念，可以將節(jié)點(diǎn)拆分為：收集信息節(jié)點(diǎn)、處理信息節(jié)點(diǎn)、使用信息節(jié)點(diǎn)以及效果信息的節(jié)點(diǎn)等。在網(wǎng)絡(luò)中，將類型相同的節(jié)點(diǎn)組合在一起能夠達(dá)到一定的功能，然后構(gòu)成一個子網(wǎng)絡(luò)。

3 基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)方法

3.1評估方法

在研究網(wǎng)絡(luò)可靠性的過程中，評估鏈路和節(jié)點(diǎn)的重要性是主要的內(nèi)容，它反映出了網(wǎng)絡(luò)整體性能中，鏈路和節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的影響，對鏈路以及節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行有效的評估，對于設(shè)計(jì)、規(guī)劃、管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，以及增強(qiáng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的可靠性具有十分重要的作用。例如按照評估鏈路以及節(jié)點(diǎn)重要性的結(jié)果，設(shè)計(jì)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的工作人員就能在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的過程中，采用重點(diǎn)保護(hù)或者備份的方式，提高重要鏈路和節(jié)點(diǎn)的可靠性，避免故障的發(fā)生，同時還能促使整個網(wǎng)絡(luò)達(dá)到較高的可靠性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中多條鏈路以及多個節(jié)點(diǎn)在同一時間產(chǎn)生故障時，還能對維修鏈路以及節(jié)點(diǎn)的先后順序進(jìn)行確定，從而保證網(wǎng)絡(luò)損失降到最小。

3.2重構(gòu)策略

通過對通信網(wǎng)絡(luò)基本特點(diǎn)的分析，網(wǎng)絡(luò)中鏈路和節(jié)點(diǎn)的重要性主要體現(xiàn)為：能在周圍的鄰近相接的節(jié)點(diǎn)之間對信息進(jìn)行傳輸。因此在對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)的過程中，必須對鏈路以及節(jié)點(diǎn)的重要性加以考慮。策略一：將鏈接重要節(jié)點(diǎn)的幾條鏈路刪除，然后在鄰近相接的節(jié)點(diǎn)之間將鏈路增加幾條，這樣就能有效的緩解這些節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。因此在重構(gòu)的過程中，需要對鄰接節(jié)點(diǎn)與重要節(jié)點(diǎn)之間的鏈路連接關(guān)系進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。策略二：在網(wǎng)絡(luò)中對重要鏈路加以保存。在鄰接節(jié)點(diǎn)與鏈路的兩個端點(diǎn)之間，增加幾條鏈路，這樣就能有效的緩解鏈路的負(fù)載。因此需要對鄰接節(jié)點(diǎn)與鏈路的兩個端點(diǎn)之間的鏈路連接關(guān)系進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。通過這兩種重構(gòu)策略，對于一些結(jié)構(gòu)簡單，且節(jié)點(diǎn)較少的網(wǎng)絡(luò)，就能將重構(gòu)的方案直接給出。但是在增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的前提下，一般不能直接將重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的方案給出，但是能將選擇刪除或者增加鏈路的空間縮小，并為之后的重構(gòu)方案求解奠定一定的基礎(chǔ)。

4 總結(jié)

綜上所述，通過對基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)建模、分析以及重構(gòu)方法的研究和分析，首先闡述了超網(wǎng)絡(luò)以及通信網(wǎng)絡(luò)的基本定義，并對通信網(wǎng)絡(luò)的基本特征做了詳細(xì)的闡述。其次對基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)建模中的參考模型以及數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了分析，并對這些模型的基本性能和能力進(jìn)行了闡述。最后對基于超網(wǎng)絡(luò)的通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重構(gòu)方法和策略進(jìn)行了分析，闡述了評估節(jié)點(diǎn)和鏈路重要性的意義，并對重構(gòu)的策略做了詳細(xì)的闡述。通過上述的分析和研究，從而為通信網(wǎng)絡(luò)的模型建立以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重構(gòu)提供一些參考的依據(jù)。

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