基于超網絡的通信網絡建模及重構方法分析

◆鄭 坤

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基于超網絡的通信網絡建模及重構方法分析

◆鄭 坤

（武警吉林總隊通信站 吉林 130062）

隨著信息技術、網絡技術的不斷發展，作為信息的載體，通信網絡具有不可或缺的重要作用。針對通信網絡而言其網絡結構不僅具有一般的功能特點，且其自身也具有非常獨特的特征，而針對其功能需求的特殊性，如何進行通信網絡建模、分析以及重構等。因此本文對基于超網絡的通信網絡建模、分析及重構方法進行深入的研究從而對基于超網絡的通信網絡重構方法做了詳細的闡述。

超網絡；通信網絡；建模分析；重構方法

1 基于超網絡的通信網絡概述

1.1相關定義

近些年，超網絡這一概念主要應用在供應鏈網絡、物流網絡、交通網絡以及Internet等領域中，用以研究均衡網絡流以及網絡結構進行分析，目前已經發展成為了研究復雜大型系統的主要工具。超網絡指的是通過多種連交際方式，連接多種類型的節點，使之形成一個對整體功能加以強調的異構多重邊網絡。按照超網絡的鏈路屬性或者節點，能夠將這異構多重邊網絡劃分成多個交互型的子網。實質上，超網絡就是由多種網絡共同構成。而通信超網絡指的是中心網絡環境下，在火力網、指控網以及探測網之間實現信息傳輸的通信網絡。基于超網絡對通信網絡建立結構模型，有利于對該結構的特點、網絡的效能以及性能等進行探索，從而為設計通信網絡結構提供一些意見參考。

1.2通信網絡基本特征

（1）網絡與網絡相互嵌套。從傳輸方式上來說，即無線電臺網和電話網；而從功能上來說，即火力網、指控網以及探測網等。

（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議進行分層。

（3）多級特征。這一特征主要表現在指控關系上，例如團級指揮、師級指揮、戰區指控中心、國家指控戰略重心等。它們之間存在級別關系。

（4）多維流量。即傳輸的信息為數據、音頻以及視頻等。而信息流中不僅包括指控信息，又包括態勢信息。

（5）多種準則或屬性。即信息的傳輸方式包括有線和無線，同時還有衛星、無線電臺以及數據鏈等。

（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）優化不一致。即各個節點必須對自身需求的信息予以考慮，這就可能會因為寬帶而導致信息擁塞。

2 基于超網絡的通信網絡建模分析

2.1參考模型

（1）通信網絡的鏈路。在節點之間，信息進行交換和傳輸的基礎就是鏈路。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，在通信網絡中，各個節點之間的鏈路可以有不同類型的信息流進行表示，例如狀態流、指控流、P-態勢流以及C-態勢流等，而這些信息流一般存在于類型不同的節點交互中。

（2）通信網絡的節點。通信網絡是不可或缺的組成部分，具有一定的人工功能，它主要是在網絡節點之間，利用不同方式的通信進行信息傳遞。該節點主要指的是在中心網絡環境中，能夠完成一個或者多個中心網絡基本活動的實體，同時還能與其他的節點之間實現交互。例如衛星、飛機、坦克以及艦船等。

2.2數據模型

在網絡中通信網絡也是不可或缺的組成部分與網絡在結構上的信息傳遞具有一定的相似性。因此在對通信網絡進行建模的過程中，通常可以借鑒網絡建模的原理。通信網絡中如果一共有k個節點，每個節點的屬性為m個，且鏈路的屬性為s個，則可以將通信網絡定義為四元組GC：GC=（N，L，N*，L*），其中N指的是節點集，L=[lij]指的是網絡中各個節點之間信息傳輸的鏈路矩陣，lij鏈路則指的是ni節點與nj節點之間存在的通信關系。N*指的是N節點集的屬性集，L*指的是L鏈路集的屬性集。針對動態網絡來說，如果將其用時間函數來進行表示，例如，在時刻t時，采用Ni（t）來表示ni節點的狀態向量，用Lij（t）表示lij鏈路狀態向量。

2.3能力分析

從均衡信息流的角度，以及產生信息、處理信息、使用信息以及信息的效果上，對通信網絡的抗毀性、可靠性以及時效性等進行分析，能夠設計和構建網絡結構提供有效的意見參考，從而更好的適應戰爭環境中的更多的不確定性。在通信網絡中，結合各節點操作的信息，按照網絡拆分理念，可以將節點拆分為：收集信息節點、處理信息節點、使用信息節點以及效果信息的節點等。在網絡中，將類型相同的節點組合在一起能夠達到一定的功能，然后構成一個子網絡。

3 基于超網絡的通信網絡拓撲重構方法

3.1評估方法

在研究網絡可靠性的過程中，評估鏈路和節點的重要性是主要的內容，它反映出了網絡整體性能中，鏈路和節點所產生的影響，對鏈路以及節點的重要性進行有效的評估，對于設計、規劃、管理和維護網絡，以及增強運行網絡的可靠性具有十分重要的作用。例如按照評估鏈路以及節點重要性的結果，設計規劃網絡的工作人員就能在設計網絡的過程中，采用重點保護或者備份的方式，提高重要鏈路和節點的可靠性，避免故障的發生，同時還能促使整個網絡達到較高的可靠性。當網絡中多條鏈路以及多個節點在同一時間產生故障時，還能對維修鏈路以及節點的先后順序進行確定，從而保證網絡損失降到最小。

3.2重構策略

通過對通信網絡基本特點的分析，網絡中鏈路和節點的重要性主要體現為：能在周圍的鄰近相接的節點之間對信息進行傳輸。因此在對通信網絡進行拓撲重構的過程中，必須對鏈路以及節點的重要性加以考慮。策略一：將鏈接重要節點的幾條鏈路刪除，然后在鄰近相接的節點之間將鏈路增加幾條，這樣就能有效的緩解這些節點的負載。因此在重構的過程中，需要對鄰接節點與重要節點之間的鏈路連接關系進行重新設計。策略二：在網絡中對重要鏈路加以保存。在鄰接節點與鏈路的兩個端點之間，增加幾條鏈路，這樣就能有效的緩解鏈路的負載。因此需要對鄰接節點與鏈路的兩個端點之間的鏈路連接關系進行重新設計。通過這兩種重構策略，對于一些結構簡單，且節點較少的網絡，就能將重構的方案直接給出。但是在增加網絡規模的前提下，一般不能直接將重構網絡的方案給出，但是能將選擇刪除或者增加鏈路的空間縮小，并為之后的重構方案求解奠定一定的基礎。

4 總結

綜上所述，通過對基于超網絡的通信網絡建模、分析以及重構方法的研究和分析，首先闡述了超網絡以及通信網絡的基本定義，并對通信網絡的基本特征做了詳細的闡述。其次對基于超網絡的通信網絡建模中的參考模型以及數據模型進行了分析，并對這些模型的基本性能和能力進行了闡述。最后對基于超網絡的通信網絡的拓撲結構的重構方法和策略進行了分析，闡述了評估節點和鏈路重要性的意義，并對重構的策略做了詳細的闡述。通過上述的分析和研究，從而為通信網絡的模型建立以及網絡結構重構提供一些參考的依據。

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