以高抗毀度為導向的通信網絡修復策略

（中國人民武裝警察部隊警官學院，河北 廊坊 102800）

抗毀性能夠促使通信網絡在遭到破壞和攻擊后，依然能夠維持信息的傳輸。提高通信網絡的信息保障能力，研發合理、高效的修復策略是主要途徑。在節點受到攻擊前，要對薄弱環節進行監測、風險評估，并準備充分的預修復方法，考察節點修復概率、連通成本以及加邊策略，為實戰中指揮控制組織完成命令提供保障。

一、通信網絡的修復基礎

（一）通信網絡的基本結構

通信網絡是指揮控制組織完成作戰指揮的重要途徑，它擁有眾多節點，例如衛星、地球中繼站等通信實體。提高通信網絡抗毀性，要從網絡保護和網絡修復兩方面入手。

（二）通信網絡薄弱環節的識別方法

要確保通信網絡可靠、有針對性地設計受損網絡修復策略，首先要掌握識別通信網絡薄弱環節的方法。在拓撲網絡中，通信網絡受到攻擊會產生節點和邊的兩種損失。理論上講，度數最大的節點損失代價最大，隨著關聯度的增加，節點損失代價增加，而邊損失代價會減少。依照這兩種拓撲網絡的規律，可以設計出兩種有針對性的算法研究不同損失對應的修復模型。

二、可恢復節點的修復策略

在被敵方攻擊的受損節點處在可恢復的前提下，基于拓撲圖論的最短路徑算法、最小割最大流量算法、搜索算法等都能夠為修復通信網絡節點提供幫助。以最短路徑算法為例，修復過程以節點之間的跳數為計量基礎，拓展成為路由算法，將會在某節點到目標節點的信息傳輸錯誤時，以跳數等參數作為權重，尋找到最優化的路徑，通過替代原路徑的方式修復信息網絡。

實際應對信息網絡受損時，完整的修復算法大致分為基于拓撲分割子網和基于拓撲結構的路徑修復算法兩大類。前者從拓撲結構的角度出發、結合流量特征分割信息網絡資源，目的是在分割后的子網中快速確定有效修復路徑，同時避免節點故障鄰域的范圍增大。后者是在源節點受損后，對故障節點到目標節點的路徑進行重新選擇，這種方法不僅要考慮拓撲結構，更要結合鏈路的空閑帶寬進行計算。盡管路徑修復算法不如前者將信息網絡高度保護，對受損節點極具針對性地提供修復，但可以減少網絡資源的浪費。由于在現有的通信網絡中，多個子網的資源同時遭遇攻擊的可能性較低，采取修復路徑的方法能夠大大降低網絡的成本。

三、不可恢復節點的加邊修復模型

當受損的節點處在不可恢復的階段、或者是恢復至連通狀態所需時間較長，可以采取的修復措施將會發生變化。為了及時恢復通信網絡，保障指揮、控制、決策等信息的有效傳達，在修復路徑等基礎上可以選擇加邊的方式維持信息網絡的連通與運轉。在實施加邊方式修復通信網絡時，首先是定義通信網絡抗毀度為目標函數，其次是敲定各類參數、影響因素，并結合拓撲結構與加邊算法，最終獲得函數的最大值時對應的修復模型。

（一）確定目標函數，尋找通信網絡抗毀度最大值

首先確定與通信網絡抗毀度相關的幾項表達式：一是通信網絡對信息流的保護程度，根據指揮控制組織中的決策層、平臺層和任務層三個實體之間的執行協作關系，定義三種通信網絡所保障的信息流，再根據實際上得到保障的信息流數量與全體信息流數量之間的比值，獲得這一項對應的數學表達式。二是信息傳輸過程中信息流的抗毀度，基于通信實體遭受破壞其有效數量會減少這一事實，參考網絡對信息流的保護程度，列出某個節點損壞后信息流的抗毀度。三是拓撲結構自身的抗毀度，將以上三種抗毀度綜合考量，便能得到通信網絡的綜合抗毀度，從而確立目標函數，并建立以尋找函數最大值為核心的修復模型。

（二）信息修復抗毀度的約束條件

在建立了抗毀度這一基本模型后，要考慮的是幾項函數約束條件。過去的研究中對待加邊約束條件和連通約束條件都有較為統一的觀點，一方面，恢復網絡連通性在增加邊的選擇上，傾向于還未曾建立連接的通信實體之間。而另一方面，修復最終要確保網絡中任意兩個實體之間都實現良好的連通性，避免下次受到攻擊時信息流仍然受到損毀。除此之外，在面對網絡修復成本約束這一條件上，不同的加邊方法采取的策略具有差異性，相比把總條數作為修復成本而言，更合理的途徑是考慮冗余邊和必須邊，以全連通網絡為最高標準，尋找經濟、準確的修復方法。

（三）確立信息網絡的加邊方法

現在研究的加邊方法有隨機加邊、低度數或低介數加邊等，在考慮網絡連接成本和提出保護關鍵節點的策略后，加邊恢復網絡連通性的途徑更加多樣。在過去各種組合優化問題研究中，離散型人工蜂群算法得到了充分應用。將其引進通信網絡修復模型，結合拓撲網絡結構，能夠獲得有效的算法。具體的抗毀程度、修復效果，需要借助仿真實驗得出結論。

分析通信網絡被攻擊和修復的案例可知，對通信網絡節點進行打擊的方式有兩種，分別是隨機攻擊和故意攻擊。應對每種攻擊，修復算法會產生不同的效果，而不同加邊方式在修復具體的節點受損問題時也會顯現出各自的優勢。

四、結束語

總之，對于通信網絡受到攻擊后的修復環節，要從考慮網絡高抗毀性入手，基于拓撲結構設計合理的修復模型，尋找適當的加邊方法，切實保障應用中信息流的正常運輸。除此之外，選定不同成本也會造成結果的差異性，具體的修復策略是多方面綜合考量的結果。