基于拓扑与功能链的无人机脆弱节点分析方法

本发明涉及通信组网，尤其涉及一种基于拓扑与功能链的无人机脆弱节点分析方法。

背景技术：

1、无人机组网是指将多个无人机系统连接在一起，以协同工作、共享信息和实现更复杂的任务。这种技术允许无人机之间进行通信和协同操作，从而提高了其效率和能力。

2、无人机网络脆弱性指的是无人机网络在面对各种潜在威胁和攻击时的弱点或易受损的性质。这些脆弱性可以出现在不同方面，涉及技术、通信、物理和安全层面。

3、现有技术检测无人机网络中的脆弱节点时，存在下述问题：若从服务功能连或信息功能链对无人机重要性评估，算法复杂度会随着参数复杂度增加，而从信息属性评估，会忽略无人机网络的拓扑结构，从通信网络评估，会存在考虑的因素不能结合实际应用等。即：当前缺乏一种能实时、准确、真实地分析无人机网络中脆弱节点的技术方案。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提出一种基于拓扑与功能链的无人机脆弱节点分析方法，既保证了节点的拓扑角度上的重要度优先级，也从节点的功能链角度来考虑其功能链优先级，且具有实现相对简单的优点。

2、为实现上述技术目的，本案的技术方案如下。

3、第一方面，本案提出一种基于拓扑与功能链的无人机脆弱节点分析方法，所述方法包括下述步骤：

4、获取无人机网络的通信拓扑矩阵，进而获取与无人机节点i相连的边的数量作为节点度ki、无人机节点i的邻居之间相互联系程度度量作为聚类系数ci、无人机节点i在网络中的信息传递重要性度量作为节点介数系数bi，计算无人机节点i的拓扑重要度βi：βi＝αkki+αcci+αbbi；

5、基于无人机网络的拓扑结构和无人机种类，对无人机节点i的可代替程度、连通重要度、效能重要度和稳定重要度进行度量并进行归一化处理，分别获得ri′、di′、li′、yi′，进而计算无人机节点i的功能重要度wi：

6、计算无人机节点的综合重要度ρi为：进而获得无人机网络中的脆弱节点；

7、其中：权重αk、αc、αb、为设定值。

8、在上述技术方案中，聚类系数ci的一种度量方式为：ci＝(2×ei)/(ki×(ki-1))，式中：ei是节点i的邻居节点之间的边数，ki是节点i的度。

9、在上述技术方案中，节点介数系数bi的一种度量方式为：式中：gab表示从顶点a到顶点b的最短路径数目，gab(i)表示从顶点a到顶点b经过无人机节点i的最短路径的数目。

10、在上述技术方案中，可代替程度的一种度量方式为：ri＝|vx|，其中：vx表示该种类无人机的集合元素，|·|表示该集合无人机的数量，x为无人机种类集合。

11、在上述技术方案中，连通重要度用于描述节点与网络中其他类型节点的连通程度，度值越大的节点，与其他节点的相互作用程度越大。

12、在上述技术方案中，效能重要度的一种度量方式为统计每个节点经过的打击链数量。

13、在上述技术方案中，稳定重要度的一种度量方式为先计算节点i的中继比(rr)和自转发比(sfr)：其中，nrs为节点i接收到的并已转发到另一个节点的消息总数；nrns是节点i作为中继接收到但尚未发出的消息总数；nselfsend是节点i生成和发送的消息总数；nsend是发送出去的消息总数；再计算节点i的稳定重要度yi：yi＝rr/sfr。

14、在上述技术方案中，无人机种类的一种分类方式为观察(observe)、定向(orient)、决策(decide)、行动(action)。

15、第二方面，本案提出一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一种方法的计算机程序。

16、第三方面，本案提出一种无人机网络节点分析系统，所述系统包括拓扑重要度评估模块、功能重要度评估模块、综合评估模块；

17、所述拓扑重要度评估模块，被配置用于获取无人机网络的通信拓扑矩阵，进而获取与无人机节点i相连的边的数量作为节点度ki、无人机节点i的邻居之间相互联系程度度量作为聚类系数ci、无人机节点i在网络中的信息传递重要性度量作为节点介数系数bi，计算无人机节点i的拓扑重要度βi：βi＝αkki+αdci+αbbi；

18、所述功能重要度评估模块，被配置基于无人机网络的拓扑结构和无人机种类，对无人机节点i的可代替程度、连通重要度、效能重要度和稳定重要度进行度量并进行归一化处理，分别获得ri′、di′、li′、yi′，进而计算无人机节点i的功能重要度wi：

19、综合评估模块，被配置用于计算无人机节点的综合重要度ρi为：进而获得无人机网络中的脆弱节点；

20、其中：权重αk、αc、αb、为设定值。

21、本案的有益技术效果为：

22、(1)方法实施简单，可根据无人机多次运动仿真参数综合分析无人机节点的脆弱性，从而实现实时计算和更新无人机网络脆弱节点。

23、(2)从拓扑结构和功能链两个方面去分析无人机节点的脆弱性，提高脆弱性分析的准确率。

24、(3)根据战术任务提供不同的仿真场景，分析不同任务场景下的脆弱性节点，更具有真实性。

技术特征：

1.一种基于拓扑与功能链的无人机脆弱节点分析方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，聚类系数ci的一种度量方式为：ci＝(2×ei)/(ki×(ki-1))，式中：ei是节点i的邻居节点之间的边数，ki是节点i的度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，节点介数系数bi的一种度量方式为：式中：gab表示从顶点a到顶点b的最短路径数目，gab(i)表示从顶点a到顶点b经过无人机节点i的最短路径的数目。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可代替程度的一种度量方式为：ri＝|vx|，其中：vx表示该种类无人机的集合元素，|·|表示该集合无人机的数量，x为无人机种类集合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在连通重要度的一种度量方式为：连通重要度用于描述节点与无人机网络中其他类型节点的连通程度，度值越大的节点，与其他节点的相互作用程度越大。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，效能重要度的一种度量方式为统计每个节点经过的打击链数量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，稳定重要度的一种度量方式为：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无人机种类的一种分类方式为观察(observe)、定向(orient)、决策(decide)、行动(action)。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至8中任一种方法的计算机程序。

10.一种无人机网络节点分析系统，其特征在于：

技术总结
本发明涉及基于拓扑与功能链的无人机脆弱节点分析方法，属于通信组网技术领域，用于解决现有技术缺乏能实时、准确、真实地分析无人机网络中脆弱节点的问题。本案提出从拓扑结构和功能链两个方面去分析无人机节点的脆弱性，提高脆弱性分析的准确率，实施简单，可根据无人机多次运动仿真参数综合分析无人机节点的脆弱性，从而实现实时计算和更新无人机网络脆弱节点，便于根据战术任务进行仿真，以分析不同任务场景下的脆弱性节点，更具有真实性。

技术研发人员：李静磊,岳清风,杨健,杨清海
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17