以高抗毀度為導(dǎo)向的通信網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)警官學(xué)院，河北 廊坊 102800）

抗毀性能夠促使通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的信息保障能力，研發(fā)合理、高效的修復(fù)策略是主要途徑。在節(jié)點(diǎn)受到攻擊前，要對(duì)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并準(zhǔn)備充分的預(yù)修復(fù)方法，考察節(jié)點(diǎn)修復(fù)概率、連通成本以及加邊策略，為實(shí)戰(zhàn)中指揮控制組織完成命令提供保障。

一、通信網(wǎng)絡(luò)的修復(fù)基礎(chǔ)

（一）通信網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

通信網(wǎng)絡(luò)是指揮控制組織完成作戰(zhàn)指揮的重要途徑，它擁有眾多節(jié)點(diǎn)，例如衛(wèi)星、地球中繼站等通信實(shí)體。提高通信網(wǎng)絡(luò)抗毀性，要從網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)修復(fù)兩方面入手。

（二）通信網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)的識(shí)別方法

要確保通信網(wǎng)絡(luò)可靠、有針對(duì)性地設(shè)計(jì)受損網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略，首先要掌握識(shí)別通信網(wǎng)絡(luò)薄弱環(huán)節(jié)的方法。在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，通信網(wǎng)絡(luò)受到攻擊會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和邊的兩種損失。理論上講，度數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)損失代價(jià)最大，隨著關(guān)聯(lián)度的增加，節(jié)點(diǎn)損失代價(jià)增加，而邊損失代價(jià)會(huì)減少。依照這兩種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的規(guī)律，可以設(shè)計(jì)出兩種有針對(duì)性的算法研究不同損失對(duì)應(yīng)的修復(fù)模型。

二、可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)的修復(fù)策略

在被敵方攻擊的受損節(jié)點(diǎn)處在可恢復(fù)的前提下，基于拓?fù)鋱D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?yàn)樾迯?fù)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供幫助。以最短路徑算法為例，修復(fù)過(guò)程以節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)為計(jì)量基礎(chǔ)，拓展成為路由算法，將會(huì)在某節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信息傳輸錯(cuò)誤時(shí)，以跳數(shù)等參數(shù)作為權(quán)重，尋找到最優(yōu)化的路徑，通過(guò)替代原路徑的方式修復(fù)信息網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)際應(yīng)對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)受損時(shí)，完整的修復(fù)算法大致分為基于拓?fù)浞指钭泳W(wǎng)和基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的路徑修復(fù)算法兩大類(lèi)。前者從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度出發(fā)、結(jié)合流量特征分割信息網(wǎng)絡(luò)資源，目的是在分割后的子網(wǎng)中快速確定有效修復(fù)路徑，同時(shí)避免節(jié)點(diǎn)故障鄰域的范圍增大。后者是在源節(jié)點(diǎn)受損后，對(duì)故障節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑進(jìn)行重新選擇，這種方法不僅要考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更要結(jié)合鏈路的空閑帶寬進(jìn)行計(jì)算。盡管路徑修復(fù)算法不如前者將信息網(wǎng)絡(luò)高度保護(hù)，對(duì)受損節(jié)點(diǎn)極具針對(duì)性地提供修復(fù)，但可以減少網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。由于在現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)中，多個(gè)子網(wǎng)的資源同時(shí)遭遇攻擊的可能性較低，采取修復(fù)路徑的方法能夠大大降低網(wǎng)絡(luò)的成本。

三、不可恢復(fù)節(jié)點(diǎn)的加邊修復(fù)模型

當(dāng)受損的節(jié)點(diǎn)處在不可恢復(fù)的階段、或者是恢復(fù)至連通狀態(tài)所需時(shí)間較長(zhǎng)，可以采取的修復(fù)措施將會(huì)發(fā)生變化。為了及時(shí)恢復(fù)通信網(wǎng)絡(luò)，保障指揮、控制、決策等信息的有效傳達(dá)，在修復(fù)路徑等基礎(chǔ)上可以選擇加邊的方式維持信息網(wǎng)絡(luò)的連通與運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)施加邊方式修復(fù)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先是定義通信網(wǎng)絡(luò)抗毀度為目標(biāo)函數(shù)，其次是敲定各類(lèi)參數(shù)、影響因素，并結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與加邊算法，最終獲得函數(shù)的最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的修復(fù)模型。

（一）確定目標(biāo)函數(shù)，尋找通信網(wǎng)絡(luò)抗毀度最大值

首先確定與通信網(wǎng)絡(luò)抗毀度相關(guān)的幾項(xiàng)表達(dá)式：一是通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息流的保護(hù)程度，根據(jù)指揮控制組織中的決策層、平臺(tái)層和任務(wù)層三個(gè)實(shí)體之間的執(zhí)行協(xié)作關(guān)系，定義三種通信網(wǎng)絡(luò)所保障的信息流，再根據(jù)實(shí)際上得到保障的信息流數(shù)量與全體信息流數(shù)量之間的比值，獲得這一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。二是信息傳輸過(guò)程中信息流的抗毀度，基于通信實(shí)體遭受破壞其有效數(shù)量會(huì)減少這一事實(shí)，參考網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息流的保護(hù)程度，列出某個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞后信息流的抗毀度。三是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)的綜合抗毀度，從而確立目標(biāo)函數(shù)，并建立以尋找函數(shù)最大值為核心的修復(fù)模型。

（二）信息修復(fù)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(xiàng)函數(shù)約束條件。過(guò)去的研究中對(duì)待加邊約束條件和連通約束條件都有較為統(tǒng)一的觀點(diǎn)，一方面，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)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(shí)體之間。而另一方面，修復(fù)最終要確保網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)實(shí)體之間都實(shí)現(xiàn)良好的連通性，避免下次受到攻擊時(shí)信息流仍然受到損毀。除此之外，在面對(duì)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)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(shù)作為修復(fù)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(wǎng)絡(luò)為最高標(biāo)準(zhǔn)，尋找經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確的修復(fù)方法。

（三）確立信息網(wǎng)絡(luò)的加邊方法

現(xiàn)在研究的加邊方法有隨機(jī)加邊、低度數(shù)或低介數(shù)加邊等，在考慮網(wǎng)絡(luò)連接成本和提出保護(hù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的策略后，加邊恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性的途徑更加多樣。在過(guò)去各種組合優(yōu)化問(wèn)題研究中，離散型人工蜂群算法得到了充分應(yīng)用。將其引進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)修復(fù)模型，結(jié)合拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠獲得有效的算法。具體的抗毀程度、修復(fù)效果，需要借助仿真實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。

分析通信網(wǎng)絡(luò)被攻擊和修復(fù)的案例可知，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行打擊的方式有兩種，分別是隨機(jī)攻擊和故意攻擊。應(yīng)對(duì)每種攻擊，修復(fù)算法會(huì)產(chǎn)生不同的效果，而不同加邊方式在修復(fù)具體的節(jié)點(diǎn)受損問(wèn)題時(shí)也會(huì)顯現(xiàn)出各自的優(yōu)勢(shì)。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)受到攻擊后的修復(fù)環(huán)節(jié)，要從考慮網(wǎng)絡(luò)高抗毀性入手，基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的修復(fù)模型，尋找適當(dāng)?shù)募舆叿椒?，切?shí)保障應(yīng)用中信息流的正常運(yùn)輸。除此之外，選定不同成本也會(huì)造成結(jié)果的差異性，具體的修復(fù)策略是多方面綜合考量的結(jié)果。