基于退火狼群算法的衛星星座網絡抗毀性優化

摘要：為提高衛星星座網絡受到攻擊后的抗毀性及工作能力， 提出了一種模擬退火狼群算法。該算法利用主客觀權重法結合綜合逼近理想排序法（TOPSIS： Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution）對網絡中的節點進行重要度評估， 并按照節點重要度排序依次攻擊。以網絡連通度與網絡連通效率為優化目標， 衛星星座網絡通信限制為約束條件， 采用運動算子的思想實現狼群自適應步長的游走、 召喚和圍攻。使用通過優化得出的加邊方案對網絡結構進行優化。實驗表明， 與其他優化算法相比， 該算法具有優越性， 解決了衛星星座網絡在受到攻擊后工作能力下降的問題， 提高了其受到攻擊后的抗毀性。

關鍵詞：衛星星座網絡； 抗毀性優化； 模擬退火算法； 改進狼群算法

中圖分類號： TN927.2; V474 文獻標志碼： A

Optimization of Constellation Invulnerability Based on Wolf Colony Algorithm of Simulated Annealing Optimization

WANG Mingxia， CHEN Xiaoming， YONG Kenan

（School of Automation， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 211106， China）

Abstract：In order to improve the invulnerability and working ability of the satellite constellation network after being attacked， a simulated annealing wolf pack algorithm is proposed. We use the subjective and objective weight method combined with the TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity） to Ideal Solution to evaluate the importance of nodes in the network， and attack the network according to the order of node importance. The network connection efficiency is the optimization goal， and the satellite constellation network communication limitation is the constraint condition. The idea of motion operator is adopted to realize the walking， summoning and sieging of wolves with adaptive step size. The network structure is optimized using the edge－adding scheme obtained through optimization. Experiments show that compared with other optimization algorithms， this algorithm has superiority. It solves the problem that the satellite constellation network’s working ability declines after being attacked， and improves its invulnerability after being attacked.

Key words：satellite network; invulnerability optimization; simulated annealing algorithm; improved wolf colony algorithm

0 引 言

雖然當下單顆衛星已發展得十分完善， 但在覆蓋范圍、 接入容量、 業務質量、 可靠性和機動性等方面仍遠不能滿足未來社會發展的需求。于是衛星星座網絡隨之產生， 例如我國北斗衛星導航系統。由于衛星星座網絡系統不僅受自身工作壽命的限制， 還可能受到外部攻擊， 因此為保障衛星星座網絡的整體正常運行， 提高衛星星座網絡的抗毀性極為重要。

衛星星座網絡的抗毀性與網絡中的某些節點有非常重要的聯系。因此尋找到網絡中的關鍵節點并對該節點提供相應的針對性保護， 使網絡快速恢復或重建衛星星座網絡， 對預防網絡故障導致系統癱瘓具有重要意義。目前網絡節點重要度的研究除方法不同外， 如何確定評估指標的權重也是研究的核心問題。……