一種用于航空電子系統(tǒng)的魯棒性分析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種航空電子系統(tǒng)的魯棒性的計算方法。
【背景技術】
[0002] 魯棒性是指一個系統(tǒng)當面臨內(nèi)部結構或外部環(huán)境的改變時，也能夠維持其功能的 能力。魯棒性直接影響著網(wǎng)絡上層的運行效率。W互聯(lián)網(wǎng)為例，其研究的目的之一就是在 一些子網(wǎng)和網(wǎng)關發(fā)生故障的情況下，網(wǎng)絡還能保持基本的通信工作。魯棒性對于信息網(wǎng)絡 的生存能力具有相當?shù)闹匾浴?br>[0003]假設每次從網(wǎng)絡中去除一個節(jié)點，運就等同于去除了與該節(jié)點相連的所有的邊， 從而可能使得網(wǎng)絡中其他節(jié)點之間的某些路徑也產(chǎn)生中斷。如果在移走少部分節(jié)點后網(wǎng) 絡中的絕大多數(shù)節(jié)點仍是相連的，那么就稱該網(wǎng)絡的連通性對節(jié)點故障具有"魯棒性"。但 是，如果去除網(wǎng)絡中極少部分度最大的節(jié)點后，對整個網(wǎng)絡的連通性產(chǎn)生很大的影響，運就 是網(wǎng)絡的"脆弱性"。
[0004]航空電子系統(tǒng)實質(zhì)是計算機網(wǎng)絡技術在航空電子技術上的應用。航空電子綜合系 統(tǒng)應是一個高可靠性的系統(tǒng)，即在一定的時間范圍內(nèi)不允許系統(tǒng)失效，或者要使失效概率 低至忽略不計的程度。換句話說，航空電子系統(tǒng)應具有較高的魯棒性，對故障具有一定的容 錯能力。對于網(wǎng)絡化后的航空電子系統(tǒng)中的任一邊或者任一節(jié)點產(chǎn)生故障時，會不同程度 地影響航空電子系統(tǒng)的性能。即使在具有容錯設計和備份的航電系統(tǒng)中，如果航空電子系 統(tǒng)網(wǎng)絡遭到破壞，會導致整個航空電子系統(tǒng)的擁痕。魯棒性的研究對于綜合航空電子系統(tǒng) 的性能評價具有重要的實際意義，并直接影響到航空電子系統(tǒng)的運行效率。
[0005] 發(fā)明目的
[0006]為了提高航空電子系統(tǒng)應對故障的能力，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種用于航 空電子系統(tǒng)的魯棒性分析方法，將航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡化，建立了航空電子網(wǎng)絡的隨機故障 模型，分析了當隨機刪除航空電子網(wǎng)絡若干個節(jié)點時對航空電子網(wǎng)絡拓撲結構的影響，與 現(xiàn)有的單純利用渝滲理論的魯棒性分析方法不同，本發(fā)明利用網(wǎng)絡最大連通子圖和逾滲理 論兩種計算方法相結合，計算綜合航空電子網(wǎng)絡的魯棒性數(shù)值，W此判斷整個航空電子系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的通過W下技術方案實現(xiàn)：
[000引一種用于航空電子系統(tǒng)的魯棒性分析方法，包含W下步驟：
[0009]步驟一、將所要分析的航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡化建立航空電子網(wǎng)絡模型；
[0010] 步驟二、建立隨機故障模型；
[0011] 步驟S、利用隨機故障模型對航空電子網(wǎng)絡模型進行故障測試，根據(jù)故障產(chǎn)生前 后航空電子網(wǎng)絡模型的最大連通子圖的比例進行定量計算獲取魯棒性參數(shù)G;
[0012] 步驟四、利用復雜網(wǎng)絡原理對航空電子網(wǎng)絡模型進行計算獲取特征參數(shù)，根據(jù)特 征參數(shù)計算得到相變闊值P。；
[0013]步驟五、根據(jù)魯棒性參數(shù)G和相變闊值P。，分析航空電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性， 得出結論。
[0014] 依據(jù)上述特征，所述隨機故障模型通過W下方式建立：
[001引 （1)假設：
[0016]A1、不考慮航空電子網(wǎng)絡模型中每個節(jié)點的權重，W概率P隨機產(chǎn)生航空電子網(wǎng) 絡模型中的節(jié)點進行刪除；
[0017]A2、產(chǎn)生故障的節(jié)點W及該節(jié)點與其他節(jié)點相連接的邊自行刪除；
[0018] (2)建立隨機故障模型：
[0019] B1、確定航空電子網(wǎng)絡模型的子系統(tǒng)節(jié)點個數(shù)n，建立節(jié)點坐標義。山，7。山，繪出 航空電子網(wǎng)絡模型的節(jié)點坐標圖；
[0020] B2、建立航空電子網(wǎng)絡模型的連接矩陣A:
[0021]
[0022] B3、產(chǎn)生一個1~N的隨機整數(shù)k，k表示航空電子網(wǎng)絡模型中產(chǎn)生故障的子系統(tǒng) 節(jié)點個數(shù)，N為航空電子網(wǎng)絡模型中的節(jié)點總數(shù)，并隨機產(chǎn)生發(fā)送故障的k個子系統(tǒng)節(jié)點 的編號，該編號為一維數(shù)組Num比];
[0023] B4、刪除產(chǎn)生故障的子系統(tǒng)節(jié)點，并建立產(chǎn)生故障后的節(jié)點坐標XI[n]，yi[n];
[0024] B5、建立故障后的航空電子網(wǎng)絡模型連接矩陣Ai，繪出故障后的航電網(wǎng)絡模型的 連接圖（包括最大連通子圖還包括沒有建立連接的故障節(jié)點）。
[00巧]依據(jù)上述特征，所述魯棒性參數(shù)通過W下方式獲得：
[0026] C1、得到航空電子網(wǎng)絡模型產(chǎn)生隨機故障前的最大連通子圖W%此時的撕等同于 航空電子網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)N;
[0027]C2、W概率P使得航空電子網(wǎng)絡模型產(chǎn)生隨機故障，計算隨機故障后的航空電子 網(wǎng)絡模型最大連通子圖JT%并且僅當網(wǎng)絡中的節(jié)點i至少有一個節(jié)點j與之相連，才認為 節(jié)點i與網(wǎng)絡是連通的；
[0028] C3、計算航空電子網(wǎng)絡模型的魯棒性：
[0029]
[0030] 依據(jù)上述特征，所述特征參數(shù)包含航空電子網(wǎng)絡模型度分布系數(shù)丫，航空電子網(wǎng) 絡模型中度最小節(jié)點的度m，航空電子網(wǎng)絡模型的規(guī)模霄；
[0031] 所述相變闊值P。通過W下方式獲得：
[0032] D1、計算航空電子網(wǎng)絡模型節(jié)點的初始度k。：
[0033]
[0034]D2、計算航空電子網(wǎng)絡的相變闊值Pc:
[0035]
[0036] 比較當航空電子網(wǎng)絡模型W概率P產(chǎn)生隨機故障的P值與相變闊值P。的大小，若 P>P。，航空電子網(wǎng)絡模型則分解為幾個不連通的小集團；若？ <P。，航空電子網(wǎng)絡模型仍 能保持連通性。
[0037] 本發(fā)明的有益效果是：在航空電子系統(tǒng)中，通過隨機故障模型和逾滲理論對航空 電子系統(tǒng)的魯棒性進行分析，有效判斷了航空電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，對航空電子系 統(tǒng)的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
【附圖說明】
[0038] 圖1是隨機故障網(wǎng)絡建模流程圖。
[0039] 圖2是航空電子網(wǎng)絡模型示意圖。
[0040] 圖3是航空電子網(wǎng)絡模型節(jié)點分布概率點陣圖。
[0041] 圖4a是隨機故障1個節(jié)點的航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
[0042]圖4b是隨機故障2個節(jié)點的航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
[0043] 圖4c是隨機故障3個節(jié)點的航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
[0044] 圖4d是隨機故障4個節(jié)點的航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
[0045] 圖4e是隨機故障5個節(jié)點的航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
[0046] 圖4f是隨機故障6個節(jié)點的航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
[0047] 圖5是雙總線綜合航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 W例步驟一、將所要分析的航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡化，建立航空電子網(wǎng)絡模型，利用復雜網(wǎng) 絡原理計算航空電子網(wǎng)絡模型的特征參數(shù)，包括但不限于度與平均度，平均路徑長度、簇類 系數(shù)。本實施例W基于FC數(shù)據(jù)總線和1553B數(shù)據(jù)總線的雙總線綜合航空電子系統(tǒng)拓撲結 構模型為例進行說明，雙總線綜合航空電子系統(tǒng)拓撲結構模型如圖5所示，網(wǎng)絡化后的航 空電子網(wǎng)絡模型如圖2所示。
[0050] 步驟二、建立隨機故障模型。當航空電子網(wǎng)絡模型產(chǎn)生隨機故障，即航空電子網(wǎng)絡 模型中的部分子系統(tǒng)節(jié)點隨機出現(xiàn)故障時，本發(fā)明采用如下的隨機故障模型。
[00川 （1)假設：
[0052] A1、不考慮航空電子網(wǎng)絡模型每個節(jié)點的權重，W概率P隨機產(chǎn)生航空電子網(wǎng)絡 模型中的節(jié)點進行刪除；
[0053] A2、產(chǎn)生故障的節(jié)點W及該節(jié)點與其他節(jié)點相連接的邊自行刪除；
[0054] (2)如圖1所示，建立隨機故障模型：
[0055] B1、確定航空電子網(wǎng)絡模型的子系統(tǒng)節(jié)點個數(shù)n，建立節(jié)點坐標xc[n]，yc[n]，繪出 航空電子網(wǎng)絡模型的節(jié)點坐標圖。
[0056] B2、建立航空電子網(wǎng)絡模型的連接矩陣A，規(guī)則如下：如果節(jié)點i與節(jié)點j之間存 在邊相連，即航空電子網(wǎng)絡模型節(jié)點i和子系統(tǒng)節(jié)點j相連，則連接矩陣的元素Ai，=1， i聲j;如果節(jié)點i與節(jié)點j之間沒有邊相連，即航電網(wǎng)絡子系統(tǒng)節(jié)點i和子系統(tǒng)節(jié)點j不 相連，則連接矩陣的元素Ai，= 0,i聲j;為了區(qū)別節(jié)點之間不存在連接和節(jié)點與本身沒有 邊相連的情況，令Ai，= -。如公式1所示。繪出航空電子網(wǎng)絡模型的連接圖。
[0057]
[0058]B3、產(chǎn)生一個1~N的隨機整數(shù)k，k表示航電網(wǎng)絡中產(chǎn)生故障的子系統(tǒng)節(jié)點個 數(shù)，N為航電網(wǎng)絡模型中的節(jié)點總數(shù)。并隨機產(chǎn)生發(fā)送故障的k個子系統(tǒng)節(jié)點的編號，該 編號為一維數(shù)組Num比]。
[0059]B4、刪除產(chǎn)生故障的子系統(tǒng)節(jié)點，并建立故障后的航電網(wǎng)絡連接矩陣Ai。
[0060] B5、建立產(chǎn)生