郭　彥　于　錢　張世偉

(1.海軍航空兵學(xué)院　葫蘆島　125001)(2.92941部隊(duì)95分隊(duì)　葫蘆島　125001) (3.海軍工程大學(xué)　武漢　430033)

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基于遺傳算法的艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化研究*

郭彥1于錢2張世偉3

(1.海軍航空兵學(xué)院葫蘆島125001)(2.92941部隊(duì)95分隊(duì)葫蘆島125001) (3.海軍工程大學(xué)武漢430033)

針對(duì)當(dāng)前海上艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)力量多元化以及作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn),通過分析艦艇編隊(duì)通信的實(shí)際需求,分別構(gòu)建了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型、優(yōu)化目標(biāo)模型以及問題模型,并提出基于遺傳算法的艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,從而解決了通信節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼困難和優(yōu)化效率低等問題,實(shí)現(xiàn)了艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化。實(shí)例應(yīng)用表明：遺傳算法能夠很好地解決艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化問題,且優(yōu)化結(jié)果好于傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案。方法的研究有利于提升艦艇編隊(duì)的綜合作戰(zhàn)保障能力,對(duì)探索信息化條件下艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)方式具有重要的參考價(jià)值。

艦艇編隊(duì); 通信組網(wǎng); 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu); 優(yōu)化方法; 遺傳算法

Class NumberTP301.6; TN915

1　引言

隨著信息化海戰(zhàn)的迅速發(fā)展,現(xiàn)有通信保障方式已不能滿足艦艇編隊(duì)實(shí)際作戰(zhàn)需求。同時(shí),當(dāng)前新型數(shù)據(jù)鏈通信裝備的研發(fā)和應(yīng)用為艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)優(yōu)化方法的研究創(chuàng)造了條件。針對(duì)當(dāng)前艦艇編隊(duì)合同作戰(zhàn)樣式,綜合分析作戰(zhàn)區(qū)域中的各水面艦艇平臺(tái)、艦載機(jī)平臺(tái)等各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的實(shí)際通信需求及特點(diǎn),對(duì)艦艇編隊(duì)多層次通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究,以實(shí)現(xiàn)時(shí)隙的空間復(fù)用,降低對(duì)中心節(jié)點(diǎn)通信設(shè)備支持節(jié)點(diǎn)數(shù)的需求,同時(shí)增強(qiáng)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性,使得優(yōu)化后的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適合于艦艇編隊(duì)合同作戰(zhàn)的實(shí)際應(yīng)用需求。

用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法可以分為兩類：傳統(tǒng)優(yōu)化方法和智能優(yōu)化方法。傳統(tǒng)優(yōu)化方法主要有數(shù)學(xué)規(guī)劃法、枚舉法、變分法等[1～3]。傳統(tǒng)優(yōu)化方法需要有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)或者一定工程經(jīng)驗(yàn)與直覺,在一定條件下能收斂到最優(yōu)解,但它要求問題能顯式表示,大多數(shù)還要求變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件連續(xù),而實(shí)際工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化很難滿足要求。對(duì)于大型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化問題,該類方法的收斂性差,計(jì)算時(shí)間長(zhǎng),優(yōu)化效率低,在實(shí)際應(yīng)用上具有較大的局限性?；谏镞M(jìn)化理論的智能優(yōu)化算法主要有粒子遺傳算法、群優(yōu)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等[4～6],該類算法適用于解決大型復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化問題[7]。艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個(gè)NP難問題,因此應(yīng)采用智能優(yōu)化算法解決艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。

針對(duì)艦艇編隊(duì)通信節(jié)點(diǎn)分布的特點(diǎn),以兩兩節(jié)點(diǎn)間是否建立通信鏈路的布爾值獲取二進(jìn)制編碼,建立遺傳個(gè)體模型,并以通信時(shí)延、綜合互通性、抗毀性為目標(biāo),采用遺傳優(yōu)化算法對(duì)艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)的精確化、實(shí)時(shí)化和高效化。

2　數(shù)學(xué)模型

2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型

對(duì)于艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言,各水面艦艇以及艦載機(jī)將根據(jù)任務(wù)需求被部署到指定位置,各通信節(jié)點(diǎn)的位置是確定的,因此通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)位置是固定的,需要解決的問題是通信鏈路的建立。

為了方便拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型的建立,通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和通信連接使用圖的結(jié)構(gòu)表示：

G=(V,A)

(1)

其中V={c1,c2,…,cn}表示通信節(jié)點(diǎn)的集合,節(jié)點(diǎn)包括普通節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)兩種；A={(i,j)|i,j∈V}表示通信鏈路的集合。除了中心節(jié)點(diǎn)外(子網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)均與中心節(jié)點(diǎn)建立通信鏈路),在其他通信節(jié)點(diǎn)間選擇建立通信鏈路。

2.2目標(biāo)模型

艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)主要有通信時(shí)延(多跳導(dǎo)致)、綜合互通性、抗毀性等[8～9]。增大時(shí)延可提高資源利用率,而過大的時(shí)延則會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的抗毀性,影響正常通信。另外,對(duì)于艦艇編隊(duì)協(xié)同通信組網(wǎng),節(jié)點(diǎn)的連通是完成通信組網(wǎng)的基礎(chǔ),而抗毀性是軍事通信網(wǎng)絡(luò)安全的基本保證。

1) 通信時(shí)延

在通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的通信需要通過一個(gè)或多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)才能完成,因此在通信過程中經(jīng)過的中繼節(jié)點(diǎn)越多通信時(shí)延越大。通信時(shí)延對(duì)通信的實(shí)時(shí)性有較大影響,是艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)的重要指標(biāo)。通信時(shí)延表示為

(2)

式中,Pdelay為所有時(shí)延的總和,delay(ci)表示通信節(jié)點(diǎn)ci的通信時(shí)延,即通信節(jié)點(diǎn)ci與其他建立通信關(guān)系的節(jié)點(diǎn)的總時(shí)延。

這里不考慮由時(shí)隙分配產(chǎn)生的通信時(shí)延,只考慮通由通信設(shè)備性能產(chǎn)生的時(shí)延。因此,通過節(jié)點(diǎn)的鏈路數(shù)來計(jì)算通信時(shí)延,節(jié)點(diǎn)作為中繼產(chǎn)生的時(shí)延表示為

delay(ci)=tci·dci

(3)

式中,tci表示通信節(jié)點(diǎn)ci存在通信鏈路的數(shù)量,dci表示通信節(jié)點(diǎn)ci作為中繼節(jié)點(diǎn)的平均通信時(shí)延。

2) 連通度

為了保證信息的暢通和共享,關(guān)鍵是要保證節(jié)點(diǎn)間通信鏈路的連通。綜合連通度用來衡量所有節(jié)點(diǎn)兩兩間的通信能力,數(shù)學(xué)表示如下

(4)

(5)

式中,Pconnect∈(0,1),表示通信網(wǎng)絡(luò)的綜合連通度。connect(ci,cj)表示節(jié)點(diǎn)ci與節(jié)點(diǎn)cj的連通性。

3) 抗毀性

抗毀性是指當(dāng)某個(gè)通信節(jié)點(diǎn)遭到破壞時(shí),整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)維持正常通信的能力?？箽耘c可維持通信的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量有關(guān),數(shù)學(xué)表示為

(6)

(7)

destroy(cj,ck)=1-connect(cj,ck)

(8)

式中,Pdestroy∈(0,1)表示抗毀性,其值越大表示抗毀能力越強(qiáng)；des(ci)表示節(jié)點(diǎn)ci遭到破壞后無法通信的程度。

2.3問題模型

通過在各節(jié)點(diǎn)間選擇建立通信鏈路使得以上各目標(biāo)達(dá)到最佳優(yōu)化,通信建立的約束為節(jié)點(diǎn)的距離,超過通信設(shè)備限制通信距離的節(jié)點(diǎn)間將不能建立通信鏈路。艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化問題模型可表示為

minf(A)=minf(Pdelay,Pconnect,Pdestroy)

(9)

(10)

其中,minf(Pdelay,Pconnect,Pruin)表示目標(biāo)優(yōu)化函數(shù),dis(i,j)表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的距離,dmax表示通信設(shè)備所允許的最大通信距離；cp為中心節(jié)點(diǎn),cq為普通節(jié)點(diǎn)。

3　艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)有中心與無中心相結(jié)合的多鏈路復(fù)雜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在距離滿足通信要求的情況下,任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均可根據(jù)需要建立通信鏈路。因此,在建立通信鏈路時(shí),不僅要考慮各個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化情況,還要考慮各節(jié)點(diǎn)間的通信距離,并根據(jù)距離確定通信中心節(jié)點(diǎn)。

由于通信節(jié)點(diǎn)的位置已經(jīng)根據(jù)作戰(zhàn)需任務(wù)被確定,因此只需要解決通信組網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)的確定和通信鏈路的建立問題。首先根據(jù)各通信節(jié)點(diǎn)間的距離和通信節(jié)點(diǎn)的特性選定中心節(jié)點(diǎn),并找出不能建立通信鏈路的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間的通信鏈路建立情況用“0-1”模型表示,剛好與遺傳算法的二進(jìn)制編碼相一致[10],使得遺傳編碼更加簡(jiǎn)單。

3.1基于遺傳算法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法

以兩兩節(jié)點(diǎn)間是否建立通信鏈路的布爾值為單位進(jìn)行染色體編碼,完成遺傳個(gè)體的建模。由于在通信組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立過程中,有些節(jié)點(diǎn)間不能建立通信鏈路,所以在染色體編碼的時(shí)候要將這些基因的值置為“0”。但染色體在進(jìn)化(選擇、交叉和變異)過程中,難以保證這些特殊的基因符合值為“0”的要求。因此,對(duì)于不符合要求的染色體將采取淘汰機(jī)制。

方法在確定中心節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,使用遺傳算法完成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在變異過程中,如果產(chǎn)生不符合要求的個(gè)體,將繼續(xù)選擇個(gè)體進(jìn)行交叉,直到產(chǎn)生個(gè)體的數(shù)量達(dá)到種群規(guī)模。

3.2算法設(shè)計(jì)

1) 距離計(jì)算

計(jì)算各節(jié)點(diǎn)間的距離,統(tǒng)計(jì)超過通信距離的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)通信節(jié)點(diǎn)間距離和通信節(jié)點(diǎn)的分布特點(diǎn),選定中心節(jié)點(diǎn),并為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。艦艇編隊(duì)艦空協(xié)同通信根據(jù)任務(wù)需要,中心節(jié)點(diǎn)一般被預(yù)先設(shè)定。

2) 遺傳編碼

將所用通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行兩兩匹配,建立通信鏈路用“1”表示,未建立通信鏈路用“0”表示,從而用一個(gè)二進(jìn)制字符串表示所有節(jié)點(diǎn)的匹配結(jié)果,如圖1所示。

圖1染色體編碼

其中ek∈{0,1},cicj表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j建立通信鏈路。每個(gè)染色體表示通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種組網(wǎng)方案。

3) 遺傳操作

在遺傳算法中,通過編碼組成初始種群后,遺傳操作就是根據(jù)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)度對(duì)染色體施加一定的操作,從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化。遺傳操作包括三個(gè)遺傳算子：選擇、交叉和變異。

(1)選擇操作

選擇操作建立在適應(yīng)度評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,用來實(shí)現(xiàn)對(duì)群體中個(gè)體的優(yōu)勝劣汰操作,即適應(yīng)度高的個(gè)體被遺傳到下一代群體中的概率大。最常見的選擇算法為輪盤賭算法,輪盤賭又稱比例選擇算子[70]。在輪盤賭算法中,各個(gè)體被選中的概率與適應(yīng)值(適應(yīng)值為正)大小成正比。設(shè)群體規(guī)模為M,個(gè)體i的適應(yīng)度為fi,則個(gè)體i被選中(染色體基因被遺傳到下一代)的概率為

(11)

(2)交叉操作

交叉是遺傳算法的核心算子,這里對(duì)染色體采取1-top交換操作(單點(diǎn)交叉)[11]。選擇一個(gè)交叉點(diǎn)(基因位),子代染色體在交叉點(diǎn)前面的基因從一個(gè)父代基因得到,而后面的部分則從另一個(gè)父代基因那里得到。1-top交叉示意如圖2所示。

圖2　交叉操作

(3)變異操作

通過變異算子增強(qiáng)遺傳算法的全局搜索能力,防止算法因過早收斂而錯(cuò)過全局最優(yōu)解。變異操作示意圖如圖3所示。

圖3　變異操作

4) 適應(yīng)度評(píng)價(jià)

通過適當(dāng)權(quán)重,綜合考慮各個(gè)優(yōu)化目標(biāo),構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)。其中pconnect,Pdestroy∈(0,1),為了量綱對(duì)適應(yīng)度函數(shù)的影響,需要將Pdelay限制在區(qū)間(0,1),做如下處理：

(12)

Ptotal為通信資源總量,構(gòu)造一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最小優(yōu)化的適應(yīng)度函數(shù)如下

(13)

3.3算法流程

在選定中心節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,利用遺傳算法的編碼簡(jiǎn)單和尋優(yōu)效率高的特點(diǎn),提出基于遺傳算法的艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,算法流程如圖4所示。

圖4　算法流程

步驟1：選定中心節(jié)點(diǎn)。如果在布置任務(wù)中未指定中心節(jié)點(diǎn),則在獲取各節(jié)點(diǎn)間距離的基礎(chǔ)上,根據(jù)通信最大限制距離,選定中心節(jié)點(diǎn)；

步驟2：遺傳編碼。將通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間是否建立鏈路的布爾值作為遺傳算法的二進(jìn)制編碼值；

步驟3：算法初始化。根據(jù)實(shí)際問題對(duì)算法參數(shù)進(jìn)行初始化；

步驟4：產(chǎn)生初始種群。根據(jù)問題規(guī)模設(shè)定初始種群,并隨機(jī)初始化,種群規(guī)模一般設(shè)置為10至20；

步驟5：計(jì)算種群個(gè)體適應(yīng)度。通過適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算種群個(gè)體的適應(yīng)度,并記錄最優(yōu)個(gè)體；

步驟6：選擇操作。使用輪盤賭算法在種群中選取2個(gè)個(gè)體；

步驟7：交叉操作。隨機(jī)生成交叉位置,進(jìn)行交叉生成子代個(gè)體；

步驟8：變異操作。對(duì)子代個(gè)體的某個(gè)基因進(jìn)行隨機(jī)變異,對(duì)不滿足要求的個(gè)體執(zhí)行步驟6；

步驟9：生成子種群。經(jīng)過步驟6、步驟7和步驟8獲取的個(gè)體達(dá)到種群規(guī)模,則結(jié)束遺傳操作,否則轉(zhuǎn)至步驟6；

步驟10：求出最優(yōu)解。通過迭代次數(shù)控制算法結(jié)束,迭代次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)則從當(dāng)前種群中選取最優(yōu)個(gè)體作為最終解,否則轉(zhuǎn)至步驟5。

4　實(shí)例分析

4.1仿真實(shí)例

實(shí)例可抽象描述為：假設(shè)在某次海上作戰(zhàn)中,根據(jù)任務(wù)需求,出動(dòng)9個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)(包括艦載直升機(jī)和水面艦艇,均視為通信節(jié)點(diǎn))執(zhí)行任務(wù),其中8個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)被分成4個(gè)編組,1架直升機(jī)為預(yù)警直升機(jī),作為中心節(jié)點(diǎn)。受實(shí)際通信距離限制,其中節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)8、節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)7、節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)8不能進(jìn)行通信。各節(jié)點(diǎn)存在的通信時(shí)延如表1所示,設(shè)中心節(jié)點(diǎn)時(shí)延為8。

圖5　通信節(jié)點(diǎn)分布實(shí)例示意圖

節(jié)點(diǎn)通信時(shí)延節(jié)點(diǎn)通信時(shí)延節(jié)點(diǎn)通信時(shí)延18457327548103669

4.2傳統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,各節(jié)點(diǎn)按照編組進(jìn)行組網(wǎng),編組間的通信則通過中心節(jié)點(diǎn)來完成,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6　傳統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

按2.2節(jié)中目標(biāo)的計(jì)算方法,得到傳統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案的通信總時(shí)延為210,綜合連通度為1.0,抗毀性為0.125。

4.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化

首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)分布和距離,以預(yù)警機(jī)為中心節(jié)點(diǎn)。其他節(jié)點(diǎn)均與中心節(jié)點(diǎn)通信,中心節(jié)點(diǎn)與水面艦艇通信,得到主要通信鏈路。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化主要解決除節(jié)點(diǎn)之外的節(jié)點(diǎn)之間如何建立通信鏈路的問題。

1) 遺傳編碼

e=[e11,e12,…,e18,e23,e24,…,e28,…,e78]

(14)

eij∈{0,1},對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)ci與節(jié)點(diǎn)cj之間的組合。其中,e17=e18=e27=e28=0。

2) 初始化

目標(biāo)權(quán)重由作戰(zhàn)指揮員根據(jù)實(shí)際情況來確定,一般給出大致重要程度,再根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行微調(diào)。這里假設(shè)目標(biāo)權(quán)重WS=(0.45,0.15,0.40),種群規(guī)模N=10,進(jìn)化代數(shù)E=500。初始染色體種群由系統(tǒng)隨機(jī)初始化獲取。

3) 優(yōu)化結(jié)果

算法經(jīng)過500次進(jìn)化,得到最優(yōu)染色體如圖7所示。對(duì)染色體進(jìn)行解碼,得到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案如圖8所示。

圖9為全局最優(yōu)適應(yīng)度隨進(jìn)化次數(shù)變化曲線,圖10為各代種群中最優(yōu)適應(yīng)度的波動(dòng)曲線。由圖可知適應(yīng)函數(shù)值經(jīng)過多次優(yōu)化,種群最優(yōu)適應(yīng)度波動(dòng)范圍逐漸變小,算法逐漸收斂。

圖7　最優(yōu)染色體

圖8　優(yōu)化后拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖9　全局最優(yōu)適應(yīng)度變化曲線

圖10　種群最優(yōu)適應(yīng)度變化曲線

優(yōu)化得到最優(yōu)適應(yīng)度為0.1414。通信時(shí)延優(yōu)化結(jié)果為104,加上中心節(jié)點(diǎn)的通信時(shí)延得到總時(shí)延為176,綜合連通度為1.0,網(wǎng)絡(luò)抗毀性為0.8750。

4.4結(jié)果分析

通過與傳統(tǒng)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案對(duì)比可知,遺傳算法能夠解決艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)優(yōu)化問題,且優(yōu)化效果較好?？偼ㄐ艜r(shí)延低于傳統(tǒng)組網(wǎng)(176<210),這是由于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)在通信過程中很多節(jié)點(diǎn)間無法進(jìn)行直接通信,需要多次通過中心節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)完成通信,導(dǎo)致通信時(shí)延增大。傳統(tǒng)組網(wǎng)方式得到的組網(wǎng)方案的抗毀性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用優(yōu)化算法優(yōu)化后的組網(wǎng)方案(0.125<0.875),由于傳統(tǒng)組網(wǎng)只注重節(jié)點(diǎn)編組內(nèi)通信而忽略了編組間通信,因此導(dǎo)致了組網(wǎng)抗毀能力偏弱,一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)遭到破壞,可能導(dǎo)致多個(gè)節(jié)點(diǎn)間無法通信。

5　結(jié)語(yǔ)

通過分析艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn),將遺傳算法應(yīng)用到艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)中,實(shí)現(xiàn)了艦艇編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化。通過實(shí)例仿真與對(duì)比,證明了方法的有效性和優(yōu)越性。論文將遺傳算法在艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)中進(jìn)行嘗試應(yīng)用,取得了較好的效果,為艦艇編隊(duì)通信組網(wǎng)優(yōu)化提供了新的研究方向,對(duì)海上作戰(zhàn)信息化建設(shè)具有重要意義。

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Communication Networking Topology Structure Optimization of Warship Formation Based on Genetic Algorithm

GUO Yan1YU Qian2ZHANG Shiwei3

(1. Naval Aviation Academy, Huludao125001)(2. Unit 95, No. 92941 Troops of PLA, Huludao125001) (3. Naval University of Engineering, Wuhan430033)

According to the characteristics of multiple war forces and complex war environment of sea warship formation, topology structure model, optimization target model and problem model are established by analyzing the actual requirement of warship formation communication networking. And the topology structure optimization method of warship formation communication networking based on genetic algorithm is put forward, so that the problem of hard topology coding and low optimization efficiency is solved, and the topology structure optimization of warship formation communication networking is realized. The case application shows that the genetic algorithm can solve the topology optimization problem of warship formation communication networking, and the solution is better than traditional topology’s. The study of de method is beneficial to improve comprehensive support capability of the warship formation, and has importance preference value for exploring the method of warship formation communication networking under the condition of informatization.

warship formation, communication networking, topology structure, optimization method, genetic algorithm

2016年4月20日,

2016年5月30日

郭彥,女,碩士研究生,研究方向:軍事通信、航空電子、高等教育等。于錢,男,碩士研究生,研究方向:智能優(yōu)化技術(shù)、通信安全、衛(wèi)星導(dǎo)航等。張世偉,男,碩士研究生,研究方向:軍事通信、信息安全等。

TP301.6; TN915

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.10.004