《電子技術(shù)應(yīng)用》
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移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估仿真
2017年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
王淑娟1,李衛(wèi)平2
1.中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院 信息技術(shù)系,河南 鄭州451191;2.鐵道警察學(xué)院 公安技術(shù)系,河南 鄭州450053
摘要: 針對傳統(tǒng)的評估方法非移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估不準(zhǔn)確的問題,提出基于最大離差法與支持向量機(jī)法相互結(jié)合的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估方法,在分析移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及評估指標(biāo)的基礎(chǔ)上,對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)信息進(jìn)行預(yù)處理,增加信息的準(zhǔn)確度;引入基于最大離差法與支持向量機(jī)法相互結(jié)合,建立移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估模型,實(shí)現(xiàn)抗干擾效能的評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,采用改進(jìn)的評估方法時(shí),其評估相對誤差較小,抗干擾效能評估性能好,具有一定的優(yōu)勢。
中圖分類號(hào): TN929.1;TP393
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2017.06.026
中文引用格式: 王淑娟,李衛(wèi)平. 移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估仿真[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2017,43(6):102-105,109.
英文引用格式: Wang Shujuan,Li Weiping. Mobile communication vehicle dynamic networking anti-jamming effectiveness evaluation simulation[J].Application of Electronic Technique,2017,43(6):102-105,109.
Mobile communication vehicle dynamic networking anti-jamming effectiveness evaluation simulation
Wang Shujuan1,Li Weiping2
1.Department of Information Technology,Zhongyuan College of Information & Business,Zhengzhou 451191,China; 2.Department of Police Technology,Railway Police College,Zhengzhou 450053,China
Abstract: In view of the traditional evaluation method of non mobile communication vehicle dynamic network anti jamming effectiveness evaluation is not accurate,the evaluation of anti jamming effectiveness of mobile vehicle dynamic network combined maximum deviation method and support vector machine is proposed. Based on the analysis of mobile communication vehicle dynamic network structure and evaluation index, for the mobile communication vehicle,its dynamic network information is preprocessed, increasing the accuracy of the information. Based on the maximum deviation method and the support vector machine method, the vehicle dynamic anti jamming effectiveness evaluation model is established, realizing anti jamming effectiveness evaluation. Experimental results show that,with the improved evaluation method, the evaluation of the error is small, anti-jamming effectiveness evaluation is good, it has certain advantages.
Key words : mobile communication vehicles;dynamic network;anti-interference performance;evaluation model;simulation analysis

0 引言

    移動(dòng)通信車輛是一種特殊的受供電車輛,如今隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,社會(huì)對交通運(yùn)輸?shù)男枨蟪掷m(xù)增長,移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生[1-2],且因其方便性、開放性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域通信工作方面。但隨著使用環(huán)境的增加,其抗干擾性能受到了前所未有的挑戰(zhàn),也成為了該領(lǐng)域亟待解決的問題,并受到廣大學(xué)者的關(guān)注,出現(xiàn)了很多好的解決方法[3-5]。

    其中,文獻(xiàn)[6]提出基于自組織方法的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾性評估方法,通過將抗干擾性能分為有限和無限兩種,分別進(jìn)行針對性的分析,實(shí)現(xiàn)對抗干擾性的評估。該方法對大量噪聲環(huán)境下的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)性能評估不準(zhǔn)確,不適合大范圍使用。文獻(xiàn)[7]提出基于信息隱藏的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾性能評估方法,采用置亂技術(shù)對隱蔽信息置亂度進(jìn)行衡量,增加隱蔽信息的特征,實(shí)現(xiàn)性能評估。但是該方法實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜。文獻(xiàn)[8]提出基于物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾性評估方法,該方法通過對動(dòng)態(tài)組網(wǎng)存在的噪聲進(jìn)行濾波處理,增加通信性能的基礎(chǔ)上,采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對抗干擾性能進(jìn)行評估。但存在所需時(shí)間較長的問題。

    針對上述問題的產(chǎn)生,提出一種新的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估建模方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,采用改進(jìn)的評估方法時(shí),其評估相對誤差較小,抗干擾效能評估性能好,具有一定的優(yōu)勢。

1 移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與評估指標(biāo)分析及預(yù)處理

1.1 移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

    移動(dòng)通信車輛的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)擁有兩種構(gòu)造,即樹狀和網(wǎng)狀[9-11]。樹狀構(gòu)造圖如圖1所示,在一個(gè)單獨(dú)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)車輛數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)融合中心,可通過數(shù)據(jù)融合中心實(shí)現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的處理。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信車輛數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和共享,移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)在大范圍可以從其他移動(dòng)車輛獲取所需數(shù)據(jù),并將其與測量數(shù)據(jù)融合在一起。網(wǎng)狀構(gòu)造比樹構(gòu)造更為復(fù)雜,但非常靈活,有良好的抗毀性,單個(gè)節(jié)點(diǎn)的破壞不會(huì)干擾整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,網(wǎng)狀構(gòu)造如圖2所示。

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    由圖1和圖2可知,移動(dòng)通信車輛以組網(wǎng)的形式,可以使通信車輛數(shù)據(jù)得到共享,同時(shí)控制中心能夠?qū)γ總€(gè)移動(dòng)通信車輛進(jìn)行控制,增加移動(dòng)通信車輛的可靠性,并且移動(dòng)通信車輛還可以從多角度進(jìn)行通信。

1.2 移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)評估指標(biāo)分析

    在移動(dòng)通信車輛組網(wǎng)抗干擾效能評估時(shí),將與移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)有關(guān)的指標(biāo)組成為移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的評估指標(biāo)體系。構(gòu)建所需的評估體系,能選取評估目標(biāo)和評估方向,而移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的抗干擾性能評價(jià)體系的構(gòu)建,能夠從預(yù)警能力、覆蓋能力和融合治理等3方面進(jìn)行展開分析。

1.2.1 覆蓋性能分析

    覆蓋性能主要是指移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響,對于一個(gè)給定目標(biāo)在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋程度。相關(guān)指標(biāo)獲取如下所示:

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式中:M、N均為常數(shù)。

    (2)頻域覆蓋系數(shù):若組網(wǎng)有M個(gè)頻段,移動(dòng)通信車倆數(shù)為N,那么動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的頻段交錯(cuò)比是:

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式中:0≤Rf≤1,頻率越大,針對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)干擾機(jī)頻率范圍更大,很大程度上通信車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)干擾機(jī)頻率干擾效果更好,移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾性越差。

1.2.2 預(yù)測能力分析

    (1)探測時(shí)間比:探測時(shí)間比率表示移動(dòng)車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)探測的連續(xù)性,能用下式進(jìn)行表示:

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式中:Tf為移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)在滿足一定條件下的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域探測到目標(biāo)的時(shí)間;Tg為在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域里,發(fā)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)所需時(shí)間;Tb為在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中,一個(gè)目標(biāo)在盲區(qū)出現(xiàn)的時(shí)間。

    (2)發(fā)現(xiàn)概率:目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率是一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)在電子干擾情況下發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的車輛在受到電子干擾后,各車輛目標(biāo)檢測概率在任一地點(diǎn),動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率能根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:

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式中,Pi是第i部車輛的發(fā)現(xiàn)的概率,P為組網(wǎng)發(fā)現(xiàn)概率,n為常數(shù)。

1.3 移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)信息預(yù)處理

    移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)信息因存在偏差性和相對的紊亂性,在分析移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及評估指標(biāo)的基礎(chǔ)上,對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)信息進(jìn)行預(yù)處理,增加信息準(zhǔn)確度。在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中,假如一個(gè)移動(dòng)車輛在干擾環(huán)境下,且其他移動(dòng)通信車輛的傳感器數(shù)據(jù)能夠經(jīng)過信息融合處理中心,讓移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)依然可以維持全部性能。

    若移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)輛移動(dòng)通信車輛為N,移動(dòng)通信車輛有Nj因干擾而失效,定義動(dòng)態(tài)組網(wǎng)失效比為:

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    綜上所述,通過對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估指標(biāo)進(jìn)行分析,以及對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)信息的預(yù)處理,可為之后建立移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估模型的建立提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2 移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估模型的建立

    由于移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估各指標(biāo)具備不一樣的量綱,且類型不一樣,所以指標(biāo)具備非共用性,難以進(jìn)行直接對比。為了減少指標(biāo)間的不同量綱的干擾,需要對輸入向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換,引入基于最大離差法與支持向量機(jī)法相互結(jié)合,在計(jì)算出最大離差法權(quán)重系數(shù)基礎(chǔ)下,運(yùn)用支持向量機(jī)移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能進(jìn)行評估。將支持向量機(jī)應(yīng)用到抗干擾效能評估中,在抗干擾效能評估體系基礎(chǔ)上,構(gòu)建移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估模型。假設(shè)有n個(gè)樣本數(shù)據(jù)、P個(gè)指標(biāo),可得最大離差法權(quán)重系數(shù)X:

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    綜上所述,引入基于最大離差法權(quán)重系數(shù)的支持向量機(jī)評估方法,構(gòu)建移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估模型,并采取多種技術(shù)措施,實(shí)現(xiàn)抗干擾效能評估模型的構(gòu)建。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

    為了證明改進(jìn)方法在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信抗干擾性能評價(jià)的可行性,比較兩種方法的最佳差異的同時(shí),以4個(gè)不同的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模式為訓(xùn)練樣本,測試在干擾環(huán)境中各種指標(biāo)的相應(yīng)值。指標(biāo)為:頻域覆蓋系數(shù)C2、探測時(shí)間比C4、空域覆蓋系數(shù)C1、信息融合能力C6、頻域瞄準(zhǔn)度C3、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率C5。采用模糊物元分析法,得到預(yù)測樣本測量值如表1所示。

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    根據(jù)覆蓋性能,使用 MATLAB 語言對基于最大離差法權(quán)重系數(shù)的支持向量機(jī)評估方法建模,編寫相應(yīng)的函數(shù)庫;然后使用MATLAB 設(shè)計(jì)界面并調(diào)用相應(yīng)的庫函數(shù),在設(shè)置不同干擾環(huán)境的參數(shù)下進(jìn)行效能評估。其仿真方案如圖3所示。

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    在抗干擾效能評估軟件方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上,采用TOTU評估模型與本文的評估模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比,分別測試兩種建模準(zhǔn)確度,其對比結(jié)果如圖4所示。

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    使用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊綜合評估、模糊物元分析法與改進(jìn)方法這5種方法對比,對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能進(jìn)行建模評估,結(jié)果能反映動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的抗干擾效能,如圖5所示。

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    從圖5中可知,除了改進(jìn)方法,其余4種方法得到的曲線解釋幾乎相同,4種評價(jià)方法評價(jià)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)抗干擾效果的關(guān)系本質(zhì)上也一樣。同時(shí)4種算法本身的評估結(jié)果差異在不同的大小與人為干擾因素。模糊綜合評估方法評估結(jié)果很小,這主要是因?yàn)槟:镌治龇椒ǖ姆磻?yīng)可以客觀地評價(jià)結(jié)果,所以一般的評估實(shí)驗(yàn)中都選擇其作為訓(xùn)練的期望值,而改進(jìn)方法因?yàn)槠渥隽祟A(yù)處理,使得效能評估結(jié)果要優(yōu)于其他4種評估方法,具有一定優(yōu)勢。以模糊物元法的評估結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn),采用剩余4種算法的評估相對誤差結(jié)果如圖6所示。

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    由圖6可知,模糊綜合評價(jià)方法能夠從多個(gè)指標(biāo)綜合判斷、評估對象隸屬度,能夠考慮到評價(jià)對象的層次結(jié)構(gòu)、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。影響因素的模糊性與模糊綜合評價(jià)可以定性和定量因素的結(jié)合,擴(kuò)大信息量,提高評價(jià)的可靠性。模糊綜合評價(jià)方法由于堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)及系統(tǒng)性強(qiáng),可用于解決新領(lǐng)域中的新問題,評估結(jié)果可以作為其他方法的參考。其參數(shù)設(shè)置和評價(jià)方法可以考慮每個(gè)樣本之間的差異參數(shù)值及權(quán)重的不確定性,減少該指數(shù)權(quán)重設(shè)置在主觀因素的影響,增加了移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能的準(zhǔn)確評估。

4 結(jié)束語

    本文針對傳統(tǒng)的評估方法非移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估不準(zhǔn)確的問題,提出一種新的移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估方法,對移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)信息進(jìn)行預(yù)處理,增加信息的準(zhǔn)確度,再通過專家評估方法獲取移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾因子評估模型,引入多種評估技術(shù)措施建立移動(dòng)通信車輛動(dòng)態(tài)組網(wǎng)抗干擾效能評估模型,實(shí)現(xiàn)抗干擾效能的評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,采用改進(jìn)的評估方法時(shí),其評估相對誤差較小,抗干擾效能評估性能好,具有一定的優(yōu)勢。

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王淑娟1,李衛(wèi)平2

(1.中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院 信息技術(shù)系,河南 鄭州451191;2.鐵道警察學(xué)院 公安技術(shù)系,河南 鄭州450053)

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