一种基于负载局域分配的相继故障模型

为了更好地研究复杂网络抵制相继故障的鲁棒性,在经典的负载-容量模型基础上,提出了一种基于负载局域分配的相继故障模型。结合现实网络特点定义了衡量相继故障程度的指标——网络效率,提出节点对超出负载具有一定的容忍能力。将所提出的相继故障模型应用于经典复杂网络模型均观察到发生了相继故障现象,且通过仿真研究了相继故障传播的影响因素。实验结果表明,不同的节点失效方式、模型参数值以及网络的介数分布都会影响相继故障的传播。     

基于负荷-容量模型的网络相继故障研究

网络相继故障是网络脆弱性研究中的热点问题.采用负荷-容量模型对复杂网络的相继故障进行建模分析.首先分析了网络流量负荷的突发模式对相继故障的影响.实证研究发现,网络实体间的通信活跃性具有自组织临界性.在网络安全地应急响应时,应该更关注那些原本不活跃的结点间流量的变化;其次,引入成本因子对经济、技术条件制约下的网络资源受限生成过程及网络容量-负荷关系建模,以揭示网络结点的容量-负荷之间存在着怎样的制约关系;最后提出了一种基于容量相互补偿的搜索式分配算法,以获得有限资源下最优的网络鲁棒性容量分配策略.实验证明,算法能够找到比线性分配或偏好负荷的偏好依附分配策略更好的结果.     

一种增强复杂网络抵御相继故障能力的路由算法研究

在现实生活中,许多大型的通信网络或电力网络都可以应用复杂网络进行刻画。然而网络中某些"关键节点"一旦遭到攻击极易引发相继故障。这种现象的存在极大降低了网络的可靠性。为了提高网络对相继故障的抵御能力,针对现有基于最短路径的路由算法加以改进,降低"关键节点"在网络中所起的作用,提高了网络负载在各节点间分布的均衡性。通过在典型的复杂网络上进行的仿真实验,证明了改进的路由算法能够大大增强网络对相继故障的抵御能力。     

无尺度网络中降低相继故障规模的策略研究

在复杂网络的相继故障过程中,主要影响因素包括：网络结构、节点负载量、节点容量、负载重分策略等。针对这些因素,建立了一个无尺度网络的相继故障模型。模型采用的基于节点剩余容量的负载重分策略能较充分地利用网络资源。仿真结果表明,与基于节点度的负载重分策略相比,基于节点剩余容量的负载重分策略能降低网络相继故障的规模约10％;研究还发现只提高网络中“关键”节点的容量也能有效降低相继故障的规模。当无尺度网络具有社团结构时,相继故障的规模要减小约30％。这些结论对降低网络相继故障规模、网络结构的设计及以后的研究具有重要意义。     

基于耦合映像格子的有向网络相继故障

针对现实世界中存在大量的有向网络,根据有向网络中边的有向性,提出适合描述有向网络耦合映像格子（CML）的相继故障模型,利用仿真分析的方法研究了BA无标度有向网络和ER随机图有向网络在该模型作用下的相继故障行为。仿真中,对节点数固定的网络采用蓄意攻击和随机攻击两种策略进行攻击,并记录相关数据。通过对所得数据的分析发现：1）这两类有向网络的相继故障进程比同规模的无向网络要剧烈;2）当网络遭受攻击时,有向网络比无向网络更加脆弱;3）ER随机图网络相继故障发生过程中引起网络相继故障规模增长的4个临界值之间存在线性关系。     

网络化作战中通信网络相继故障规模的降低方法研究*

通过研究网络化作战中通信网络的相继故障现象,找到其规模的降低方法。着眼于网络化作战中通信网络相继故障的主要影响因素,从充分利用网络资源的观点出发,采用基于节点剩余容量的负载重分策略,建立了一个网络化作战中通信网络的相继故障模型,并进行了仿真实验研究。结果表明,与基于节点度的负载重分策略相比,基于节点剩余容量的负载重分策略能降低网络相继故障的规模约10％;同时研究还发现当网络中节点的初始负载不同时,初始负载较小的网络首先进入相继故障状态且相继故障规模较大;另外研究还发现了当网络化作战中的通信网络具有社团结构     

基于复杂网络的封闭小区交通开放策略探究

封闭小区降低了城市路网密度和可达性,如何开放封闭小区成为一个热点问题.本文对若干中国大型城市的道路网络进行实证研究,发现这些网络的度分布具有无标度性质.基于此性质提出了一个适用于封闭小区开放问题的城市道路复杂网络模型.该模型使得城市道路网络包含小区路网,且道路信息易于查询与筛选,这有利于制定并比较不同的小区开放策略.利用该模型,研究了网络效率的计算和相继故障过程的建模问题,以比较不同的开放策略对城市路网的影响.最后,针对效率和稳定性两个因子,分析城市道路网络的优化特征.结果表明,开放位于非中心地区的小区,开放程度最大,新开交叉口位于连接数不多的道路时,网络效率及稳定性最佳.     

基于复杂网络理论的连锁故障模型研究概述

在复杂网络中,由微小触动引发的网络连锁故障会导致网络崩溃的灾难性后果,对连锁故障的理论建模是研究复杂网络连锁故障的关键和基础。论文从复杂网络理论角度介绍和评述了几种连锁故障模型,分析了预防和控制连锁故障的可行途径;并指出了今后值得注意的研究方向。     

相互依存网络边攻击下的相继故障研究

许多现实的网络彼此间相互作用与依存,一个或几个网络的故障将导致网络间的相继故障,最终导致相互依存的网络系统整体失效.为解决边攻击下的相互依存网络的相继故障及其渗流问题,提出一个理论框架,运用生成函数和渗流理论,分析边攻击下的相互依存网络的相继故障渗流及其结果.并以相互依存的随机网络和无标度网络作为实例,进行实例分析与仿真实验.仿真结果与理论分析相符并表明:相比于单独网络,随机边攻击下的相互依存网络因其广度度分布增加了其脆弱性,且故障渗流相变为一级相变;相互依存的无标度网络的鲁棒性比相互依存的随机网络的鲁棒性差,其原因是相互依存的无标度网络中存在一个网络中的小度节点连接另一网络的大度中心节点引起网络间故障级联面的增大.     

灰色信息下复杂负载网络的鲁棒性研究

针对复杂负载网络遭遇攻击引发的相继故障问题,考虑攻击信息的不完全准确性,建立了一个基于灰色信息的相继故障模型。灰色信息的准确度可以通过参数调节控制,随机攻击和蓄意攻击是该模型的两个特例。探讨了灰色信息下,无标度网络和随机网络遭遇边攻击而引发的节点过载故障的级联现象,对比了灰色信息对两类网络鲁棒性的影响。仿真结果表明,信息准确度的降低能明显增强无标度网络的鲁棒性,但对随机网络的影响并不明显。此外,信息准确度对网络鲁棒性的影响存在临界现象。这些结论为相继故障的防御、网络结构的设计以及现实网络的有效保护提供了理论依据。     

基于复杂网络理论的大电网脆弱性研究综述

电网脆弱性是大电网安全研究的核心内容之一.在国内外电网大停电事故不断频发的背景下,传统方法难以有效地从宏观上系统地分析大规模连锁故障的产生和传播过程.随着复杂网络理论研究的不断发展和普遍应用,这种方法突破了传统方法分析连锁故障的局限性,为研究大电网脆弱性提供了新的视角和方向.对此,首先介绍复杂网络的两个基本模型及其常见评价指标;其次,详细阐述节点重要性发现、电网脆弱线路辨识、单个网络中连锁故障以及相依网络间连锁故障等方面的研究发展状况和应用情况,并综合分析了电网运行状态;最后,从复杂网络理论角度,对未来电网脆弱性研究方向进行总结和展望.     

加权无标度网络抵制级联失效的鲁棒性研究

针对复杂网络遭遇攻击和随机失效而引发的级联失效问题,提出一种基于介数的节点加权策略,用于探讨加权无标度网络抵制级联失效的鲁棒性。通过数值模拟和理论分析发现,基于介数的策略具有与基于度的策略几乎相同的最优权重参数。在最优权重参数下,基于介数的策略使得网络更具鲁棒性,能显著降低级联失效发生的可能性和发生情况下的级联规模。     

基于加权网络模型的电网连锁故障分析

本文基于复杂网络理论提出了一种评估电网发生连锁故障的新方法,运用复杂网络理论来分析电网有助于从电网架构上研究连锁故障.首先,以输电线路和变压器的阻抗模值为边权构建了电网加权拓扑模型,并给出评价电网中心性的指标;其次,基于线路断开瞬间线路传输功率优先分配到邻近线路的原则,提出评估电网发生连锁故障的阈值模型;最后,以IEEE 118节点系统为例,通过计算反映其中心性的指标值,找出了IEEE 118节点系统的中心节点,验证了加权拓扑模型在反映节点中心性方面优于无权拓扑模型,与实际网路也更接近.在此基础上,针对四种攻击网络的典型模式,运用阈值模型计算该系统发生连锁故障的临界阈值,揭示了电网发生连锁故障的机理.     

面向级联失效的复杂网络加权策略

针对加权复杂网络抵制级联失效的鲁棒性问题,提出一种介数相关的节点加权方法,并应用加权流局域重新分配原则构建了带有可调权重参数的级联模型。在典型模型网络和真实网络上探讨了级联行为。数值模拟和理论分析结果给出了网络达到最强鲁棒性水平时所对应的权重参数值。与现有的度相关加权策略对比,介数相关加权策略使得网络鲁棒性更强。     

无线通信网络的建模及故障传播

针对级联故障在网络数学模型中展现的局限性,基于复杂网络和图论的基本原理,对无线通信网络进行建模,并对网络中的故障传播进行研究。根据复杂网络中的无标度模型,建立由网络节点和通信信道组成的线图模型。针对无线通信网络中的级联故障,分别从网络故障等级、节点容错能力大小、初始故障节点数目等方面研究故障在通信网络中的传播情况。仿真结果表明,线图模型能够更直观地体现网络特性,同时故障参数会影响级联故障在通信网络中的传播。     

Assessing the Impact of Cascading Failures on the Interdomain Routing System of the Internet

The Internet is a typical complex network, whose traffic load is controlled by the inter-domain routing system. Due to the co-location of data plane and control plane of Border Gateway Protocol, the survivability of inter-domain routing system is sensitive to severe congestion. Therefore, an initial outage may lead to a cascade of failures in the Internet. But the cascading failures on links are able to be automatically restored when the congestion is mitigated. In this paper, we propose a model - CAFEIN for characterizing this special process. Based on CAFEIN, we assess the difference of impact under intentional attacks and random breakdowns; identify the worst affected part of the Internet; and study the propagation of cascading failures. Through simulations, we find that the cascading failures bring a great deal of added burden to the routing system. However, the cascading effect is amplified globally when the relative capacity of links is very low. Moreover, the difference of impact between intentional attack and random breakdown is not as prominent as previous research due to the unique automatic-restoration process.     

城市轨道交通网络特性与级联失效鲁棒性分析

为探讨城市轨道交通网络（URTN）的网络特性及面对突发事件时的鲁棒性,提升运营效率,基于复杂网络理论,采用Space-L方法构建URTN拓扑结构,提出URTN站点重要性综合评价指标。建立URTN级联失效模型,设计级联失效仿真算法,通过网络效率和最大连通子图比例两项鲁棒性评价指标,定量分析不同攻击策略下URTN级联失效鲁棒性。以上海轨道交通网络为例进行实证分析。研究结果表明：上海轨道交通网络在L空间中具有小世界网络和无标度网络的网络特性;无论是否存在级联失效情况,相比蓄意攻击,上海轨道交通网络在面对随机攻击时更具鲁棒性;级联失效情况下考虑站点负载重分配的轨道交通网络更具脆弱性;重要站点失效对网络的影响范围更广,对网络的整体破坏程度更大。     

相依网络中负载全局分配的级联故障模型

针对目前不同网络耦合成相依网络的研究不考虑相依边和负载的共同影响,提出一种同时考虑相依边和负载的相依网络级联故障模型。在级联故障中区分连接边和相依边对相依网络的不同作用,负载分配采用基于最短路径长度的可变负载全局分配原则,正常节点分配到的额外负载与距离故障节点的距离成反比关系,相依网络的子网选用IEEE118标准电网、小世界网络和随机图网络。相依网络的仿真结果表明,负载全局分配效应越小,网络抵制故障能力越强,负载故障对级联故障的贡献程度越小,不同耦合网络在特定的容忍系数下取得不同的平均故障迭代步数峰值;而负载全局分配效应较大时,网络崩溃或近似崩溃,平均故障迭代步数与容忍系数呈现近似单调递增关系。     

不同链接下非对称相依网络的级联失效研究

现实中存在对称性和非对称性的相依网络，目前在研究相依网络级联失效时选择的对象主要为对称相依网络，为了综合分析相依网络的鲁棒性，针对非对称相依网络的级联失效问题进行了研究，首先利用典型BA无标度网络和WS小世界网络构建了非对称双层相依网络的级联失效模型，之后在随机攻击和蓄意攻击条件下，分别研究构建的网络模型的相依程度、相依模式以及子网络的拓扑结构对网络故障的影响。仿真结果表明，无论是何种程度相依的非对称相依网络，在随机攻击下，度正相关相依网络都表现出弱鲁棒性，而在蓄意攻击下，度负相关相依网络表现出弱鲁棒性，且网络的拓扑结构对网络的级联失效有影响。