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。     

负荷作用下的相依网络鲁棒性研究

提高相依网络的鲁棒性对网络的可靠性和安全性建设具有重要意义。针对所构建的三种耦合方式下的无标度相依网络,引入节点负荷作用,通过计算机仿真对相依网络的鲁棒性问题进行研究。研究发现,相比随机耦合和异配耦合,相依网络在同配耦合方式下具有最强鲁棒性。节点容忍系数和子网络同配性系数对相依网络的鲁棒性具有显著影响,为使相依网络更加鲁棒,应适当增大节点容忍系数或减小子网络同配性系数。另外,耦合强度的增加也能在一定程度上提高相依网络的鲁棒性,且随机耦合方式下的相依网络对耦合强度的变化更加敏感。     

电力信息相依网络去除重要相依边策略及其鲁棒性研究

去除相依边可有效增强电力信息相依网络的鲁棒性,然而随机去除相依边策略需要去除大量相依边,极大地破坏了网络的功能。基于此,提出去除重要相依边策略。建立符合实际的“部分一一对应”电力信息相依网络模型;提出相依边的重要性衡量指标,并根据此指标,提出去除重要相依边策略;利用WS-BA、ER-BA、GRID-BA三种异质电力信息相依网络进行仿真。仿真结果表明,所提出的去除重要相依边策略可在保持电力网络的功能下,显著提升电力信息相依网络的鲁棒性。     

带恢复策略的复杂网络级联失效机理及鲁棒性研究

为研究复杂网络在遭遇随机故障或蓄意攻击时的鲁棒性,考虑节点具有恢复和重复失效等特征,构建故障节点概率传播模式下的级联失效模型.构建节点故障概率随故障次数增加而逐渐降低的故障概率函数,设计概率恢复(R)和阶段恢复(T)两种故障节点恢复策略,并针对ER、WS、NC和BA四类网络研究其恢复鲁棒性.仿真实验考虑模型中相关参数变化,揭示其对复杂网络级联失效过程中的鲁棒性影响,综合分析边鲁棒性和节点鲁棒性的性能权衡.仿真结果表明,在概率恢复策略下,随着恢复率的增大,4类网络级联失效的规模均能够实现有效降低;而在阶段恢复策略下,随着参数T值增加到不同阈值,4类网络鲁棒性指标在级联失效过程中均能够呈现出突变现象.     

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。     

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。     

双层相依网络化指挥信息系统级联失效研究

网络化指挥信息系统是现代信息化条件下体系作战的基础支撑和重要枢纽.在分析网络化指挥信息系统结构功能基础上,构建带权重的双层相依网络,提出一种考虑节点过载和节点修复的级联失效模型,并在基于节点权重的负载重分配策略基础上构造基于节点相似、基于节点剩余容量和综合分配3种改进型策略.以“LB演习”数据为样本,针对攻击方式、负载重分配策略和网络性能参数对网络抗毁性影响展开研究.仿真结果表明:物理层重要节点对网络性能影响最为关键,并且网络性能会在蓄意攻击下产生突变现象;改进的3种策略,特别是综合分配策略,能够显著提升网络抗毁性,网络性能参数能够在一定范围内大幅提升网络抗毁性,避免大规模级联失效现象.     

面向级联失效的复杂网络动态增边策略

针对复杂网络级联失效现象,提出三种应对级联失效的动态增边策略：随机增边策略、最大介数增边策略和最大剩余容量增边策略。基于级联失效的ML模型,本文从容忍参数、初始负荷参数和增边成本三方面对不同增边策略的效果进行仿真研究。仿真结果表明：在三种仿真网络中,最大剩余容量增边策略效果和成本在总体上优于其余两种增边策略;增边策略在随机网络中效果最稳定,在小世界网络中效果不稳定;在较低的容忍参数时,各增边策略的效果随初始负荷参数的改变而产生较大的波动。     

级联过程中基于动态信息的负载重分配策略

基于网络级联失效研究,考察相依异构网络ER-BA级联失效动态过程,提出基于节点实时处理能力的负载重分配策略。仿真测试显示,相依异构网络整体鲁棒性受异质化程度较高的网络影响,发生级联失效时应降低网络间的连接强度;以介数为基础的负载重分配策略易引发中心节点失效而降低网络整体鲁棒性,基于实时处理能力的负载重分配策略能有效提高相依网络的整体鲁棒性。     

指挥控制网络级联失效模型研究*

基于指挥控制网络的拓扑特征和级联失效特点,提出了一种带可调节参数的指挥控制网络级联失效模型。该模型提出了一种考虑节点组织地位的初始负载定义方法,以网络级联失效平均规模和级联失效临界值作为网络的抗毁性度量;通过仿真实验分析了网络负载的层次性、节点过载承受能力、跨级指挥和平行指挥等模型参数对指挥控制网络级联失效行为的影响,为现实指挥控制网络的级联失效行为的研究提供了新的思路。     

目的边攻击和防御下的相互依存网络相继故障

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。为解决基于相互依存边目的攻击下的网络间相继故障及其渗流问题,采用一种新的相互依存边的边权定义方法,提出相互依存边在目的攻击和防御下的故障渗流模型,运用生成函数和渗流理论,分析相互依存网络在此攻击和防御下的相继故障渗流过程。以相互依存的随机网络和相互依存的无标度网络为实例,进行实例分析与仿真实验。仿真实验与理论分析相符并表明：基于相互依存边的目的攻防效果均好于基于节点的目的攻防效果。     

相互依存网络间的拓扑构建方法

为减小相互依存网络间的相继故障,在对归一化度、网络间的匹配系数及网络间的簇系数定义的基础上,借鉴网络间相似拓扑耦合思想,相互提出一种网络间同地位节点耦合的拓扑构建方法,该方法以核心节点作为搜索源节点采用广度优先搜索算法,逐级搜索并最大化网络同地位节点对的匹配,以提高相似匹配度和扩展应用场景。并以相互依存的随机网络和相互依存的无标度网络作为实例进行仿真,实验表明：此拓扑连接方法下,网络间故障渗流相变从一维非连续相变转变为二维连续相变到;相比于随机拓扑耦合网络在随机攻击、目的攻击及防御情况下,该拓扑耦合下的相互依存网络的鲁棒性均明显增强。     

基于社团结构的复杂网络抗毁性测度

综合复杂网络连通度和社团结构的抗毁性测度,提出了一种新的基于社团结构的复杂网络抗毁性测度,既考虑网络的整体效能,又联系了网络本身的社团结构性。另一方面,为了更加有效地攻击网络的社团,提出一种基于社团的选择性攻击方式,移除较少的节点就使网络中的社团崩溃。通过仿真分析表明,基于社团的复杂网络抗毁性测度更加全面客观地衡量了网络的抗毁性,基于社团的选择性攻击更加有效地破坏了网络的社团结构性。     

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。     

面向级联失效的加权网络负载容量非线性模型鲁棒性优化

在考虑网络负载容量关系的情况下,研究加权网络中的级联失效现象。提出了负载容量非线性模型,并针对模型参数的多目标优化问题,通过理论分析确定其影响因素。以级联失效前后网络连通性测度的比值作为鲁棒性测度,以网络容量与负载的比值平均数作为网络成本测度,采用基于拥挤距离排序的多目标粒子群优化算法(MOPSO-CD)对参数进行优化。最后通过在模拟网络和实际网络中进行的仿真比较,验证了优化后的负载容量非线性模型可以在有限的网络成本下更好地提高网络对级联失效的抵御能力。     

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.     

基于级联失效的复杂保障网络抗毁性仿真分析*

通过引入流量强度指数α和流量分布指数β,建立了不同网络流量下的复杂负载网络级联失效抗毁性模型。基于该模型比较分析了无标度网络、随机网络和介于这两种网络之间的特定复杂保障网络在不同流量强度和流量分布下对单个节点的随机失效与故意攻击的抗毁性。结果表明,在考虑级联失效的条件下,复杂保障网络的抗毁性随着流量强度的增加急剧下降。此外,流量分布对复杂保障网络的抗毁性也具有显著影响,在流量强度一定的条件下改变网络的流量分布能有效提高网络的抗毁性。     

基于复杂网络理论的Internet抗毁性研究

针对Internet这一典型的复杂网络,依据TCP拥塞控制协议能重新调整数据流流速的特性,提出了一种新的抗毁性测度方法,并在流速可变的通信模型下对Internet进行了抗毁性研究,仿真结果表明Internet仍然具有鲁棒且脆弱性;然后分析了Internet在不完全信息下和基于局部网络拓扑信息的分布式攻击下的抗毁性,并且提出了相应的保护措施,仿真结果表明,不同情况下的不完全信息会对有目的攻击的攻击效率产生不同程度的影响,而基于局部信息的攻击可以达到有目的攻击的攻击效率,该结果对制订高效的Internet攻击(保护)策略具有重要意义。     

有向相依网络的可控性研究

针对相依方式对有向相依网络可控性的影响,研究了不同相依方式下有向相依网络的可控性。通过构建基本的有向相依网络模型,结合严格可控性理论,给出了可控性评判指标。同时基于经典的有向随机网络和有向无标度网络,提出3种有向相依网络模型,并研究了随机相依条件下有向相依网络的可控性。随后定义了3种相依方式,并对比分析了在不同相依方式下有向相依网络的可控性。结果表明,在同等相依比例下,基于最低入度与最低出度节点相依的有向相依网络可控性最强,而基于最高入度与最高出度节点相依的有向相依网络可控性最弱,研究成果能够为实际有向相依网络的构建提供有益的参考和指导。