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。     

加权无标度网络的级联失效模型

在加权的无标度网络中,为了抵抗网络的级联失效,增强网络的鲁棒性,提出了一种参数可调的级联失效模型.该模型从全局和局域的角度,将节点介数、节点度、节点权重和邻居节点权重相结合构建节点的初始负载,并建立节点容量与初始负载的比例关系,当节点失效后,通过结合失效节点邻居的容量来制定负载重分配规则,进而通过对网络级联失效的分析,推导负载参数的演化过程,得出模型中的参数对网络鲁棒性的影响.最后,通过实验验证了所提方法的有效性.     

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。     

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。     

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.     

分簇无线传感器网络级联失效抗毁性研究

无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)级联失效对象多以对等平面结构为对象,但在现实情形中,多数无线传感器网络采用典型分簇结构进行数据采集与传递.因此,考虑分簇传感器网络中节点所拥有连接的异质性,引入感知负载与中继负载等概念,建立分簇级联失效模型,探讨分簇无标度网络和分簇随机网络的级联失效抗毁性能与模型关键参数之间的关联特征,并研究如何选取合适的簇头节点扩充容量达到抑制网络级联失效规模的目的.数值模拟与理论分析结果表明：分配系数A与网络级联失效性能正相关,簇头比例p与网络抗毁性能负相关.当调节参数α=1时,网络级联失效抗毁性能达到最优;当调节参数α<1时,选取簇-簇连接度较小的簇头节点扩充容量能够更为有效地提升网络级联失效抗毁性能;当调节参数α>1时,选取簇-簇连接度较大的簇头节点扩充容量抗毁性能提升效果更为明显;当调节参数α=1时,网络级联失效规模与簇头选取策略无关.     

无标度网络中的边免疫策略

针对无标度网络提出一种边免疫策略,与目标免疫相比,该策略可使网络获得更高的传播临界值,并能更好地保持网络的连通性。采用SIS病毒传播模型,分别在BA无标度网络和HEP网络中进行仿真实验,结果表明,该免疫策略可以减少免疫剂量并能有效控制病毒传播。     

不同冗余度下的网络级联失效仿真分析

为分析不同冗余度接入方式对多自治域网络在级联失效时的性能造成的影响,基于互联网的现实情况和多自治系统关联的特点,分析了不同冗余度下的多自治域网络拓扑结构,建立了多自治域网络级联失效模型,设立了级联失效评价指标,并对不同冗余度下的多自治域网络级联失效过程进行模拟仿真,分析级联失效的制约因素。结果表明：冗余度大的多自治域网络在级联失效发生时网络性能较好;发包率的增加会增大级联失效的规模。     

基于无标度网络的蠕虫控制研究

蠕虫之所以能够产生巨大的影响和危害,其中重要的一点是利用了其传播网络的无标度特性。鉴于此,对蠕虫在无标度网络上的传播行为及影响因素进行了研究。研究结果表明,通过采取恰当的策略,可以有效地控制蠕虫的传播,显著地降低蠕虫带来的影响。     

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。     

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。     

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.     

无尺度网络的数据包传输元胞自动机模型研究*

为了更真实地模拟网络行为,提出了一种基于无尺度网络的数据包传输元胞自动机模型,模型中通过增加缓存队列大小和提高中心节点的处理速度来减少丢包数,提高网络性能。仿真结果表明,在元胞交互规则的作用下,数据包发送速率,缓存队列大小和丢包数在时间序列上都具有自相似特性,自相似程度呈现负相关;它们在时间序列上是长程相关的,在功率谱图中都具有幂律分布特性,在高频段呈现出白噪声特性。     

Random walk immunization strategy on scale-free networks

A novel immunization strategy called the random walk immunization strategy on scale-free networks is proposed. Different from other known immunization strategies, this strategy works as follows： a node is randomly chosen from the network. Starting from this node, randomly walk to one of its neighbor node; if the present node is not immunized, then immunize it and continue the random walk; otherwise go back to the previous node and randomly walk again. This process is repeated until a certain fraction of nodes is immunized. By theoretical analysis and numerical simulations, we found that this strategy is very effective in comparison with the other known immunization strategies.     

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。     

无标度网络上的动态局部路由策略设计

如何针对无标度网络的物理特性进行路由策略设计和优化是一个值得深入研究的问题。提出了一种参数可调的动态局部路由策略,该策略基于网络节点的转发能力及节点处数据包队列长度设计,能够通过调整参数来优化路由策略,使网络容量及平均网络数据包路由时间达到最优。通过仿真确定了最优参数[α]近似等于0.5,该参数使得网络节点处的数据包数与节点处理能力基本成正比关系。应用平均场方法证明了最优参数的理论值与实验值吻合。与经典的局部路由算法进行了仿真比较,结果显示该算法更有优势。