不同耦合方式下相依网络的级联故障评估

为了更全面地评估级联故障对相依网络的影响,采用随机耦合、同配耦合和异配耦合3种不同的连边耦合方式,构建相依边为逻辑依赖的相依网络。提出一种新的负载全局分配的级联故障模型,从最大连通子图、迭代步长、过载节点分布等方面评估级联故障的结果。仿真结果表明:(1)同配相依网络比随机相依网络和异配相依网络有更小的最大连通子图占比,且非最大连通子图占比的差异非常显著;(2)容忍系数增大时,同配相依网络的迭代步长下降最为缓慢,不同耦合方式的相依网络在容忍系数取值0.1处均取到步长峰值;(3)不同耦合方式的相依网络在首次故障迭代时,过载节点倾向于选择初始故障节点的邻居节点的邻居节点,而非故障节点的邻居节点。     

边耦合相依网络动态修复策略研究

为应对边耦合相依网络中因少部分的连边失效引起的网络大面积的结构性破坏甚至崩溃,本文提出了一种基于共同边界连边的边耦合相依网络级联失效修复模型。将修复过程与网络级联失效过程动态结合,同时根据边耦合网络的特征提出了复合冗余度择优修复策略和一种改进的复合冗余度择优修复策略。分别在随机故障和蓄意攻击情况下对ER-ER(Erd?s-Rényi随机网络)、SF-SF(scale-free无标度网络)边耦合相依网络进行仿真,与随机修复策略及介数择优修复策略对比,寻找最优修复策略。研究发现在不同结构的边耦合相依网络中的最优修复策略,随着网络连边初始存留比例及故障类型的不同而发生改变,并且能够在更大的连边初始攻击比例下修复网络至初始状态的修复策略,其所需要的迭代步数并不一定最少。     

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。     

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。     

考虑节点过载的碳排放空间关联系统级联失效模型

为提高突发事件级联失效对现实碳排放关联系统破坏程度的评估可信性，在传统复杂网络的"负载-容量"级联失效模型基础上，考虑个体成员对负载的冗余能力，提出一种过载失效概率，构建了考虑节点过载状态的级联失效模型，并基于节点特性提出了6种过载节点负载分配策略。仿真结果表明：在过载节点负载分配策略中，综合分配策略整体上较优，能够有效控制级联失效的规模，增加网络鲁棒性；在一定范围内提升过载参数有助于降低级联失效的影响，但提升到一定程度时改善效果不明显；在不同负载分配策略下，剩余系数存在一个最优值，容量可调参数存在最优区间，可以使碳排放关联网络保持较好鲁棒性的同时，花费较小的构建成本，其中紧密度分配策略对应的网络构建成本较高。     

考虑过载状态和失效概率的航空网络级联故障模型

为提高突然事件引起的级联故障对航空网络破坏程度的评估可信性,考虑到机场节点对负载的冗余能力,即如果在一定的空间范围内出现过载,节点不会立即失效,而是具备一定的超额负载处置能力,提出一种考虑过载状态和失效概率的航空网络级联故障模型.该模型首先在传统的"负载?容量"Motter-Lai级联故障模型中增加了过载系数、权重系数...     

病毒传播与级联故障相互作用过程的研究

为研究聚类系数对病毒传播与级联故障相互作用的影响,提出一种改进的病毒传播与级联故障相互作用模型。通过改变平均度和三角连接概率调节网络聚类系数,以此观察病毒传播与级联故障相互作用过程。当不考虑三角连接概率时,平均度越小,网络抵制相互作用的能力越强,且区分度越明显,但也会增强级联故障子过程的破坏力。当平均度较小时,三角连接概率越大,网络抵制相互作用的能力越弱。当平均度较大时,不同三角连接概率对应的网络抵制相互作用的效果相似。仿真结果表明,对比单一病毒传播模型,相互作用模型在同一时刻的破坏力更大。     

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.     

基于节点蓄意攻击的因特网鲁棒性研究

现实网络遭受蓄意攻击的鲁棒性一直是网络科学研究中的重要问题。本文通过考虑实际的因特网,采用节点度的幂函数来定义节点的初始负载,构建局域负载重分配下的级联模型,比较2种不同攻击策略对网络鲁棒性的影响,并研究蓄意攻击条件下重要网络参数对网络鲁棒性的影响。通过数值仿真实验,得出以下结论：1)当初始负载参数大于某一个阈值时,攻击高负载节点的确比攻击低负载节点对网络的危害更大,但当初始负载参数小于该阈值时,攻击低负载节点反而能更有效地破坏网络;2)节点的初始负载参数越小,容量参数越大,网络的鲁棒性越强。本文研究结果可为因特网中级联故障的控制和防御提供参考。     

考虑级联失效的有向WSNs节点重要度评估模型

针对无线传感器网络中关键节点失效引发网络快速崩溃的问题,考虑节点之间存在相互作用且相互作用具有方向性的特征,建立有向网络级联失效模型,推导节点失效后引起的负载震荡状态值.基于经典的PageRank算法,利用失效节点引发的邻居节点平均负载震荡状态值定义节点的初始重要度值,建立节点度择优的分配规则改进PageRank算法的平均分配规则,结合节点层级结构,建立考虑级联失效的有向传感器网络节点重要性分析方法.最后,通过仿真实验验证算法的有效性.实验证明,该方法能有效地评估了有向无线传感器网络节点的重要性,而且当对判定出的关键节点进行保护时,该方法判定关键节点的网络抗毁性明显较强.     

受成本约束的电力信息?物理相依系统鲁棒性优化设计

针对复杂网络视角,考虑到电力网络存在扩建等现实问题,研究受成本约束下如何增设站点从而优化负荷分布、改善系统的鲁棒性。基于华中地区某省电力网的拓扑结构数据,构建了电力网与信息网部分一一对应的相依网络模型,并采用非线性负载?容量模型作为系统的级联失效模型。考虑实际电力网中超前规划新增厂站的现实情况,提出4种可能的增设电力节点及其信息设备对应的节点配置优化策略,并对华中某省电力网及IEEE 118 总线的电力信息?物理系统在4种节点配置策略下的电力负荷优化及系统鲁棒性进行仿真及分析。仿真结果表明:以配置的物理节点连接网络中大电力负荷及小电力负荷节点为基准时,仅需配置较少的节点就能达到既定的优化度。本结论对于电力系统在建设与规划过程中将有限资源进行较优分配具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

考虑相继故障的物流耦合网络节点重要度评估*

物流网络是由任务网络和交通网络构成的耦合网络,为有效识别和保护关键节点,避免耦合网络相继故障引发的大规模系统崩溃,提出了考虑耦合网络相继故障的节点重要度评估方法。基于物流任务的效率要求设计了物流任务和交通双层均衡规划模型并将移除节点造成的效率损失和拥堵程度分别作为衡量节点重要度的主要和辅助标准。通过仿真试验验证了该方法的可行性与准确性。与其他方法相比,该方法能有效识别失效后引发关联网络大规模相继故障的节点,从而为关键基础设施的保护提供依据。     

基于社团理论的复杂网络级联故障模型

针对目前级联故障研究局限于单个节点或节点的简单邻居关系的问题,充分考虑网络的中观局域特征--社团结构,提出一种考虑社团理论的级联故障模型。依据节点的社团属性,赋予节点动态初始负荷,并采用不同的攻击策略对美国西部电力网络、美国航空网络、IEEE118标准电网和无标度网络(SFN)等不同网络模拟故障过程。经仿真发现,社团因素对节点的初始负荷贡献越大,社团内失效节点引发的故障规模越小,而连接多个社团的特殊"枢纽"节点的失效则会引发严重的级联故障。进一步计算不同属性的Pearson相关系数,表明节点的社团外邻居节点数属性较其他属性与故障规模更相关。     

考虑节点负载的多社团网络级联失效问题研究

为研究多社团网络级联失效问题,设计一种社团规模和结构可调的网络模型.在经典的线性负载-容量模型基础上,提出一种初始负载、容忍负载、临界负载三个阶段节点失效模型.采取蓄意攻击和随机攻击方式对网络进行攻击,通过评估指标的变化分析网络的鲁棒性.仿真结果表明:随机攻击时多社团网络鲁棒,蓄意攻击时多社团网络脆弱;节点初始负载越低...     

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。