基于节点蓄意攻击的无标度网络#br# 级联抗毁性研究

增强网络的抗毁性对于抵御级联故障具有重要的现实意义。为研究网络参数对级联抗毁性的影响,结合变幂律无标度网络和变聚类系数无标度网络模型,在最大负荷节点遭受蓄意攻击的情况下,研究了无标度网络的幂律指数、聚类系数和平均度与级联抗毁性的关系。结果表明,无标度网络的幂律指数和平均度与网络的级联抗毁性正相关,即网络越均匀、连接越稠密,级联抗毁性越强;但聚类系数对网络的级联抗毁性并没有显著影响。     

加权无标度网络级联抗毁性研究

通过引入一种改进的非线性负载容量模型,对加权无标度网络的级联抗毁性进行了深入研究.采用标准化崩塌规模为度量指标,在局部加权负载重分配准则下,对权重系数、容量参数以及网络密度等参量对网络级联抗毁性的影响进行了数值仿真模拟.结果表明,网络的级联抗毁性随着权重系数θ的增大而降低,在θ≤0.3时网络具有较强的抗毁性,这与线性模型中的结论是截然不同的;网络的级联抗毁性随着容量参数的增大而增强,且在权重系数确定的情况下,存在最优参数组合使得网络具有最强的级联抗毁性.最后,对成本和性能约束下加权无标度网络的级联抗毁性进行了定量分析.     

基于复合边权重的加权复杂网络级联抗毁性优化

针对加权网络级联抗毁性问题,融合对级联失效动力学过程有重要影响的节点度和介数两种指标,提出一种节点度和介数相关的边权重模型,该模型通过定义调整两种指标占边权比重的参数,以及调整网络异质度的权重参数,使得边对故障引起的额外负载的承载能力更强。理论分析与仿真结果表明，存在某一权重参数以及比重系数取值使得BA无标度网络和NW小世界网络鲁棒性达到最强;相比单一指标边权方法,提出的模型能够更加有效地提升网络级联抗毁性能。     

蓄意攻击策略下危险品运输网络级联失效仿真

在构建危险品运输网络级联失效模型的基础上,通过控制模型参数,研究了危险品运输网络级联失效特性及不同蓄意攻击策略对网络级联失效的影响。基于大连市危险品道路运输网络特征值,构建了基于WS小世界网络的危险品运输复杂网络生成算法;提出了具有时间阶段特性并带有可调参数的节点初始负载模型,确定了"失效"节点负载分配的择优分配概率模型和节点容量模型,并利用节点负载动态分配概率值,动态描述节点"正常""暂停"和"失效"三种状态,从而构建危险品运输网络级联失效机制模型;以网络级联失效平均规模和相变临界值作为网络抗毁性度量,通过构建两种蓄意攻击策略,对比研究了不同攻击策略对危险品运输网络级联失效抗毁性的影响。仿真结果及理论分析表明:1)构建的危险品运输网络级联失效模型是有效的;2)节点容量系数、过载承受能力调节参数和网络平均节点的度对蓄意攻击策略的变化是不敏感的,但通过提高它们的取值,能够有效降低网络级联失效平均规模,提高网络抗毁性;3)对于节点度的降序攻击策略,可调参数越小,网络抗毁性越强,但对于节点度的升序攻击策略,可调参数越大,网络抗毁性越强,且两种攻击策略下的相变临界值曲线在可调参数为0.5处相交。这些结论为防范蓄意攻击策略的制定提供理论依据。     

变聚类系数加权网络的建模及其级联抗毁性分析

针对ＢＢＶ 等传统加权网络模型生成的网络聚类系数较小、簇度幂律特征偏弱等不足,提出了一个变 聚类系数加权网络模型,其中新节点的加入根据节点强度和初始吸引度共同驱动的优先连接机制或三角连接机 制与网络中的旧节点建立连接。仿真表明,当初始吸引度和三角连接概率取不同值时,生成网络的度、强度和边 权都服从幂律分布,并且聚类系数可调,特别是随着三角连接概率的变大,簇度之间的幂律特征更加明显。最后 构建了基于加权网络的级联故障模型,分析了权重因素、聚类系数等对网络级联抗毁性的影响。     

点权有限的加权网络演化模型

在BBV(Barrat-Barthélemy-Vespignani)模型的基础上加入节点强度有限限制,即节点强度不允许超过某一定值S,构造了节点强度有限的加权网络演化模型--LBBV模型.理论分析与仿真试验表明,对于3节点的全耦合网络,当S《2mw0时,网络经有限步后演化结束,其结构为同质网络;当S≥2mw0时,LBBV模型的节点强度分布与网络的度分布都呈现幂律分布,并且幂律指数与BBV模型的幂律指数一致,只是相比BBV模型平移了某一常数;当S→∞时,LBBV模型退化为BBV模型.同时通过数值仿真还得到了在不同的S值下、不同规模网络演化后的节点强度分布与度分布都表现出幂律特征,而且幂律指数不随S变化.     

基于节点吸引力的点权有限BBV模型研究

在点权有限网络模型的基础上,增加考虑了节点吸引力因素,构造了一种全新的、符合实际的加权复杂网络演化模型。研究发现,该模型与BBV模型相比,节点的强度概率密度分布是有变化的,而且更符合实际网络。通过调节相关属性参数,可以使网络达到更优化的状态,对实际网络的演化进行指导,减轻网络负荷,增强网络性能,具有一定的实际意义。     

基于复杂网络的危险品运输网络抗毁性仿真

通过构建危险品运输超网络模型,分析了网络之间的相互作用和影响,继而建立了危险品运输网络模型生成方式;通过引入危险品运输网络"最短路径"、"平均最小风险路径距离"和"网络最大连通子图"概念,提出了"网络风险效率"和"最大连通度"抗毁性测度模型;根据网络流量特性,构建了危险品运输网络介数模型。以危险品运输网络为例进行仿真,仿真结果表明:危险品运输网络抗毁性表现为对随机攻击的鲁棒性和蓄意攻击的脆弱性,抗毁性更接近于无标度网络;其抗毁性是由少数节点和边维系的,且网络对节点攻击的抗毁性低于对边攻击的;网络最大连通度性能优于网络风险效率,适当增加系统冗余性可提高网络抗毁性。     

基于SIRV病毒传播理论的装备保障网络级联失效分析

针对装备保障网络遭受敌方攻击时所显现出的复杂性现象,对比分析网络级联过程与病毒传播过程的相似性。在已有的负载容量级联故障传递模型基础上,融入了病毒免疫传播的过程,定义保障节点的4种不同状态,构建基于病毒免疫传播理论的装备保障网络级联传递模型,更好地再现了我方保障机构受到敌方实际打击和舆情攻击时的真实状况。通过仿真对比分析表明,在防御资源有限和时间迫切的情况时,优先考虑主动免疫策略,能够取得较好的抵御级联失效的效果,还可以辅助实施目标免疫策略,从而使装备保障网络具有较强的健壮性和较好的恢复能力。     

考虑节点过载的复杂网络级联失效模型

针对现实网络中节点对负载的冗余能力,提出一种考虑节点过载状态的复杂网络级联失效模型。首先,根据过载系数、失效概率、剩余系数构建了级联失效模型;然后,基于节点的特性提出了过载节点负载分配策略;最后,运用BA无标度网络进行级联失效情况下的抗毁性仿真。结果表明:在过载节点负载分配策略中,混合分配策略整体上较优,能够显著控制级联失效的影响并且增加了网络的抗毁性;在一定范围内提高过载系数、分布系数有助于降低级联失效的影响,但提高到一定程度时效果并不理想;剩余系数存在某一值可增强网络的抗毁性。     

考虑时间特性的城市群客运网络抗毁性研究

城市群综合客运网络级联失效抗毁性研究,有助于提高城际出行的安全性及运输效率。为了更加贴近实际情况,基于多层复杂网络理论与实际客流构建城市群综合客运网络模型,以单位时间为步长建立考虑时间特性的客运网络级联失效抗毁性模型,提出时空两维度的评价指标进而分析每个时段的网络情况。以呼包鄂榆城市群为实例,研究结果表明：过载能力调节参数值为1.2时网络抗毁性较强,并且随着过载能力调节参数的加大,对网络抗毁性的改善并不明显;负载调节参数值大于1.2时,网络抗毁性明显变差。     

基于资源有限模型的无标度网络动态抗毁性优化

为有效防止复杂网络的级联失效,对复杂网络的容量分配策略进行研究。构建了资源有限的级联失效模型,假设网络总容量不变、容许参数可变,该模型可用于比较多种容量分配策略的有效性。在此基础上,提出了4种典型的容量分配策略。针对移去介数最大节点的攻击方式,在无标度网络上进行了仿真。仿真结果表明,负荷偏好容量分配策略是最有效的容量分配策略,网络节点的重要度与节点介数大小强相关,而与节点的度弱相关。通过优化负荷偏好容量分配策略的偏好指数,提高了复杂网络的动态抗毁性。     

Modeling and simulation of the vulnerability of interdependent power-water infrastructure networks to cascading failures

Critical infrastructures are becoming increasingly interdependent and vulnerable to cascading failures. Existing studies have analyzed the vulnerability of interdependent networks to cascading failures from the static perspective of network topology structure. This paper develops a more realistic cascading failures model that considers the dynamic redistribution of load in power network to explore the vulnerability of interdependent power-water networks. In this model, the critical tolerance threshold is originally proposed to indicate the vulnerability of network to cascading failures. In addition, some key parameters that are important to network vulnerability are identified and quantified through numerical simulation. Results show that cascading failures can be prevented when the values of tolerance parameter are above a critical tolerance threshold. Otherwise interdependent networks collapse after attacking a critical fraction of power nodes. Interdependent networks become more vulnerable with the increase in interdependence strength, which implies the importance of protecting those interconnected nodes to reduce the consequences of cascading failures. Interdependent networks are most vulnerable under high-load attack, which shows the significance of protecting high-load nodes.     

连环恐怖袭击下危险品运输网络级联失效建模

研究危险品运输网络在遭受恐怖袭击后的级联失效过程和性质有助于指导系统建设和提高其抗毁性能. 在分析危险品运输网络及恐怖袭击特性基础上，建立了双层危险品运输网络模型，通过定义网络的三种节点状态，分析了单次和连环袭击下的危险品运输网络级联失效过程，基于此，建立连环袭击下的危险品运输网络级联失效模型. 从“结果性”和“过程性”两个视角出发，提出网络抗毁性的评价测度“节点存活率”和“相对二次级联失效数”. 通过建立实例仿真场景和仿真流程，就不同袭击次数、不同节点的度及容量系数和不同规划方式对危险品运输网络级联失效特性的影响进行仿真，验证了模型的可行性，仿真结果为危险品运输网络的规划提供决策依据.     

基于级联失效的战域保障网络节点容量优化

通过分析战域保障网络的构造和特点,提出了基于级联失效的战域保障网络节点容量优化模型,进而研究了3种优化策略对级联失效抗毁性的影响:度升序优化策略、度降序优化策略、随机优化策略.结果表明按度降序策略优化约50%的节点可以有效提高战域保障网络级联失效抗毁性.     

军事信息栅格级联失效模型及鲁棒性策略研究

构建了军事信息栅格(military information grid,MIG)级联失效模型,深入分析MIG级联失效特性,并在此基础上提出了鲁棒性建设策略。基于相互依存网络理论分析模型,将MIG划分为通信基础网和信息服务网,改进了节点介数计算方法,突出了服务关系对通信流量的影响,并定义了节点失效判定准则,研究了失效节点通信负荷和信息服务负荷重分配规律及因此造成的失效传播原理。通过引入成本惩罚函数和砥柱节点的概念,构建数学模型,研究并提出了兼顾投入成本和抗毁效益的建设策略。仿真实验结果表明,少量砥柱节点能力的加强,即可有效提高全栅格体系的抗级联失效特性。