考虑概率型共因失效的多阶段任务系统可靠性分析模型

针对多阶段任务系统(phased-mission system, PMS)任务可靠性受概率型共因失效(probabilistic common cause failure, PCCF)影响的问题, 提出一种基于贝叶斯网络(Bayesian network, BN)的PCCF-PMS分析模型。首先, 研究基于BN的PMS表征方法, 建立不考虑共因失效的PMS基础BN模型, 即PMS-BN。其次, 构建共因空间节点, 并研究在共因空间节点影响下系统模型参数的修正方法。最后, 引入共因节点对PMS-BN模型进行扩展, 实现考虑共因失效影响的PMS可靠性量化分析。以地球同步轨道卫星的首次变轨任务为例说明所提模型的正确性, 分析结果表明, 共因失效问题对于PMS的可靠性存在显著影响。PCCF-PMS模型能够综合处理受概率型与确定型共因失效影响的PMS可靠性分析问题。所提模型适用于共因事件间呈独立、互斥、统计相关等统计关系的情况, 且网络模型规模可控。     

一种基于介数的双层复杂网络级联失效模型

针对单层网络级联失效模型难以有效分析层状网络抗毁性的问题,基于介数分析法,研究了面向双层网络的级联失效模型。分析了网络两个层面之间信息(或能量)交互以及级联失效时的影响关系,并通过定义交互强度因子改进了节点介数计算方法,突出了节点业务对网络流量的影响。重设节点失效判定准则和负荷重分配准则,使网络两个层面在级联失效分析过程中得到关联。最后,仿真实验验证了模型有效性和可行性。     

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。     

基于Bayes network含失效节点的网络可靠性评估

针对Bayes network (BN)能很好地表示变量的不确定性和相关性, 并能直接进行不确定性推理的优势, 提出了基于BN含失效节点的网络可靠性评估方法. 建模方面, 给出了通过节点分割去环构建有向无环图及条件概率表的具体方法; 推理方面, 通过节点消隐, 减小BN规模, 有效降低推理复杂度. 分析了算法复杂度, 并通过算例证明了算法的有效性和适用性. 由于BN建模及推理的灵活性, 该方法可研究同时含节点失效、共因失效的网络可靠性, 况且通过BN推理除得到网络失效概率和部件重要度外, 还可得到网络失效条件下任一部件失效或者共因失效发生的概率, 为故障诊断和维护提供指导.     

供电和供水系统关联失效动力学模型及修复策略

将供电和供水系统抽象为异质网络,依据节点间功能传输关系,构建关联失效动力学模型,研究关联作用条件下,节点失效的动力学演化特征。综合考虑供电、供水机构收益损失、修复费用和电、水缺失造成的用户损失,建立了修复策略规划模型,并应用多阶段决策和遗传算法提出求解最优策略的一般方法。仿真结果表明,少量节点物理失效极易引起大量节点功能失效;相同物理失效发生在不同时刻,造成的损失存在差异,对应最优修复策略不同。     

基于节点负载容忍度的相依网络鲁棒性研究

提高节点的负载容忍度可提高相依网络的鲁棒性,合理的负载冗余策略有助于降低成本。为研究相依网络节点负载容忍度与相依网络鲁棒性之间的关系及影响容忍度的因素,定义了节点负载容忍度和高容忍度节点比例两个参数,对负载失效和相依失效作用下相依网络的级联失效过程进行分析。结果表明在一定相依网络鲁棒性下负载容忍度存在上下两个阈值,且平均度是影响阈值大小的主要因素,同时证实了提高部分节点的负载容忍度也能提高相依网络的鲁棒性,可为设计相依网络系统提供借鉴。     

容量均匀分布的物流保障网络级联失效抗毁性

分析了物流保障网络的特点,发现物流保障网络具有节点度分布均匀、节点之间连接的随机性、节点的负载差异性小、节点的容量在一定区间内随机分布等属性.在此基础上建立了度均匀随机分布的网络模型和级联失效抗毁性模型,应用概率母函数的方法解析地推导了网络级联崩溃的临界值,并通过计算机仿真验证了解析方法的正确性和可行性.     

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。     

基于灾害蔓延动力学的生命线系统级联失效建模

基于复杂网络上灾害蔓延动力学理论,在考虑了生命线网络结构特征的基础之上,建立生命线网络级联失效模型。利用相邻模糊标度法进行权重分配,计算各种节点连接方式的关联度。从生命线网络中各节点的关联度入手,考察生命线网络级联失效规模受网络结构特征和各节点连接方式的影响情况。实验结果表明,不同节点连接形式下,网络级联失效规模明显不同,说明节点关联度是造成生命线系统灾害蔓延的重要原因。     

过载及欠载情形下产业链网络风险级联失效的建模与仿真

产业链网络内外存在各种风险,例如经营风险、自然风险、COVID-19等,一旦企业因风险失效会导致产业链的级联失效。因此,首先针对产业链特性,利用有向加权无标度网络算法生成产业链网络。考虑到企业针对风险有一定的冗余能力,而且存在应急恢复机制,基于负载容量模型,提出了一种考虑过载和欠载状态的产业链网络级联失效模型。模型考虑了企业的风险预警能力与管控能力,从初始负载、节点容量、节点过载/欠载、失效负载重分配、应急恢复机制五个方面进行刻画。通过对产业链网络进行数值仿真发现:风险预警投入与管控投入均存在一个有效区间,且产业链网络的稳定性受风险预警投入影响更显著。     

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。     

基于随机行走介数的级联失效模型

将随机行走介数引入级联失效模型,提出了基于随机行走介数的级联失效模型,该模型较基于介数的级联失效模型更加符合实际情况。为了研究该模型的特性,针对无标度网络和随机网络,运用仿真方法,将其与基于介数的级联失效模型进行了比较。通过对两组共4个无标度网络模型和两个随机网络模型的仿真,发现基于随机行走介数的级联失效模型的节点介数相对较小,不同节点间介数大小的差距也较小,并分析了得到上述仿真结果的原因。     

加权网络的级联故障建模及其抗毁性分析

考虑权重因素,建立了加权网络的级联故障模型,其中初始负荷定义为节点强度的函数且其分布通过控制参数α可调,当节点故障时其负荷通过一定的规则分配给邻居节点。研究表明,级联抗毁性的度量指标必须同时考虑权重和拓扑结构的因素,否则将可能高估故障的严重程度。在BBV（Barrat Barthélemy Vespignani）网络的框架内,得出如下结论：当α＞1时,攻击负荷大的节点更容易引发大规模级联故障;而当α＜1时,攻击负荷小的节点更容易导致网络的瘫痪;且BBV模型参数δ与网络级联抗毁性负相关。最后从不同角度对上述结论进行了理论分析和仿真说明。     

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。     

物流保障网络级联失效临界抗毁性

针对军事决策者所关心的"物流保障网络抗毁性"与"物流保障网络负载临界值"的问题进行了研究,首先分析了物流保障网络的特点,建立了度均匀随机分布的网络模型和负载局部扩展的级联失效抗毁性模型,并运用了多维分支过程方法求解网络级联失效的临界值。研究发现:容量均匀分布的物流保障网络中,当网络负载超过临界负载时,一个随机故障将引起网络瘫痪。最后通过一个仿真实例分析了物流保障网络节点最大度分别为5、6、8、10、12时的级联失效抗毁性临界值,并给出了仿真结果与解析推导存在误差的原因。     

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。     

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。     

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.