网络信息体系双层异质相依网络模型鲁棒性

网络信息体系(networked information system of system, NISoS)是构建新体制下联合作战武器装备体系的基础支撑。针对NISoS结构模型单一和鲁棒性评估指标粗糙等问题, 首先基于复杂相依网络理论分析了体系结构特征和级联衰退过程, 构建了体系双层异质相依网络模型(two-layer heterogeneous interdependent network model, THINM); 其次借鉴现代循环作战理论提出基于信息驱动链网融合(C-SDI link number and network scale, C-SDILNNS)指标的网络信息体系鲁棒性评估方法; 最后对比分析了不同失效策略和评估指标下的网络信息体系鲁棒性能。仿真结果表明, THINM能够较好反映网络信息体系结构特征, 通过C-SDILNNS指标可以精细刻画多种攻击方式和攻击强度下的体系鲁棒性。     

基于复杂网络视角的航空通信网络鲁棒性分析

针对军事航空通信网络会遭敌攻击的实际情况,引入了一种不完全信息条件下的复杂网络攻击模型,分析了该模型在航空通信网络上的级联失效原理,并给出了航空通信网络的鲁棒性度量方法。最后,通过设置不同的不完全信息攻击模型参数和级联失效参数,对航空通信网络鲁棒性进行了仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于局域路由的复杂通信网络级联动力学建模

为了更好地探讨复杂网络抵制级联故障的鲁棒性,提出一种带有可调参数的局域拥塞感知路由策略,并构建了一种级联模型。依据新的度量网络抵制级联故障鲁棒性指标,探讨了复杂异质网络由蓄意攻击而引发的级联行为。仿真结果表明,在局域路由下,存在路由参数最优值使得网络达到最强鲁棒性,而且,网络鲁棒性分别与拥塞信息时间延迟以及网络规模负相关。此外,当包产生率大时,相比于全局路由,局域路由使得网络鲁棒性更强。     

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。     

路由器级Internet网络静态鲁棒性研究及其优化

基于目前对Internet网络的研究范围主要局限于自治域级的现状,对路由器级的Internet网络进行了拓扑建模研究,计算了两个网络的相关统计特性,提出了一个新的影响力指标来衡量网络的鲁棒性,对网络在随机故障下的临界点进行了实证研究,恶意攻击采用了基于度和介数的攻击,最后针对恶意攻击下的节点失效方式进行了保证成本不变的网络拓扑优化来提高网络在该攻击方式下的鲁棒性。     

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。     

地铁建设对公交系统鲁棒性的影响北大核心CSCD

为提高城市公交系统的鲁棒性,制定了基于换乘的加边策略。以济南市公交-地铁复合网络为例,研究了网络的特性参数和鲁棒性,并提出基于换乘的加边策略提高网络鲁棒性。研究表明:复合网络具有小世界和无标度网络特性;网络在蓄意攻击下比随机攻击更具脆弱性;在介数攻击下,高度加边策略对网络鲁棒性提升较为显著,使网络瘫痪时被攻击站点比例提升50.46%;在随机攻击和度攻击下,高介数加边策略对网络鲁棒性提升较为显著,使被攻击站点比例分别提升23.35%和39.81%。     

基于复杂网络的空铁复合网络的鲁棒性研究

运用复杂网络方法,对中国高铁-民航复合网络进行了网络拓扑特性与鲁棒性分析。分析结果表明,高铁-民航复合网络及其子网络都是具有无标度特性的小世界网络;高铁-民航复合网络在蓄意攻击模式下的鲁棒性较差,而在随机性攻击模式下的鲁棒性较强;无论是随机性攻击还是蓄意攻击,复合网络的鲁棒性都优于高铁子网络和航空子网络。     

节点相依失效下的方格网络可靠性建模与分析

以二维方格网络为拓扑结构,在考虑同一地理区域节点存在共因失效关系、同一类节点存在关联失效关系、网络体系结构存在协议层与层之间的级联失效关系等3 种依赖关系的条件下,建立失效概率的依赖模型来模拟节点相依失效。以节点之间连通的概率为可靠性测度,利用Monte Carlo 法进行近似计算,分析依赖关系对网络可靠性的影响。研究表明,级联失效比共因失效带给网络可靠性的影响更大;关联失效带来的影响是灾难性的,尽管节点自身失效概率很小,只要关联程度足够大,就会使节点故障在网络中快速传播。     

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.     

考虑级联失效的C4ISR系统结构动态鲁棒性度量方法

在分析动态鲁棒性概念的基础上,提出了一种考虑级联失效的C⁴ISR系统结构动态鲁棒性度量方法,该方法结合不完全信息的攻击模型,设计了C⁴ISR系统结构级联失效的过程模型和动态鲁棒性值的计算方法,最后通过某一区域联合防空系统结构的案例对本文的动态鲁棒性度量方法进行仿真验证,仿真的结果证明了本文所提方法的有效性。     

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。     

基于关联分布函数的相互依赖网络脆弱性分析

首先综述了国内外互依网络级联脆性的研究现状,分析目前研究取得的成果与问题,而后在此基础上,针对目前研究的薄弱环节——互依网络之间的关联机制与关联机理进行了深入分析与重点研究,构建了基于关联分布函数的相互依赖网络脆弱性分析模型,并给出了互依网络脆弱性评估的六类判据。最后,给出了研究结论与建议。     

Cascading failure of complex networks based on load local preferential redistribution rule北大核心CSCD

To better explore the universal robustness against cascading failures on complex networks, closely focusing on the load which is the most important physical quantity that can affect the spread of cascading failure, and dynamic process after a node fails, a cascading failure model with tunable parameters is proposed based on the local characteristic of node. With this model we study the cascading failure condition of ER and BA networks, and obtain the formula of phase transition point theoretically. The relationship between the robustness against cascading failures on complex networks and parameters in the model, including the topology parameters, the initial load coefficient, and the redistribution coefficient, is discussed numerically. In addition, theoretical results also are verified by the simulation results of the ER and BA networks. ©, 2015, The Journal Agency of Complex Systems and Complexity Science. All right reserved.     

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。