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。     

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。     

基于非线性和剩余容量的网络级联失效模型

深入研究网络级联失效理论建模对分析、预防和控制级联失效有重要的理论和现实意义.借鉴已有网络级联失效理论模型的研究成果,提出了一种更符合实际网络并且更实用的级联失效模型.通过在三种典型复杂网络上分别进行数值仿真,得出该模型在抵制级联失效上比以往的模型具有更强的抗毁性.同时比较了这三类网络在该模型不同参数下抵制级联失效的抗毁性,为日后选取合适的网络拓扑结构和与之匹配的可调参数值提供了借鉴意义.     

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。     

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.     

基于复杂网络的指挥控制级联失效模型研究

复杂网络中由微小扰动触发的级联失效故障会导致系统大面积崩溃的灾难性后果,对其进行理论建模是研究复杂网络级联失效的基础和关键.在分析指挥控制级联失效机理的基础上,建立起指挥控制级联失效模型,并就不同条件下指挥控制的级联失效特征变化进行了定量分析,验证了模型的科学性和有效性,从而为研究级联失效对指挥控制的影响提供了新的研究思路和方法.     

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...     

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.     

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.     

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。     

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。     

基于不对称依赖的相依网络级联故障分析

针对已有关于相依网络级联故障研究中未考虑有向依赖边的问题,展开了基于不对称依赖的相依网络级联故障分析,构建了基于负载-容量的级联故障模型,提出基于连通分量的相依网络鲁棒性测度方法,开展了不同网络组合、耦合方式、容忍系数和移除比例在不同攻击模式下的网络鲁棒性研究。结果表明,随机攻击模式下不对称相依网络鲁棒性与以往研究结论类似,蓄意攻击模式下不对称相依网络鲁棒性则取决于攻击范围和容忍系数的大小。通过一则作战网络示例分析证明了所提方法的实际应用价值,对完善相依网络理论研究具有一定的参考意义。