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.     

基于任务时间约束的物流保障网络级联失效抗毁性建模与分析

建立物流保障网络的网络模型,确定保障任务时间约束条件,在此基础上提出物流保障网络级联失效抗毁性模型.通过一个物流保障网络实例,仿真分析任务时间约束对级联失效抗毁性的影响,结果表明任务持续时间对级联失效抗毁性有重要影响:当任务持续时间很短时,级联失效由单任务引起;当任务持续时间很长时,级联失效由多任务引起.     

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。     

基于可调负载重分配的复杂网络级联失效模型

针对现实网络上的负载重分配规则常常是介于全局分配与最近邻分配、均匀分配与极端非均匀分配的特点, 提出了一种可调负载重分配范围与负载重分配异质性的复杂网络级联失效模型, 并分析了该模型在无标度网络上的级联失效条件. 解析与仿真结果表明, 合理调节负载重分配的范围、负载重分配的异质性可以显著提高复杂网络抵御级联失效的抗毁性.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。