基于动态信息的级联失效负载重分配策略

为解决级联失效网络负载重分配问题,提出了一种将网络局部信息和动态信息相结合的负载动态重分配策略.该策略根据节点的度与节点实时处理能力计算节点权重,并以此依次进行负载重分配;同时,按一定比例选取失效节点暂停工作,其负载重新分配进程相应停止.在BA无标度网络、WS小世界网络和ER随机网络上的仿真结果表明,在一定的参数条件下,相对于介数分配策略与度数分配策略,动态重分配策略通过降低网络整体负载率、优化网络实时流分布缓解级联失效的效果更为明显.     

基于节点修复效果的故障路网修复策略

路网发生大规模拥堵时,应制定交通疏导策略有效地疏散交通。基于道路交通网络级联失效,提出了一种拥堵路网的修复策略。首先建立节点失效、节点修复效果的评价指标,然后依据失效节点修复效果后路网阻塞程度指标对节点重要度进行排序,最后按照节点重要度排序制定修复策略和路网失效节点的修复流程。试验结果表明,与节点的随机修复策略和基于节点度的节点修复策略相比,本研究提出的基于修复效果的节点修复策略更能有效地疏散交通。     

高速铁路成网条件下跨城市群客流输送模式

中国高速铁路网络日益完善，城市群数量明显增多且辐射范围逐渐扩大，现有客流输送模式难以满足旅客出行需求，需研究在高速铁路成网条件下满足旅客跨城市群出行的客流输送模式。该文基于改进MNL(multinational logit)模型计算不同输送模式客流损失率，构建基于跨城市群出行选择的高速铁路网络化客流输送模式优化模型。针对模型中精准识别网络核心节点、客流中转换乘的问题，分别提出基于熵权TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)的网络节点测度算法、基于网络中心性的中转换乘模式选取算法。选取节点测度值在0.15以上的22座城市构成的网络代表全局路网，实例结果表明：基于跨城市群出行选择的高速铁路网络化客流输送模式客流直达率提高11.54%,列车开行数量减少90列。     

基于节点重要度动态评估的复杂网络级联失效分析

级联失效前的评估和检测是预防和控制级联失效现象的关键,对充分把握整个网络系统的稳定运行至关重要。为深入探究级联失效传播过程的内在机理,提出一种考虑网络动态特性的节点重要度评估模型;在此基础上,采用一种更符合真实复杂系统的非线性容量负载模型,利用该模型进行不同攻击策略下的级联失效仿真,以网络的最大连通子图比例为测度量化网络抵御级联失效的抗毁性,仿真结果表明,节点41所在的广安市与节点55所在的重庆市,无论是在静态节点重要度评估,还是动态节点重要度评估下,均是成渝铁路网络中最关键的节点;此外,不考虑级联失效情况下,在网络的静态拓扑结构中,节点的度中心性更能代表节点的关键程度;而在动态的网络拓扑结构中,节点的介数中心性更能代表节点的重要性,与度值攻击相比,采用重要度攻击策略能以更快的速度击溃网络;考虑级联失效情况下,与其他攻击策略比较,采用重要度攻击策略时,在级联失效的作用下,仅攻击2个节点,网络便会迅速崩溃,验证了节点重要度动态评估模型的有效性;同时探讨了网络在不同模型参数下抵御级联失效的抗毁性,实验结果表明,在一定范围内提高负载系数、容量系数可以有效提高网络抵制级联失效的抗毁性;受网络拓扑结构和攻击策略的影响,需设置较大的节点容量,来预防网络的级联失效。     

基于节点状态的中南地区民航网络级联失效

随着中国各类突发事件的频繁发生,为保障民航交通网络的安全运营,使民航网络在不断动态演化过程中保持较强的网络抗毁能力,通过复杂网络理论构建民航网络级联失效模型,该模型根据级联失效现象下民航网络节点的变化情况,构建了一种基于节点状态的民航网络容量-负载级联失效模型,模型中的网络节点包含"正常-失效-暂停"三种状态.以中南地区民航网络为例进行了实证分析.结果 表明:改进后的民航网络级联失效模型能更为准确地仿真网络级联失效过程;网络在选择性攻击下所呈现的鲁棒性较差.针对仿真结果分析,对于民航网络优化时,应该重视提升网络关键节点的鲁棒性,可有效提升网络的安全运行.     

城市群多模式交通网络结构韧性分析——以关中平原城市群为例

为分析城市群多模式交通网络应对攻击时的韧性变化特征，该文基于复杂网络理论和韧性城市理论，构建了考虑吸收能力、缓冲能力和可恢复能力3个维度的网络结构韧性评估模型，并通过空间向量模计算网络结构韧性值。基于关中平原城市群城际公路、铁路客运数据构建了城市群客运网络，并借助空间网络分析工具ArcGis和Ucinet探讨城市群多模式交通网络的拓扑特征；考虑节点位置及其与周边地区交通的联系，提出了基于节点重要度的典型节点选取方法。结果表明：典型节点受到攻击后，网络的缓冲能力都处于较低状态，尤其是蔡家坡站点失效后，网络缓冲能力下降到0.388 9;节点度大的站点失效后，网络恢复到正常状态的能力差；普铁站和高铁站失效后对网络结构韧性的影响远大于公路客运站；结合典型节点特征和模拟结果，可针对性地提出网络结构韧性提升建议。     

基于多关系网络模型的级联失效研究

针对目前网络级联失效研究未涉及多关系网络的问题,根据多子网复合网络模型构建多关系网络,采用负载—容量模型研究多关系网络级联失效现象。考察不同影响因素下,节点之间的关系强度和关系类型对网络级联失效规模的影响。研究结果表明,根据关系类型调整关系强度比例系数,可有效提高网络的鲁棒性。     

风险扩散下城市群多模式交通网络的韧性演化

深入分析风险扩散阶段城市群多模式交通网络的动态韧性演化特征，有助于提高城市群风险抵御能力。本研究基于复杂网络理论及其扩展理论，以城市群公路、铁路、航空网络为基础，构建城市群多模式多层次交通网络模型，将节点度、节点介数与可达性相匹配，分析其风险扩散下的静态拓扑特征；以级联失效动力学理论为基础，考虑不同阶段节点初始风险水平、风险预警阈值与风险抵御能力，根据影响风险扩散的节点与连边测度指标，构建风险动态扩散模型；考虑风险冲击下结构、功能变化特征，构建网络结构、功能韧性测度模型，并通过其耦合值表征多模式交通网络韧性性能。以关中平原城市群多模式交通网络为研究对象，运用Python Networkx和Matlab网络分析工具，就不同的风险扩散方式、网络可靠性、冗余性、鲁棒性和节点风险处理能力系数，对风险扩散阶段城市群多模式交通网络的动态韧性演化进行仿真分析。结果表明：模型结果与实际相符，提升网络可靠性、冗余性、鲁棒性和节点风险处理能力，能有效增强网络韧性；相较于基于节点测度的风险扩散方式，基于连边测度的风险扩散方式对韧性性能影响更大，说明线路层次等级分布相较于数量对城市群多模式交通网络的韧性性能影...     

面向级联失效的复杂层次网络可靠性

为深入研究现代军事复杂网络在级联失效下的可靠性,基于复杂网络的小世界效应、无标度特性和层次模块性,通过网络模块复制迭代方式,构建复杂层次网络模型;在不完全信息条件下,提出一种失效节点负荷局部再分配模型,利用网络连通熵作为网络连通性指标,建立复杂层次网络级联失效模型.研究结果表明:存在一个容限系数的最小阈值,当网络中的容限系数大于该阈值时,任意一个底层叶节点失效均不会导致网络发生级联失效,同时可以通过增加网络模块内部连接程度的方式提高网络可靠性.     

加权BA网络负荷重分配建模及级联抗毁性研究

增强复杂网络在级联故障下的抗毁性具有重要的现实意义。文中考虑了网络中边之间的差异性,基于BA无标度网络模型构建了加权BA无标度网络模型,对负荷重分配策略进行建模,分析了分配过程中局部规模大小对网络抗毁性的影响,确定出了最佳负荷重分配策略,并研究了蓄意攻击条件下采取不同负荷重分配策略时重要网络参数对网络抗毁性的影响。仿真结果表明,局部规模越小、权重系数越小、平均度越大,网络的抗毁性越强,且采用就近局部负荷重分配策略时网络抗毁性始终高于采用就近全局负荷重分配策略时网络的抗毁性。研究结果可为提高复杂系统的级联抗毁性提供理论参考。     

加权BA网络负荷重分配建模及级联抗毁性

增强复杂网络在级联故障下的抗毁性具有重要的实际应用意义。在考虑了网络中边之间的差异性,基于BA无标度网络模型构建了加权BA无标度网络模型,对负荷重分配策略进行建模,分析了分配过程中局部规模大小对网络抗毁性的影响,确定出了最佳负荷重分配策略,并研究了蓄意攻击条件下采取不同负荷重分配策略时重要网络参数对网络抗毁性的影响。仿真结果表明,局部规模越小、权重系数越小、平均度越大,网络的抗毁性越强,且采用就近局部负荷重分配策略时网络抗毁性始终高于采用就近全局负荷重分配策略时网络的抗毁性。研究结果可为提高复杂系统的级联抗毁性提供理论参考。     

网络故障边的权重优化分配与比例分配策略比较分析

边的故障可通过级联效应给网络带来灾难性后果.如何减弱或避免故障带来的影响成为目前研究的重点.当网络中某边出现故障后,需对故障边的边权进行分配,该文提出一种优化分配模型,模型中考虑了对点权大的节点的保护,常用的比例分配方案是优化分配模型的一个可行解.实例分析表明,采用优化分配策略有时可完全避免级联失效的发生,并指出不同的攻击策略下,易选取不同的故障边边权分配方案.     

相依网络在不同攻击策略下的鲁棒性

相依网络的鲁棒性是网络科学研究的重点问题之一,目前很多重要的工作都致力于这一问题的研究.基于此,系统研究了相依网络在几种蓄意攻击策略下的级联失效过程,发现了同时考虑两个网络中相依节点度的特性比考虑单侧网络节点度的特性的攻击策略更有效.研究成果不但有助于理解相依网络级联失效的过程,而且为找到相依网络的弱点并进行有效的保护和攻击提供了有益的提示.     

加权电网级联失效的动力学行为

根据实际IEEE118节点系统建立了加权电网的物理模型,考虑网络的电气特征,提出了基于负载容量模式下的级联失效动力学模型,同时理论推导容忍参数和系统调整系数之间的关系,并借助数值仿真验证了理论结果,进而研究了不同攻击方式对电网动力学弹性的影响.研究结果表明,不同攻击策略下加权电网的容量参数取值相差较大.     

欠载级联失效对网络抗毁性的影响——以生鲜农产品供应链网络为例

为探究“断链”引发的欠载级联失效对生鲜农产品供应链网络综合抗毁性的影响,本文首先在复杂网络理论基础上构建生鲜农产品供应链基础网络,随后从企业初始库存、库存容量上下限、企业欠载失效概率、企业库存分流机制、企业应急恢复措施5个方面对级联失效过程进行刻画,提出了一种综合考虑生鲜运输效率和新鲜度损耗的欠载级联失效模型。通过随机攻击和蓄意攻击两种破坏方式对网络节点和边的抗毁性进行仿真分析,结果表明：在随机攻击模式下,生鲜农产品供应链网络的边比企业节点更容易受欠载失效影响;在蓄意攻击模式下,过度中心化的合作模式反而会降低网络的节点抗毁性,但对边流通性影响不明显;存在最优的库存保障投入和风险恢复投入理论区间,且增加企业风险恢复投入更有利于提升网络的综合抗毁性。针对仿真结果分析,对于生鲜农产品供应链网络优化时,应着重从企业的风险抵抗能力和去中心化的合作模式入手,可有效提升网络的稳定性。     

城市复杂地铁网络级联失效抗毁性分析

为全面分析了解地铁网络抗毁性问题,保障地铁网络安全平稳运行。采用复杂网络级联失效理论对城市地铁网络抗毁性进行研究。以北京地铁网络为例,构建北京地铁网络级联失效模型,通过MATLAB软件实现级联失效模型的仿真运算,对比分析不同节点攻击策略北京地铁网络抗毁性。仿真结果表明:随机攻击策略对地铁网络破坏性相对较小,而面临节点重要度和介数的两种蓄意攻击策略时,地铁网络抗毁性较弱。并进一步为地铁网络建设以及运营管理提供理论支持。     

边定向方法对随机网络抵制级联故障鲁棒性的影响

针对复杂网络抵制级联故障的鲁棒性问题,考虑节点权重和边的方向,通过扩展经典的全局介数方法定义节点负载,提出了新的随机网络级联故障模型.应用三种边方向确定策略,在具有单向边和双向边的随机网络上探讨了级联故障行为,分析了全局负载分布机制下定向边对网络抵制级联攻击鲁棒性的影响.仿真结果表明,对于随机网络,所使用的边定向方法均可以使得网络更加鲁棒.但是,不同的边方向确定策略和单向边比例对随机网络抵制级联故障鲁棒性的优化效果影响不大.     

韧性交通枢纽中突发大客流疏散优化研究

提升交通枢纽的韧性以应对突发大客流给交通运输系统带来的压力至关重要。基于交通枢纽的内部设施布局，将客流在其内的疏散备选路径抽象为由节点和路段构成的网络图。从改变客流疏散路径角度出发，当发生突发大客流时，考虑开启平时不开放的应急通道用于疏散客流。在已知各起讫点之间的客流量以及客流疏散备选路径的条件下，以最小化客流疏散时间与开启应急通道的广义成本为优化目标，建立客流疏散优化模型，并设计混沌蚁群算法对模型进行求解，得到客流疏散的优化方案。最后以北京南站为案例验证模型与算法，结果显示，在发生突发大客流时，开启合适位置和数量的应急通道可以有效缩短客流疏散时间。该研究从交通枢纽内部的规划布局与客流疏散优化角度，为城市交通枢纽的韧性提升提供了理论支撑。     

城市轨道交通网络突发事件影响客流量的计算

城市轨道交通网络发生突发事件而造成临时性中断后,因列车运行延误具有传递性和扩散性,此时各相关车站会形成延误客流、绕行客流及损失客流.引入图论的方法建立城市轨道交通网络局部中断评价模型;再结合轨道网络单位时段内各站点间的起讫点出行分布历史或预测矩阵,得到了在各个受影响站点的各种受影响客流的评价模型.根据这些模型可以得到网络节点破坏后各相关站点随着时间的推移而不断变化的受影响客流量、绕行客流量、拥堵客流量、延误客流量、损失客流量、损失时间等参数.通过对上海轨道交通的局部网络的分析计算,证明了该应急处置参考模型的有效性.     

BA无标度通信网络的级联故障研究

研究了通信网络在不同通信负载下的鲁棒性问题.采用BA无标度网络作为通信网络模型,采用大度节点优先的局域结构路由策略,研究了网络在自由畅通态的级联故障.仿真研究表明:网络的鲁棒性、平均效率随网络中信息产生速率的增加而减小;当网络处于临界拥塞态时,攻击网络中10％的节点,网络中会有约50％的节点由于级联而失效,攻击网络中20％的节点就会使网络的效率变为零;当网络中节点负荷较轻时,攻击网络中40％～50％的最大度节点也可使得整个网络崩溃.