复杂网络抗毁性研究进展

随着复杂网络研究的兴起,复杂网络抗毁性研究的重大理论意义和应用价值日益突显出来,成为极其重要而且富有挑战性的前沿科研课题.本文总结综述了国防科技大学信息系统与管理学院在复杂网络抗毁性领域取得的研究进展,具体包括:研究了不完全信息条件下复杂网络拓扑结构抗毁性;提出了复杂网络拓扑结构抗毁性的谱测度方法;分析了3种结构属性对复杂网络拓扑结构抗毁性的影响;提出了基于禁忌搜索的复杂网络拓扑结构抗毁性仿真优化方法.     

基于复杂网络的危险品运输网络抗毁性测度分析

在构建危险品运输网络模型的基础上,采用复杂网络理论对该网络模型抗毁性测度及特性进行研究。首先,根据网络模型的配送特性,提出"网络风险效率"和"最大连通度"抗毁性测度;接着,通过建立危险品运输网络介数模型和对道路网络节点和边的随机和蓄意攻击,描述网络模型的流量和拓扑特性,继而构建基于复杂网络理论的危险品运输网络抗毁性研究框架。实验结果表明:本文构建的抗毁性测度可以很好表征危险品运输网络的抗毁性能水平,且网络抗毁性是由少数节点和边维系的;无论节点攻击还是边攻击,网络均表现出对随机攻击的鲁棒性和蓄意攻击的脆弱性,故抗毁特性更接近于无标度网络,且边的抗毁性高于节点的抗毁性;此外,在攻击较多节点和边时,度攻击的抗毁性较弱,且网络配送的可达性优于风险值增长水平。     

战术移动点对点Ad-Hoc作战单元拓扑重构

由于建筑物或地形遮挡等因素,分布式地面战术移动点对点Ad-Hoc作战单元节点脱网时有发生,造成网络分裂,作战任务不能很好地遂行.为此,提出采用拓扑机器人来监视网络拓扑,拓扑机器人节点周期性发送拓扑探测消息收集网络拓扑状态,计算网络节点重要性,调整重要度最小的拓扑机器人节点,优化和重构当前拓扑,提高抗毁性.结合数值计算与网络仿真,验证拓扑机器人带来的网络抗毁性的提升.结果表明采取拓扑机器人来优化拓扑,可以有效地提高网络的抗毁性.     

移动智能体网络的优化功率控制及同步

从网络拓扑结构连通性与网络整体同步行为的内在关联出发,提出一种移动智能体网络的功率控制策略.首先确定满足网络拓扑结构连通的最小感知半径;其次以提高整个移动智能体网络的拓扑结构抗毁性为优化目标提出一种代价函数,在最大功率限制下的最大感知半径及保证连通的最小感知半径的范围内采用粒子群优化算法(PSO)予以优化,寻求同时满足网络连通性与抗毁性需求的个体感知半径;随后基于该控制策略,以个体感知邻域内运动方向偏差最大的2个邻居个体运动方向的中值作为个体下一时刻的运动方向,研究了移动智能体网络的快速同步问题.仿真结果表明:通过调节个体感知半径,移动智能体网络的功率控制和抗毁性能得到了提高.     

基于随机失效率的网络抗毁性评价方法

由于对复杂网络的拓扑结构知之甚少,其抗毁性测度的研究一直是个比较困难的问题。从网络连通性的角度出发,在随机失效率的前提下对网络的抗毁性测度进行定义。并分别在只有选择性攻击和随机性攻击的情况下验证所提的全网连通度的有效性,进一步对无标度网络和随机网络的抗毁性能进行比较和分析。结果表明考虑了随机失效率的网络抗毁度定义更加确切有效。     

通信网络抗毁性的评价方法

基于多抗毁性度量值的评估技术,以作战运用的视角,对通信网络的抗毁性进行评价.首先,从通信网络抗毁性的定义出发,构建了通信网络拓扑结构的抗毁性评价模型.在所建模型中,选取了用户较为关心的网络抗毁性量度,方差的引入弥补了以往的量度不能体现个体差异的不足.其次,采取的点打击策略没有按度的大小进行打击,而是取路径中出现次数最多的点进行打击,这更符合实际情况.最后利用模型对实例进行了分析,结果表明模型不仅能够评价通信网络拓扑结构的抗毁性,而且还能指出网络结构需要优化的地方.     

电力通信网络边扩充二分算法

随着智能电网的发展,电力通信系统自动交换光网络(ASON)的网架结构日趋复杂,拓扑优化方法成为保证可靠通信、提升网络健壮性的首要关键技术.为此,对电力通信ASON网络拓扑优化问题建模,并提出一种以代数连通度为测度的网络边扩充优化二分算法.通过理论证明赋权图的拉普拉斯矩阵对应特征方程式的单调性,进而采用二分算法快速求解该单调非线性特征方程式的根,确定最优边扩充策略.仿真结果表明在链路失效时,网络边扩充优化二分算法能够以O(4mn lb(???))低复杂度找到精确解,降低端到端通信路径长度,提升网络效能函数.     

基于级联失效的复杂网络抗毁性

传统的复杂网络抗毁性研究主要基于网络静态连通性,而忽视了网络动态特征。该文在网络动态性基础上,研究级联失效条件下复杂网络的抗毁性能,对ER随机网络模型、BA无标度网络模型和PFP互联网拓扑模型这三种模型在不同攻击策略下的抗毁性进行了对比分析和仿真实验。实验结果表明：在随机攻击下,ER网络表现最为脆弱,而BA网络的抗毁性...     

危险品事故背景下城市交通网络级联失效抗毁性研究

为了研究危险品事故背景下城市交通网络的抗毁性,首先基于复杂网络理论构建城市交通复杂网络;其次,通过对危险品事故发生后城市交通网络级联失效现象的分析,构建抗毁性测度,建立网络级联失效模型;最后,通过仿真对城市交通网络的抗毁性进行评价,验证模型的适用性。结果表明:节点的毗邻方式不同,随着节点容量系数变化,网络抗毁性的变化趋势呈现很大差异,并且,城市交通网络抗毁性具有与节点容量系数相关的跃变特性。     

基于信息流的军事通信网络抗毁性优化设计

为了保证军事通信网络发挥保障军事组织中信息流顺利传输的基本作用,详细描述了基于信息流的军事通信网络抗毁性优化设计问题.在此基础上定义了基于信息流的军事通信网络抗毁性测度,建立了成本约束下的军事通信网络抗毁性优化设计模型,提出了基于禁忌搜索的模型求解算法.最后结合具体的军事通信网络抗毁性优化设计案例,对所提方法进行了实验验证.结果表明:该方法不仅可行有效,而且具有较好的稳定性和时效性.     

矿井通风网络系统复杂性特征及其抗毁性研究

针对通风网络拓扑结构对通风系统安全可靠性的影响,利用复杂网络理论构建矿井通风系统有向网络模型,研究通风网络的基本拓扑性质。针对兴隆庄煤矿,通风网络节点的入度和出度都呈现幂律分布,网络呈现无标度网络特性。在此基础上将强连通分量、弱连通分量和网络效率作为度量指标分析网络抗毁性能,以攻击节点和边的方式进行随机攻击和选择性攻击,结果表明有向通风网络在随机攻击下具有较强的鲁棒性,但对选择性攻击十分脆弱。     

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。     

考虑网络韧性的三级轴辐式物流网络模型及算法研究

为了实现城市物流运作的集约化，并尽可能降低因突发事件导致的物流供需中断，以物流节点定位和通道布局为落脚点，研究了三级轴辐式物流网络的多目标规划。考虑轴辐式网络的结构约束、多级节点间的连通关系限制，以多级轴辐点选址、轴辐点间的连通关系及强度为决策变量，以网络建设成本最小和网络韧性度最大为目标函数，构建三级轴辐式物流网络模型。结合模型的特点设计了具有双层结构的遗传算法，其中外层为三段编码结构的小生境Pareto遗传算法，用于求解多目标规划，内层为0-1编码的遗传算法，用于求解网络韧性度。以某区域14个节点城市作为案例，验证模型及算法的有效性，并将优化结果与两类传统的单目标物流网络进行了比较。研究结果表明：双层遗传算法能够有效求解三级轴辐式物流网络规划模型；选取案例计算得到的Pareto最优解参与比较分析，优化结果与传统三级轴辐式物流网络相比，网络韧性度提高了6倍，但网络建设成本也随之增加；与单纯以韧性度最大化为优化目标的物流网络相比，网络建设成本降低了7倍，网络韧性度也随之降低。可见提出的双目标三级轴辐式物流网络模型实现了网络建设成本和网络韧性度间的均衡，对于追求具备一定抗毁性能的轴辐式物流网络规划人员，具有参考和应用价值。     

北京市应急避难场所网络构建及抗毁性研究

为了探究城市既成应急避难场所布局合理性问题,本文基于复杂网络理论,构建北京市应急避难场所网络模型,从网络总体布局、拓扑特征和社团划分方面进行分析。研究表明北京市应急避难场所网络度分布不具有无标度特性,识别出了对网络连通起重要控制作用的关键避难场所。通过不同形式的攻击模式探究网络的抗毁性,明确各应急避难场在复杂网络中的地位,为场所设施的合理化升级和网络抗毁性的强化建设提供参考。     

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。     

管制空域复杂网络模型构建及抗毁性分析

为分析现有管制空域的结构特性与面对多种真实情况下的抗毁性,从空中交通管制的角度出发,以管制空域的最小单位扇区为基础,构建复杂网络模型,并以介数、紧密中心性等拓扑特性参数计算方法筛选关键扇区,以聚类系数、度、度分布等参数来反映空域内部的连接情况。通过4种能反映不同真实情况的攻击策略对模型进行抗毁性测试。最终结果显示：扇区网络在维持扇区连接结构上表现出较好的抗毁性,而在维持网络运行效率和保障航空器通行能力上抗毁性不佳。