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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于拓扑维护的自适应多信道OLSR路由协议

OLSR是一种应用于无线移动Ad hoc网络的基于链路状态机制的先应式路由协议。在OLSR中,网络拓扑的动态变化会使节点掌握的拓扑信息失效,从而导致路由表项不全,影响路由性能。针对上述问题,提出了一种基于拓扑维护的自适应多信道路由协议MOLSR-TM,该协议把拓扑维护状况感知和自适应算法引入OLSR,以调整HELLO控制消息的发送频率和邻居记录表、拓扑记录表的刷新频率。性能分析和仿真结果表明,MOLSR-TM能改善节点的拓扑维护状况,增强动态拓扑适应能力,提高数据成功率、端到端时延和网络吞吐率等性能。     

基于加权路由策略的复杂网络拥塞控制研究

复杂网络的最短路由策略易导致网络吞吐量低,流量分布不均,在关键节点处产生拥塞.本文提出一种基于加权路由策略的拥塞控制机制,用节点的介数作为节点边的权重,将网络变成加权网络,数据包按加权网络最短路径路由.介数的计算采用基于区域中心节点近似估算法,降低了介数计算的复杂度.仿真结果表明,加权路由策略能有效避开拥塞程度严重的节点,克服了介数较大节点成为网络传输瓶颈的问题,显著改善了网络的拥塞情况,提高了网络的吞吐量和传输能力.     

A new cascading failure model with delay time in congested complex networks

Cascading failures often occur in congested complex networks. Cascading failures can be expressed as a three-phase process: generation, diffusion, and dissipation of congestion. Different from the betweenness centrality, a congestion function is proposed to represent the extent of congestion on a given node. Inspired by the restart process of a node, we introduce the concept of “delay time,” during which the overloaded node cannot receive or forward any traffic, so an intergradation between permanent removal and nonremoval is built and the flexibility of the presented model is demonstrated. Considering the connectivity of a network before and after cascading failures is not cracked because the overloaded node are not removed from network permanently in our model, a new evaluation function of network efficiency is also proposed to measure the damage caused by cascading failures. Finally, we investigate the effects of network structure and size, delay time, processing ability, and traffic generation speed on congestion propagation. Cascading processes composed of three phases and some factors affecting cascade propagation are uncovered as well.     

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。     

延迟容忍网络中基于社会属性的负载感知路由

延迟容忍网络中采用中心性作为路由尺度会使部分节点承载过多的网络流量。针对这一问题,提出了一种基于社会属性的负载感知路由算法。使用节点的介数中心性（betweenness centrality, BC）和相似性两个社会属性指标以及节点的负载状况作为选择中继节点的依据,避免了消息传播能力强的节点产生严重的拥塞,均衡了网络流量。仿真结果表明,该算法能够提高网络的交付比率,减小网络的开销。     

Promoting Metro Operation Safety by Exploring Metro Operation Accident Network

Understanding the causation of accidents is essential to promote metro operation safety.In terms of 243 reported metro operation accident cases in China, a directed weighted network was constructed based on complex network theory, where nodes and directed edges denotes factors and event chains respectively. To reveal the key causal factors, the topological characteristics of metro operation accident network(MOAN) were analyzed from both global and local views. The results show that facility-type factors are more closely related to the occurrence of the accidents from the perspectives of average path length and cascading effects. Accident types like train delay and train suspension are the great risk recipients. Key causal factors with large out-degree, out-strength, betweenness centrality and cluster coefficient, such as communication and signal failure, vehicle failure and piling into the train should be noticed. The research framework proposed in the paper is not only applicable to China's metro operation system, but also appropriate for other transportation system safety studies.     

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.     

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。