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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于非线性容量负载模型下电网的级联故障分析

首先基于IEEE118系统分别构建了具有电气特征的加权电网和只具有拓扑结构的无权电网。其次提出了一种非线性负载容量模型,利用该模型进行随机攻击的级联失效仿真,结果表明加权电网的容量参数的阈值较无权电网小,对级联失效的抗毁性更强。最后通过蓄意攻击发现,加权电网对权攻击的级联故障的抗毁性强于无权电网的度攻击。但是加权电网的介数攻击与无权电网类似,对级联故障的抗毁性较差;原因在于高介数节点为IEEE118系统中的变压器节点,对电网的传输十分重要,在实际电网中需要加强对其的保护。     

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.     

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。     

城市轨道交通网络鲁棒性分析

为保障城市轨道交通运输网络的安全运营,使城市轨道交通网络改、扩、建优化策略更具有针对性,提升网络抗毁能力。通过复杂网络理论构建城市轨道交通网络路网模型,该模型引入虚拟换乘边概念,便于准确地描述网络中边的权重,并通过提出改进的边权函数以及交通流动态分配原则,建立了网络级联失效模型。以郑州市城市轨道交通网络进行了实证分析,结果表明:改进后的城市轨道交通网络级联失效模型能更为准确地仿真网络级联失效过程;网络在选择性攻击和随机性攻击下选择性攻击网络所呈现的鲁棒性较差。可见对于城市轨道交通网络优化时,应该重视提升关键节点的鲁棒性,实现网络高效运转。     

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...     

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。     

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。     

带有邻居度信息的容量负载模型下电网级联故障研究

考虑节点及其邻居节点的度值信息,本文提出了一种全新的节点容量负载模型,并将其应用到美国西部电网等电网级联故障研究中。通过高负载攻击(HL攻击)和低负载攻击(LL攻击)2种方式来攻击电网,仿真实验表明,与传统的基于节点度的容量负载模型相比,改进负载模型的电网具有更好的鲁棒性和抗毁性。通过对受攻击节点的邻居度值和与其本身度值之比的研究,分析了本文所提容量负载模型可以减小网络级联故障规模的原因。     

基于复杂网络理论的中国航路网络抗毁性分析

为有效评估航路点或航段失效对中国航路网络的影响,运用复杂网络理论建立的网络抗毁性测度方法,对中国航路网络模型的结构、运行特性及其抗毁性进行了实证分析.结合航路网络结构特性,以最大连通子图尺寸、聚集系数、整体效能下降率为测度指标,采用不同的攻击策略,对中国航路网络的抗毁性进行仿真分析:航路网络的抗毁性由少数航路点和航段维系的,无论节点攻击还是边攻击,网络总体表现出对随机攻击策略的鲁棒性及蓄意攻击的脆弱性,且边的抗毁性高于节点的抗毁性.其中,对网络模型连通性影响最大航路点是恩施、南充、天门等介数值较大的航路点;针对度及介数进行的蓄意攻击,攻击航路点数量达到6%时,就能使中国航空网络效率下降至50%左右;同时基于边介数策略攻击效果最好,表现出脆弱性.     

一种基于战争网络的级联失效模型

通过研究复杂网络的级联失效问题,提出一种基于战争网络的级联失效模型:在已知攻击策略的前提下,如何分配防御兵力,使得最终未失守的阵地尽可能多;定义了基于度的全局攻击策略,给出一种可行的防御策略;通过在四种典型的复杂网络上进行模拟仿真,验证该模型的可行性与合理性,得到抗毁性能与网络拓扑结构之间的关系,为研究攻击防御网络和资产负债网络等提供一种有效方法.     

公交系统复杂网络抗毁行分析———以重庆市公交换乘网络为例

为揭示公交网络的复杂性及演化机理,本文利用复杂网络相关理论知识和PAJEK软件分析重庆市主城区公交复杂网络的抗毁性,选择随机攻击和蓄意攻击两种模式。随机攻击就是完全随机地删除网络中的节点,蓄意攻击就是从网络中按照度值由大到小的顺序删除节点。以重庆市公交换乘网为复杂网络模型,研究该模型受到这两类攻击后,用平均最短路径长度和平均集聚系数来描述网络的抗毁性,并绘制相关示意图,由此分析并得出结论:重庆市公交网络具有鲁棒而又脆弱的抗毁特性。
     

无标度网络级联失效模型的负载重分配

受实时网络中节点失效传播效应的影响,为防止失效情况的传播,有效避免网络崩溃现象的发生,提出一种改进的介数模型,并基于可控系数α定义节点的初始负载,同时由度和介数理论推导得出网络抗毁性相对较好的点α=0.6。通过在无标度网络上建模,比较在α0.6以及α0.6的条件下节点遭受攻击后的仿真结果,得出在α0.6的情况下,初始负载小的节点受到攻击,相应网络的生存性较攻击初始负载大的节点低。在α0.6的情况下,结果正好相反。而对于α=0.6的仿真情况,此时无论攻击哪种节点,网络都表现出较好的生存性。由此可以得出结论:在现实网络的规划中,将节点初始负载控制在α=0.6附近,可以保证网络在面对节点失效时,最大限度增强网络生存性和提高网络的抗毁性。     

不同信息条件下加权复杂网络抗毁性仿真研究

针对加权复杂网络的抗毁性分析问题,选取网络效率和网络鲁棒性作为抗毁性的度量指标,对加权网络在不同信息条件下抗毁性的变化进行数值仿真模拟.最后,对成本和性能约束下加权网络的抗毁性进行定量分析,给出不同信息条件下加权网络抗毁性的优化策略.结果表明:在基于局部拓扑信息的攻击策略下,权重系数越大,网络的抗毁性越强;在基于全局拓扑信息的攻击策略下,网络的抗毁性要优于基于局部信息的攻击策略,且权重系数为0.5的网络在攻击初始阶段抗毁性最强;另外,若能在攻击早期加大对节点的防护力度,则会大大降低对网络性能的影响.     

公交系统复杂网络抗毁性分析——以重庆市公交换乘网络为例

为揭示公交网络的复杂性及演化机理,本文利用复杂网络相关理论知识和PAJEK软件分析重庆市主城区公交复杂网络的抗毁性,选择随机攻击和蓄意攻击两种模式。随机攻击就是完全随机地删除网络中的节点,蓄意攻击就是从网络中按照度值由大到小的顺序删除节点。以重庆市公交换乘网为复杂网络模型,研究该模型受到这两类攻击后,用平均最短路径长度和平均集聚系数来描述网络的抗毁性,并绘制相关示意图,由此分析并得出结论:重庆市公交网络具有鲁棒而又脆弱的抗毁特性。     

输电线路OPGW光纤网络可靠性分析与设计

文章针对基于OPGW单芯光纤的输电线路监测系统网络的远距离、高带宽特点和低抗毁性的缺点,提出了一种基于多级级联技术的OPGW光纤网络的组网方法,给出了二级级联模式下系统失效的马尔科夫模型与概率计算公式,与单芯传输模式下的可靠性进行了分析对比,并分析了该模式下系统的抗毁性.采用多级级联技术的网络可靠性优于单芯传输模式,并且可靠性随着级联数的增加而提高.