基于复杂网络抗毁性与ADMPDE算法的网络拓扑结构优化

复杂网络抗毁性研究的重要内容之一,就是优化网络拓扑结构。在分析常用复杂网络抗毁性测度不足基础上,提出了以自然连通度为复杂网络抗毁性测度,建立了其拓扑结构优化模型;综合运用ADMPDE算法收敛好、寻优速度快等优点,通过适当改进用于求解复杂网络拓扑结构优化模型。通过仿真分析,验证了复杂网络拓扑优化模型及其求解算法的科学性与可行性,得出了拓扑优化过程网络结构变化一般性规律,并分析了网络拓扑结构优化前后,在不同攻击策略下复杂网络抗毁攻击能力。     

中国客运航线网络结构特性与抗毁性

通过复杂网络理论对全国航线网络进行了研究。以度分布、聚类系数、平均路径长度和节点重要性指标等为依据,分析中国航线网络的基本性质以及近年来的演化,得到航线网络的变化特点。在此基础上探讨网络结构的抗毁性,由最大连通子图节点比例指标可以明显看出介数排序攻击的效果更好,更能反映整个网络的连通状况和网络性能。最后,将Louvain算法应用于中国航线网络结构的划分,结果显示结构划分与地域有明显关系。     

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。     

一种大概率强连通鲁棒性的无线传感器网络构造算法

针对无线传感器网络的软硬件必须具备鲁棒性、抗毁性和容错性的特点提出了一个具有大概率强连通鲁棒性的无线传感器网络构造算法并进行了仿真分析.该构造算法不仅具备WSN所要求的鲁棒性、抗毁性,而且也兼顾到传感器节点能量保护和网络功率控制.     

一种空间信息网络抗毁分析的新方法

在下一代网络中,空间信息网络将在提供长距离、全覆盖的互联网服务方面发挥越来越重要的作用。未来的大多数网络将是混合型的——通过卫星链路将太空、临近空间和陆地上的节点连接起来。安全是空间信息网络的一个重要问题,因为此类网络容易受到大量攻击,包括窃听、会话劫持、数据损坏和分割攻击等。本文讨论了空间信息网络中可能发生的各种安全攻击,并概述了现有的网络抗毁性分析的不同解决方案。以分割攻击为背景,提出了一种基于复杂网络节点重要性和图卷积网络节点分类的网络抗毁性评估方案。通过简单网络和真实的空间信息网络进行抗毁性评估实验,结果表明,提出的评估方案具有良好的区分度和准确性。     

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。     

无线自组网可生存性保证的拓扑控制

为了解决频繁发生的自然故障和恶意攻击引起的无线自组网可生存问题,根据无线自组网的特点,分析图的连通度大小对网络拓扑结构特性和应用服务质量的影响,在此基础上结合网络可生存概念,提出面向网络可生存的容错拓扑控制设计策略。通过理论和实验求得保证网络多连通的关键邻居数,并提出一种基于邻居数的拓扑控制算法k2TC,当节点失效时,及时维护其他节点度等于或略小于阈值k。该分布式算法能构建并维护容错拓扑结构,算法简单且开销小。仿真结果表明:在节点出现失效时,新算法能够保证网络的抗毁性和有效性,使得无线自组网具有可生存的能力。     

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。     

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。
     

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。     

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。     

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。     

动态WMN无线网格网抗毁性及仿真

在动态WMN无线网格网络模型中建立了刻画网络节点连通性状的邻接矩阵,提出了基于广度优先搜索法的网络连通判定算法和抗毁率计算方法,通过随机试验模拟了动态WMN无线网格网络节点受毁的情况,计算了与时间相关的网络抗毁率,验证了动态WMN无线网格网络的高抗毁性.     

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.     

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.     

基于改进的NSGA-II的卫星星座构型分层优化策略

针对卫星星座系统一体化设计方法运算开销庞大的缺陷,提出了卫星星座构型分层优化策略,其核心是改进了非支配排序算法的非劣性分层遗传算法(NSGA-II).新的非支配排序算法结合了Jensen的递归方法和快速排序法的优点,其鲁棒性优于递归方法和快速排序法,改进的NS-GA-II算法其计算复杂度O(MNlog N)也远小于原NSGA-II算法的O(MN2).最后,将新的优化策略用于区域导航卫星星座构型的优化设计,并利用Matlab和Satellite Tool Kit(STK)对星座进行了仿真.仿真结果表明,设计的导航星座位置定位精度平均值达到2.73,采用新的优化策略的运算开销为采用原优化策略的13.3%,大大降低了卫星星座构型优化设计的运算开销,为卫星星座系统一体化设计方法的实用化建立了良好的基础.     

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。     

无线传感器网络DV-Hop定位算法研究

针对无线传感器网络无需测距定位算法中典型的DV-Hop算法在不同参数设置时存在定位误差及定位时间差异较大的问题，分别分析并仿真了对定位误差和定位时间有较大影响的节点个数、网络平均连通度及监测区域等几个重要参数，考虑到无线传感器网络能量及成本的限制，通过仿真结果分析得出，网络平均连通度和节点个数分别对DV-Hop算法的定位精度及定位时间起主导作用。理论分析与仿真结果表明，在不同监测区域内，在确保DV-Hop算法低能量消耗的基础上，参数优化后的算法有效地降低了节点的定位误差。     

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.     

基于QoS测度的电力通信网的抗毁性

根据电力业务的QoS要求,提出了基于业务特征指标的电力通信网抗毁性评估方法.该方法考虑业务传输有效性的多项指标,对业务QoS指标与重要度进行有效融合,以此为基础构建了网络抗毁性评估模型.对不同攻击方式下的电力通信网抗毁性进行了分析,结果表明,网络最优攻击和贪婪攻击下的抗毁性较差,且业务在各链路上分布得越集中,网络的抗毁性越差.以仿真结果为基础,利用动态更新链路权值实现了负载均衡,提高了网络抗毁性.