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。     

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。     

不同攻击模式下中国航路网络抗毁性研究

运用复杂网络理论,分别对随机攻击模式和蓄意攻击模式下中国航路网络的抗毁性进行分析.分析两种攻击模式下最大连通子图的大小、聚集系数、平均度以及最大度的变化.结果表明:在随机攻击模式下,最大连通子图的大小更适合用来衡量一个网络的抗毁性;而当采用蓄意攻击时,度值攻击可以有效反映网络的抗毁性;中国航路网络具有随机攻击下抗毁性较强,而面对蓄意攻击抗毁性偏弱的特性.     

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。     

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。     

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。     

基于FLD算法的南昌市老城区公交网络的优化研究

为了研究城市道路遭受攻击而出现拥堵时所呈现的特性,把现实中的城市道路抽象成复杂网络,利用FLD算法对其体现的特征进行仿真分析,结果表明:公交路网在遭受针对性和随机性攻击时均具有一定的稳定性,但当网络中的失效节点达到一定比例时,遭受针对性攻击时的路网会在极短时间内断裂所有连边从而导致网络迅速崩溃。在此研究的基础上,分析了南昌市老城区交通路网的几个拓扑特征并相应地提出了四点可行性的优化建议,结果表明优化后的路网具有更高的通达性和抗毁性,对保持城市交通的畅通性具有一定的现实意义。     

基于介度熵的复杂网络节点重要度识别方法

现有复杂网络通常会受到随机攻击和蓄意攻击,导致复杂网络拓扑结构的可靠性性能下降.为了解决以上问题,基于图熵,结合节点的介数中心性和其所有邻居节点的度中心性,提出一种新的攻击策略,即介度熵( BE),用来识别网络中的重要节点并加以保护.实验分别通过静态攻击和动态攻击来评估攻击策略在3个标准网络模型和3个真实网络上的效率,通过比较,介度熵比传统的攻击策略具有更高的攻击效率.     

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。     

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.     

基于复杂网络的路网连通可靠性仿真研究

运用复杂网络理论研究不同应急状态下城市路网的连通可靠性.针对恐怖袭击、交通堵塞和自然灾害三种应急状态,开发出三类路网失效算法,并以长春市某区路网为例进行仿真.研究结果表明交通堵塞的连通可靠性变化介于随机故障与蓄意袭击之间,且路网效率变化具有突变规律,通过对关键节点的识别和保护,可以改善路网应急状态下的连通可靠性.     

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。     

网络结构鲁棒性指标及应用研究

为了更好地测度网络抵御破坏的能力,基于网络连通和恢复能力提出了连接鲁棒性和恢复鲁棒性两种指标.运用这两种指标,以网络规模为500,取20次独立实验的均值,对ER随机网络、规则网络、BA无标度网络以及WS小世界网络4种典型网络结构进行仿真.实验结果表明:ER随机网络对于恶意攻击的鲁棒性要优于其他3种网络;BA无标度网络仅节点恢复鲁棒性较好,边恢复鲁棒性和连接鲁棒性最差;规则网络拥有很好的连接鲁棒性但恢复鲁棒性最差;WS小世界网络受其参数影响,鲁棒性介于ER随机网络和规则网络之间.同时还发现,网络结构鲁棒性的下降随着去除节点个数的增加和网络结构参数的改变而呈现出一定的"涌现"现象.     

具恢复机制的相依电力-信息网络连锁故障传播

为了研究具有恢复机制的电力-信息网络连锁故障传播,基于相依网络理论,建立了IEEE300节点系统电力网与双星型结构信息网的电力-信息相依网络模型.分析复杂网络统计特征参数可知,电力网和信息网均具有小世界和无标度特性.利用相依电力-信息网络的连锁故障模型,对BA,WS和ER 3种不同的相互依存网络进行鲁棒性分析,提出了一种具有恢复机制的相依网络连锁故障传播模型.仿真结果表明,与目标恢复机制和随机恢复机制相比,依赖恢复机制的恢复级别更高,而且这种优势随着故障阈值的减少而提高.