对等网络的临界负载研究

不同于传统的网络拥塞研究方法,从拓扑属性节点介数出发,分析了网络拥塞与介数之间的关系,以排队论为模型,从理论上给出了导致网络拥塞的临界负载与网络拓扑属性介数的公式解.并且以Gnutella网络拓扑结构为模型进行了仿真实验,假设Gnutella网络中的网络流量由搜索请求和搜索响应构成,搜索请求采用k邻居随机路由方式.仿真结果不仅验证了公式解的正确性,而且证明了临界负载和介数之间的必然联系.     

网络失效条件下的北京市城市道路交通网络统计特征分析

为获知城市道路交通网络的结构和网络特性,根据实际的拓扑和交通流数据,采用原始法进行建模,将路口抽象为节点,将路段抽象为网络的连边,构建城市道路交通网络模型。通过MATLAB和pajek计算,分析了道路抽象、基础设施和动态交通3种网络的统计特征。对基础设施和动态交通网络的强度分布的分析,证实了北京市城市道路网络中的这两种网络均为无标度网络;通过计算基础设施网络的节点强度和介数等特征指标,获知了北京市城市道路的重要路口和路段。最后,仿真分析了3种网络在不同网络失效条件下的重要统计特征,结果表明北京市城市道路基础设施和动态交通网络既具有鲁棒性又具有脆弱性。     

基于输运模型的网络相变过程

 网络相变过程需重点关注网络上的总负荷数、网络上的消失负荷数、节点的排队负荷数等指标随单位时间进入网络的负荷数R 的变化规律。为此建立了无标度网络上的输运模型,用于定量计算这3 种负荷数的变化规律。仿真结果表明：最大介数节点最先产生拥堵,导致网络的进入和消失负荷数出现不平衡,进而导致网络进入拥堵状态;当R小于临界值R_c时,网络上的消失负荷数随R同步增长。当R超过临界值R_c时,消失负荷数与R的比值持续下降,表明随着R的增加,负荷到达目的地越来越困难。     

复杂动力网络结构的同步稳定性研究

分析了复杂动力网络的同步稳定性与其拓扑结构的关系,讨论了最近邻耦合网络、小世界网络和随机网络三种不同拓扑结构网络模型的同步稳定性,数值计算了对给定动力学方程的三种网络模型的最大横截李雅普诺夫指数,其结论与耦合结构矩阵的特征值分析相一致.     

一种基于区域划分和内容流行度的NDN缓存策略

针对命名网络中路由器缓存能力有限的问题,提出了一种基于区域划分和内容流行度的NDN缓存策略(CCNCP).该策略根据拓扑结构划分区域,并综合衡量节点重要性选出局部中心节点和全局中心节点;引入分类的内容流行度,合理地将不同流行度的内容缓存在不同重要度的节点.首先采用经典的GN算法进行社区划分.定义了度中心性、紧密中心性、介数中心性等中心性度量指标.然后建立了系统模型,给出了缓存策略.最后对Zachary空手道俱乐部网络的社团结构进行改编,并引入真实拓扑GARR,使用Icarus模拟器进行仿真试验.结果表明：CCNCP在2个不同网络结构中表现得最好;当参数S等于0.25时,CCNCP和第2好缓存策略ProbCache的缓存命中率、延迟、路径拉伸比分别为30.9%和26.8%、52.9和56.2 ms、0.584和0.617,前者比后者分别提高4.1%、降低5.9%、降低5.3%,可见CCNCP在3个指标上与现有的典型策略相比都具有显著优势.     

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.     

基于动态自适应性的语义对等网

 针对P2P网络的聚类性以及网络的逻辑拓扑与物理拓扑不匹配所造成的通信延迟增加、网络开销增大等问题,根据节点的物理位置及节点所包含信息的语义相似度,提出了一种3层结构的语义对等网模型。该模型基于节点物理位置与属性特征动态调整网络结构,自适应地改善自身的资源搜索性能。仿真结果显示,该P2P覆盖网能够以较低的查找时延和代价获得较高的查全率。     

互联网AS级拓扑中心化度量方法

针对如何能够在规模庞大、结构复杂的互联网AS级中准确而迅速地发现中心节点这一问题,展开对互联网AS级拓扑中心化度量方法的研究.应用三种现在普遍应用的中心化指标——度中心化、紧密度中心化、介数中心化,同时提出一种核中心化的度量法来度量网络中的高核数节点集合.采用节点删除法,通过删除某个节点对网络连通的破坏程度来度量网络中该节点的重要性.经研究发现紧密度中心化在互联网AS级度量上弱于度中心化和介数中心化指标;度中心化和介数中心化在攻击节点数小于0.5%时,有很强的相似性;核中心化度量方法非常适用于查找到网络中度值较高且连接紧密节点所构成的社团.     

基于遗传算法的传感器网络拓扑控制研究

无线传感器网络的首要设计目标是延长网络生命期,网络的拓扑控制是实现这一目标的支撑 基础。针对传统拓扑控制方案所获拓扑的连通冗余度高或结构健壮性低等弊端,将问题转化 为多判据最小生成树模型,提出了一种基于遗传算法的拓扑控制方案。仿真实验结果 表明,该方案可获得具有网络整体功耗低、结构健壮性高和节点间通信干扰小等特点的拓扑 结构,因而能够有效地延长传感器网络生命期。     

考虑节点失效和边失效的航空网络鲁棒性

运用复杂网络方法,构建无向加权航空网络模型,在分析其拓扑结构特性的基础上,提出一种考虑节点失效和边失效的航空网络鲁棒性评价策略,评估在不同攻击策略下网络的鲁棒性.研究结果表明,中国航空网络可以归类为小世界网络,且度分布近似幂率分布,符合复杂网络基本特征.当网络中大部分节点(机场)或边(航线)随机失效时,中国航空网络仍可以保持连接,具有较强的鲁棒性,而在蓄意攻击下,少数节点或边失效就会导致网络迅速瘫痪,鲁棒性较弱,且加权节点介数和加权边介数攻击对网络的破坏力较强.     

一类作为网络模型的可平面无标度图

无标度特性普遍存在于大量的实际网络和人造网络中.为了更好地研究这类无标度网络模型的拓扑性质和内在动力学,大量的模型被建立,如随机网络模型和确定性网络模型.鉴于以往确定性模型中的无标度指数都是唯一不变的常数,定义了一类具有广义自相似性的增长网络模型,分析了它的一些拓扑性质:平均度、聚集系数、直径、度分布、最多叶子生成树.得出该模型具有无标度特性和小世界效应,并且可以通过调整相应的参数来获得丰富的无标度指数.     

特种设备安全事故时间序列拓扑网络特征研究

 为揭示特种设备安全事故时间序列的非线性动力特征,以2005—2020年中国不同类型特种设备安全事故时间序列为对象,采用可视图法将特种设备安全事故时间序列转化为拓扑网络图,生成拓扑网络结构模型;利用拓扑网络理论分析节点度、网络密度、加权聚类系数、幂律指数、介数中心性等拓扑网络特征参数,挖掘特种设备事故发生的时间序列规律。结果表明：各类特种设备安全事故时间序列的拓扑网络具有小世界特性和无标度特性;拓扑网络的聚类系数均较大,社团结构明显;介数中心性越大的节点,对应年份发生事故概率越大。采用的拓扑网络分析方法能更简洁、直观地展示特种设备安全事故时间序列的拓扑网络结构,更全面地表征特种设备安全事故时间序列的非线性动力特征,可为特种设备安全事故预测提供理论基础。     

基于随机交叉机制的同步优化网络模型

在不改变网络度分布的前提下,采用随机交叉机制对网络的同步能力进行优化,提出了一种无标度网络的同步优化网络模型．在同步能力提高的过程中,观察网络匹配特性、聚类系数、特征路径长度和最大介数的变化趋势．仿真结果表明,对于类型Ⅰ无标度网络,最大介数与同步能力没有相关性,而对于类型Ⅱ无标度网络,最大介数随着同步能力的增加而减小．无论哪一种类型的无标度网络,网络同步能力增加时同配特性均降低．     

基于搜索效率的复杂网络多模型并行演化分析

很多真实的复杂网络呈现无标度性．但是,这些网络为什么在增长过程中遵从优先连接规则？现有研究尚未给出有力的解释．一个合理的猜想是：这些网络如果不遵从优先连接规则,则将处于不利的地位．为证实这一猜想,采用搜索效率作为评价指标,量化评价不同演化模型的优劣．首先提出一种新的复杂网络并行演化模式,使得同一网络中不同的局部遵从不同的演化模型,从而在统一的基础上比较不同演化模型搜索效率的优劣．以BA无标度网络、WS小世界网络和随机网络为基础,构建了异质复杂网络．其次,采用随机游走搜索策略和DS最大度搜索策略,比较遵从不同演化模型的异质子网的搜索效率,力图解释复杂网络中演化模式同质化的原因．实验发现一种“信息壁垒”现象,即处于劣势的网络模型,其所属节点很难被其他模型的节点访问到．实验结果表明：对于以搜索为重要功能的复杂网络,无标度网络具有最强的适应性,从而在一定程度上解释了无标度现象在众多现实复杂网络中存在的原因．     

复杂网络子图中心性分析

许多现实网络虽然具有小世界和无标度的全局结构特征,但可能具有非常不同的局部结构特征,子图从局部层次刻画了网络内部相互连接的特定模式.本文通过仿真分析的方法研究了ER随机网络、WS小世界网络和BA无标度网络模型的子图中心性的特点,得出了这三类网络模型的子图中心性与网络密度、重连概率和网络规模之间的关系.仿真结果表明,子图中心性能够刻画复杂网络的拓扑结构.     

基于复杂网络的城市路网可靠性分析

为分析城市路网中线路的重要程度,采用对偶拓扑方法,将路段抽象为节点,将交叉口抽象为网络边,对实际路网进行拓扑结构转换。应用复杂网络节点度、边介数等特征指标及网络可靠性指标评价城市路网结构特征。最后,分别在蓄意攻击和随机故障条件下,对济南市区路网的连通可靠性进行了实证研究。     

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.     

海上丝绸之路东南亚航运网络的复杂性分析

为推进海上丝绸之路战略的建设, 构建海上丝绸之路东南亚航运网络数据平台, 基于复杂网络理论的方法, 从节点的度及度中心性、接近度中心性和中介中心性等方面分析了海上丝绸之路东南亚航运网络特征. 结果表明: 海上丝绸之路东南亚航运网络具有较大的平均集聚系数和较小的平均路径长度, 度分布近似符合幂指数分布规律. 该网络具有小世界特性和无标度特性, 符合复杂网络特征. 在东南亚沿线港口中, 新加坡港、巴生港、丹戎帕拉帕斯港等港口的度及度中心性、接近度中心性和中介中心性值较大. 这些港口对于中国在“一带一路”中建设核心港口群具有重要的参考意义.     

Structural Properties of Complex Networks

When complex networks describe a wide range of systems in nature and society,it is increasingly recognized that the topology of real networks are governed by robust organizing principles.Here we discuss the structural metrics such as average path length,clustering coefficient and degree distribution,the main models covering random graphs,small-world and scale-free networks,the interplay between structural properties and the synchronization of complex networks.