基于复杂网络的指挥控制级联失效模型研究

复杂网络中由微小扰动触发的级联失效故障会导致系统大面积崩溃的灾难性后果,对其进行理论建模是研究复杂网络级联失效的基础和关键.在分析指挥控制级联失效机理的基础上,建立起指挥控制级联失效模型,并就不同条件下指挥控制的级联失效特征变化进行了定量分析,验证了模型的科学性和有效性,从而为研究级联失效对指挥控制的影响提供了新的研究思路和方法.     

复杂网络上级联失效的负载容量模型

研究复杂网络上级联失效的过程和性质有助于指导系统建设并提高其鲁棒性能。在分析和总结相关工作的基础上,提出了一种更符合实际网络的负载容量非线性模型。通过在B-A无标度网络和Internet AS级网络上进行仿真,验证了模型的可行性,并且发现模型参数在一定条件下具有负指数关系。考察网络成本和鲁棒性关系,发现该模型能够更好的抵御级联失效,并且在获得较高鲁棒性能的情况下有较小的投资成本。     

基于级联失效的战域保障网络节点容量优化

通过分析战域保障网络的构造和特点,提出了基于级联失效的战域保障网络节点容量优化模型,进而研究了3种优化策略对级联失效抗毁性的影响:度升序优化策略、度降序优化策略、随机优化策略.结果表明按度降序策略优化约50%的节点可以有效提高战域保障网络级联失效抗毁性.     

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。     

基于负载最近邻偏好分配的复杂网络连锁效应

为深入研究复杂网络抵制连锁故障的鲁棒性,围绕影响连锁故障传播的最重要物理量负荷,基于负荷最近邻偏好分配的原则对节点崩溃后的动力学过程进行建模。基于该模型对ER随机网络和BA无标度网络模型的连锁故障条件进行解析分析,推导了网络免疫连锁故障的临界值公式,数值模拟获得了复杂网络抵制连锁故障的鲁棒性与网络模型拓扑参数的关系以及负荷初始强度参数和负荷分配系数对网络连锁故障的影响,并对解析分析的结果进行了验证。     

物流保障网络级联失效临界抗毁性

针对军事决策者所关心的"物流保障网络抗毁性"与"物流保障网络负载临界值"的问题进行了研究,首先分析了物流保障网络的特点,建立了度均匀随机分布的网络模型和负载局部扩展的级联失效抗毁性模型,并运用了多维分支过程方法求解网络级联失效的临界值。研究发现:容量均匀分布的物流保障网络中,当网络负载超过临界负载时,一个随机故障将引起网络瘫痪。最后通过一个仿真实例分析了物流保障网络节点最大度分别为5、6、8、10、12时的级联失效抗毁性临界值,并给出了仿真结果与解析推导存在误差的原因。     

基于非线性和剩余容量的网络级联失效模型

深入研究网络级联失效理论建模对分析、预防和控制级联失效有重要的理论和现实意义.借鉴已有网络级联失效理论模型的研究成果,提出了一种更符合实际网络并且更实用的级联失效模型.通过在三种典型复杂网络上分别进行数值仿真,得出该模型在抵制级联失效上比以往的模型具有更强的抗毁性.同时比较了这三类网络在该模型不同参数下抵制级联失效的抗毁性,为日后选取合适的网络拓扑结构和与之匹配的可调参数值提供了借鉴意义.     

容量均匀分布的物流保障网络级联失效抗毁性

分析了物流保障网络的特点,发现物流保障网络具有节点度分布均匀、节点之间连接的随机性、节点的负载差异性小、节点的容量在一定区间内随机分布等属性.在此基础上建立了度均匀随机分布的网络模型和级联失效抗毁性模型,应用概率母函数的方法解析地推导了网络级联崩溃的临界值,并通过计算机仿真验证了解析方法的正确性和可行性.     

基于任务时间约束的物流保障网络级联失效抗毁性建模与分析

建立物流保障网络的网络模型,确定保障任务时间约束条件,在此基础上提出物流保障网络级联失效抗毁性模型.通过一个物流保障网络实例,仿真分析任务时间约束对级联失效抗毁性的影响,结果表明任务持续时间对级联失效抗毁性有重要影响:当任务持续时间很短时,级联失效由单任务引起;当任务持续时间很长时,级联失效由多任务引起.     

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。     

基于复杂网络视角的航空通信网络鲁棒性分析

针对军事航空通信网络会遭敌攻击的实际情况,引入了一种不完全信息条件下的复杂网络攻击模型,分析了该模型在航空通信网络上的级联失效原理,并给出了航空通信网络的鲁棒性度量方法。最后,通过设置不同的不完全信息攻击模型参数和级联失效参数,对航空通信网络鲁棒性进行了仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

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。     

基于加权网络结构熵的电网连锁故障研究

为研究大规模互联电网连锁故障的发生机理,选取输电线路的电抗值作为线路权重,建立电网加权拓扑模型,定义综合考虑节点和边差异性的加权网络拓扑模型结构熵的概念,以此描述故障演化过程中电网拓扑结构的不均衡性。对新英格兰39节点系统和IEEE118节点系统动态仿真实验说明,在连锁故障中,结构熵值的变化规律能较好地表征连锁故障的传播特性,同时结构熵值越小,系统损失负荷越多。     

基于不对称依赖的相依网络级联故障分析

针对已有关于相依网络级联故障研究中未考虑有向依赖边的问题,展开了基于不对称依赖的相依网络级联故障分析,构建了基于负载-容量的级联故障模型,提出基于连通分量的相依网络鲁棒性测度方法,开展了不同网络组合、耦合方式、容忍系数和移除比例在不同攻击模式下的网络鲁棒性研究。结果表明,随机攻击模式下不对称相依网络鲁棒性与以往研究结论类似,蓄意攻击模式下不对称相依网络鲁棒性则取决于攻击范围和容忍系数的大小。通过一则作战网络示例分析证明了所提方法的实际应用价值,对完善相依网络理论研究具有一定的参考意义。     

加权无标度网络级联抗毁性研究

通过引入一种改进的非线性负载容量模型,对加权无标度网络的级联抗毁性进行了深入研究.采用标准化崩塌规模为度量指标,在局部加权负载重分配准则下,对权重系数、容量参数以及网络密度等参量对网络级联抗毁性的影响进行了数值仿真模拟.结果表明,网络的级联抗毁性随着权重系数θ的增大而降低,在θ≤0.3时网络具有较强的抗毁性,这与线性模型中的结论是截然不同的;网络的级联抗毁性随着容量参数的增大而增强,且在权重系数确定的情况下,存在最优参数组合使得网络具有最强的级联抗毁性.最后,对成本和性能约束下加权无标度网络的级联抗毁性进行了定量分析.     

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。     

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.