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.     

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.     

交通运输网络级联失效影响规律及影响范围

基于耦合映像格子模型,研究了交通运输网络路段级联失效的规律并给出了预测交通运输网络路段级联失效影响范围的算法流程。基于耦合映像格子,建立了交通运输网络的级联失效模型,结合交通运输网络的特征,分析了相应的耦合映像格子模型中的参数,通过仿真分析了不同的网络拓扑结构、不同的路段移除方式与不同的外部扰动,以及不同的耦合强度对网络级联失效的影响规律。结果表明:最容易造成网络级联失效的是饱和度和节点度组合最大的节点;外部扰动R越大,网络越容易发生级联失效,当外部扰动R的值大于某个阈值之后,网络就会发生级联失效;耦合强度ε越大,网络也越容易发生级联失效,当耦合强度ε的值大于某个阈值之后,网络也会发生级联失效。最后,给出交通运输网络失效传播范围的预测算法流程,并用Transmodeler软件对实际路网进行仿真分析说明了算法的有效性。     

蓄意攻击策略下危险品运输网络级联失效仿真

在构建危险品运输网络级联失效模型的基础上,通过控制模型参数,研究了危险品运输网络级联失效特性及不同蓄意攻击策略对网络级联失效的影响。基于大连市危险品道路运输网络特征值,构建了基于WS小世界网络的危险品运输复杂网络生成算法;提出了具有时间阶段特性并带有可调参数的节点初始负载模型,确定了"失效"节点负载分配的择优分配概率模型和节点容量模型,并利用节点负载动态分配概率值,动态描述节点"正常""暂停"和"失效"三种状态,从而构建危险品运输网络级联失效机制模型;以网络级联失效平均规模和相变临界值作为网络抗毁性度量,通过构建两种蓄意攻击策略,对比研究了不同攻击策略对危险品运输网络级联失效抗毁性的影响。仿真结果及理论分析表明:1)构建的危险品运输网络级联失效模型是有效的;2)节点容量系数、过载承受能力调节参数和网络平均节点的度对蓄意攻击策略的变化是不敏感的,但通过提高它们的取值,能够有效降低网络级联失效平均规模,提高网络抗毁性;3)对于节点度的降序攻击策略,可调参数越小,网络抗毁性越强,但对于节点度的升序攻击策略,可调参数越大,网络抗毁性越强,且两种攻击策略下的相变临界值曲线在可调参数为0.5处相交。这些结论为防范蓄意攻击策略的制定提供理论依据。     

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。     

基于可调负载重分配的复杂网络级联失效模型

针对现实网络上的负载重分配规则常常是介于全局分配与最近邻分配、均匀分配与极端非均匀分配的特点, 提出了一种可调负载重分配范围与负载重分配异质性的复杂网络级联失效模型, 并分析了该模型在无标度网络上的级联失效条件. 解析与仿真结果表明, 合理调节负载重分配的范围、负载重分配的异质性可以显著提高复杂网络抵御级联失效的抗毁性.     

过载及欠载情形下产业链网络风险级联失效的建模与仿真

产业链网络内外存在各种风险,例如经营风险、自然风险、COVID-19等,一旦企业因风险失效会导致产业链的级联失效.因此,首先针对产业链特性,利用有向加权无标度网络算法生成产业链网络.考虑到企业针对风险有一定的冗余能力,而且存在应急恢复机制,基于负载容量模型,提出了一种考虑过载和欠载状态的产业链网络级联失效模型.模型考虑...     

基于灾害蔓延动力学的生命线系统级联失效建模

基于复杂网络上灾害蔓延动力学理论,在考虑了生命线网络结构特征的基础之上,建立生命线网络级联失效模型。利用相邻模糊标度法进行权重分配,计算各种节点连接方式的关联度。从生命线网络中各节点的关联度入手,考察生命线网络级联失效规模受网络结构特征和各节点连接方式的影响情况。实验结果表明,不同节点连接形式下,网络级联失效规模明显不同,说明节点关联度是造成生命线系统灾害蔓延的重要原因。     

节点相依失效下的方格网络可靠性建模与分析

以二维方格网络为拓扑结构,在考虑同一地理区域节点存在共因失效关系、同一类节点存在关联失效关系、网络体系结构存在协议层与层之间的级联失效关系等3 种依赖关系的条件下,建立失效概率的依赖模型来模拟节点相依失效。以节点之间连通的概率为可靠性测度,利用Monte Carlo 法进行近似计算,分析依赖关系对网络可靠性的影响。研究表明,级联失效比共因失效带给网络可靠性的影响更大;关联失效带来的影响是灾难性的,尽管节点自身失效概率很小,只要关联程度足够大,就会使节点故障在网络中快速传播。     

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。     

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.     

复杂网络上的传播模型研究

伴随着复杂网络领域出现的研究热潮,对复杂网络上的传播现象进行研究已成为重要课题。本文首先对复杂网络基本概念和网络模型作了介绍,在此基础上分析了经典的传播模型以及不同网络上的传播阈值,最后对不同网络上传播动力学的研究进展作了说明。综述了学者们对复杂网络上传播模型的研究,特别是在结构和演化方面取得的进展。     

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.     

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.     

考虑时间特性的城市群客运网络抗毁性研究

城市群综合客运网络级联失效抗毁性研究,有助于提高城际出行的安全性及运输效率。为了更加贴近实际情况,基于多层复杂网络理论与实际客流构建城市群综合客运网络模型,以单位时间为步长建立考虑时间特性的客运网络级联失效抗毁性模型,提出时空两维度的评价指标进而分析每个时段的网络情况。以呼包鄂榆城市群为实例,研究结果表明：过载能力调节参数值为1.2时网络抗毁性较强,并且随着过载能力调节参数的加大,对网络抗毁性的改善并不明显;负载调节参数值大于1.2时,网络抗毁性明显变差。     

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。     

基于贝叶斯学习的复杂系统研制风险演化分析

大型复杂装备的系统结构和研制流程呈现网络化特征,研究风险演化机理有助于控制风险、降低复杂性.通过系统动态过程建模仿真获取数据样本,运用贝叶斯学习从仿真数据样本中提炼风险演化网络,识别不同风险等级的节点之间存在的关联关系,降低了仅凭经验构建风险网络的主观性.对贝叶斯学习获得的风险网络进行概率推理,在总体高风险等级下计算风险网络节点的风险后验概率分布,进而确定风险演化关键节点和传播链路.最后,通过与复杂网络特征指标评估下的静态特征进行对比分析,研究风险网络动态特征与静态特征的差异性,结果表明网络结构特征和风险传播的动态特征共同决定了风险演化关键节点和传播链路.