复杂网络抗毁性测度研究

复杂网络通常面临两种打击：随机性打击和选择性打击，随机网络和无标度网络对这两种损伤的抗毁性有很大差异．针对复杂网络的特点，首先给出了复杂网络连通性的一个新测度——连通系数．在此基础之上，给出了抗毁性测度的新定义，针对复杂网络面临的两种不同损伤，给出了复杂网络抗毁性的两个新测度——容错度和抗攻击度，并以世界贸易网为例进行了网络抗毁性分析．最后对复杂网络抗毁性研究的思路进行了探讨，指出从网络拓扑结构出发，研究拓扑结构的各种属性对网络抗毁性的影响，这将是复杂网络抗毁性研究的一个有效而新颖的思路．     

复杂网络抗毁性研究综述

自从小世界效应和无标度特性发现以来，复杂网络的研究在过去几年得到了迅速发展，其中复杂网络的抗毁性是研究焦点之一。本文首先从抗毁性分析、抗毁性优化两个方面详细综述了目前复杂网络抗毁性研究的进展。最后对复杂网络抗毁性研究存在的问题和未来发展的趋势进行了总结和展望。     

复杂网络抗毁性优化问题的研究

本文总结了近年来的一些研究成果,从拓扑结构、链路容量优化、路由策略优化的角度研究了抗毁性优化的问题,以期对以后的研究有一定的启示。     

基于自然连通度的复杂网络抗毁性分析

以自然连通度为抗毁性谱测度指标,详细分析了度分布、小世界性、度关联性3种典型复杂网络结构属性对复杂网络抗毁性的影响:通过混合择优模型构造不同度分布复杂网络,研究了度分布对抗毁性的影响,研究表明在相同条件下,度分布越不均匀抗毁性越强;从规则环状格子出发,通过保度随机重连和自由随机重连研究了小世界性对抗毁性的影响,研究表明复杂网络拓扑结构的抗毁性与小世界性并不存在必然的相关性;通过保度同配重连和保度异配重连研究了度关联性对抗毁性的影响,研究表明同配网络比异配网络的抗毁性更强。     

基于复杂网络的作战网络模型抗毁性研究

在构建作战网络模型的基础上,采用复杂网络理论对该网络模型进行抗毁性研究。通过网络模型中作战环数量的变化,分析了网络模型的鲁棒性和脆弱性。以舰艇编队作战网络为例进行仿真实验,通过对各类边进行模拟攻击,得出了各类边数量与作战环数量的定量关系,实验结果表明决策器之间的连接对作战网络的抗毁性最为敏感。     

基于复杂网络的危险品运输网络抗毁性仿真

通过构建危险品运输超网络模型,分析了网络之间的相互作用和影响,继而建立了危险品运输网络模型生成方式;通过引入危险品运输网络"最短路径"、"平均最小风险路径距离"和"网络最大连通子图"概念,提出了"网络风险效率"和"最大连通度"抗毁性测度模型;根据网络流量特性,构建了危险品运输网络介数模型。以危险品运输网络为例进行仿真,仿真结果表明:危险品运输网络抗毁性表现为对随机攻击的鲁棒性和蓄意攻击的脆弱性,抗毁性更接近于无标度网络;其抗毁性是由少数节点和边维系的,且网络对节点攻击的抗毁性低于对边攻击的;网络最大连通度性能优于网络风险效率,适当增加系统冗余性可提高网络抗毁性。     

网络的安全域方法及与抗毁性的对比验证

为网络遭受外部攻击或内部失效后的安全性分析和预防措施研究提供了新方法,该方法描述网络在N-1安全约束下的安全运行区域,并通过工作点到域边界的距离反映出安全或不安全的程度,为下一步控制措施指示了方向和强度。本文将安全域的方法应用在不同规模的一般网络、通信网和电网中,验证了方法的普适性和有效性;并与抗毁性对比,结果表明本文方法与抗毁性具有较高一致性,且计算速度更快,适合于在线安全监视与控制,以提前消除隐患。     

基于区域毁伤的基础设施网络抗毁性评估模型

基础设施网络对国家经济、人民生活和社会安全具有重要意义,为了能够准确迅速地评估基础设施网络面对物理攻击或自然灾害时的抗毁性,提出了基于区域毁伤的基础设施网络抗毁性评估模型。该模型将网络的边均分成虚拟节点,提出加权聚类算法寻找关键区域,使用归一化方法平衡网络规模和网络地理覆盖范围对评估结果的影响,算法复杂度低,运算量小,模型应用范围广,便于多个网络之间或同一网络不同规划方案的抗毁性比较。以智利电力输送网络为例,设计多组实验对评估模型进行检验,并给出可视化结果和分析。     

基于网络模体特征攻击的网络抗毁性研究

真实网络如生物神经网络、食物链网络中含有模体结构。但对于这种含有模体特征的网络,并没有一种针对性的攻击策略与之对应,在此基础上提出了模体度代数算法和一种模体攻击失效方式,设计了不同于传统攻击的模体攻击策略。对已检验出的具有明显模体特征的2个仿真网络,5个不同规模的实证网络利用该策略进行模体攻击,并与传统的点攻击方式进行对比研究。仿真结果表明:含有模体特征的网络在模体攻击下的抗毁性明显低于传统的点攻击策略,且在模体特征较明显的网络中模体攻击策略对网络的破坏性更加显著。     

基于网络动力学特征信息融合系统抗毁性研究

从无尺度网络动力学特征的新角度,研究信息融合网络系统抗毁性问题。针对以往的抗毁性测度指标不适用于复杂信息融合网络抗毁性研究的现状,考虑信息融合系统的时延及战场感知覆盖率等因素,提出一种新的抗毁性测度指标:网络覆盖率。在该指标的基础上对无尺度网络模型的抗毁性进行研究,并分析不同的拓扑改进策略对网络抗毁性的影响。     

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。     

基于中心度的中国航空客流网络抗毁性分析

以中国航空客流为样本,运用复杂网络理论,构建中国航空客流网络,并论证其系统结构特性。从点度中心度、中间中心度和接近中心度角度确定网络的关键节点,采取基于3个中心度的蓄意攻击方式,根据网络整体效能和簇系数两项指标及其下降率的变化情况,对网络的抗毁性进行了实证分析。在可视化视角下,对比分析3种蓄意攻击方式下航空客流网络结构的变化情况。研究表明:目前中国航空客流网络面对3种蓄意攻击时,网络抗毁性较弱,结构呈现出不同的变化,为此应分别从3个中心度角度出发,着重确保网络关键节点的安全,增加更多的功能不同的关键节点,优化航线网络结构。     

Analysis on Chinese Airline Network Invulnerability

Air transportation systems are often subject to failures or attacks induced by unexpected abominable weather or temporal airspace occupation, while complex networks have been springing up as a convenient yet efficient tool to represent and analyze various realistic complex systems such as realistic airline system. In terms of Chinese airline network formed during the spring festival timespan, structural empirical research and invulnerability simulation analysis against various deliberate attack strategies were made using complex network theory, where nodes and edges denotes domestic airports and direct flights between them respectively. The analysis results indicate: The presented airline network is a small net-work with scale-free characteristics, and correlation shows remarkable hierarchical structure and obvious assortative characteristics; The network shows obvious invulnerability under deliberate node attack, while shows partly robustness under edge attack even with obvious attack effects against various attack strategies.     

复杂网络中观交通流动态限速控制策略研究

为研究大数据时代下的复杂性科学问题,利用当前新兴的复杂网络理论结合改进的交通流仿真模型,研究可变限速对动态交通的影响,进而分析了不同的网络结构下最优的可变限速控制策略。结果表明最优的可变限速控制策略可以优化网络的交通状态。结论有助于帮助交通管理部门提出合理的交通规划方案以及制定有效的交通管理及控制措施。     

复杂网络抗毁性优化问题的研究简

本文总结了近年来的一些研究成果,从拓扑结构、链路容量优化、路由策略优化的角度研究了抗毁性优化的问题,以期对以后的研究有一定的启示。     

一种网络流量控制机制

为了解决网络应用层流量的精确控制问题,提出了一种网络流量控制机制,通过旁路方式实现,适用于TCP业务流.该机制由速率估计模块、TCP连接标记模块和阻断包生成模块三部分组成.确定了速率估计模块中时间窗口的适当取值;提出了一种对TCP连接进行标记的算法:说明了构造阻断数据包的方法.基于该机制实现了一个网络流量控制系统,对控制效果进行了验证.实验结果表明,该机制能够精确、灵活地实现TCP业务流的流量控制.     

基于仿真的宽带网络流量特征分析

网络的流量特征对于建网及网络性能分析至关重要。本文基于自相似理论基础，运用计算机仿真技术，对在不同负载情况下，宽带网络流量特征的变化过程进行了研究。实验数据表明，自相似业务流通过汇聚节点进入核心链路之后，其自相似特性仍然保持，但是自相似的程度有所下降，特别是在网络吞吐量较大的情况下，自相似程度明显低于任何一个支路。TCP协议发送窗口的大小变化会引起网络流量自相似程度的变化。