相依类网络遭受故障时的易脆性理论分析及其管控策略的仿真研究

论文摘要

现实世界中的基础设施网络往往存在着信息交互、能源传输、结构依附等相互依赖关系,但相依结构在提高系统工作效率的同时,也带来了极强的易脆性,因此,如何有效地应对和控制故障在相依网络上的级联扩散进而避免系统发生结构性破碎,对于相依网络抗毁性研究具有十分重要的理论价值和现实意义。同时,考虑到真实网络中的受位置和地理等因素的制约,无法完全拓扑化,学者在一般相依网络的基础上增加了空间因素和距离限制,提出了相依空间网络,在相依空间网络中,相比随机故障,局域攻击引起的故障传播能够对相依空间网络鲁棒性造成更严重的破坏,对于相依空间网络极端的易脆性进行管控,避免系统雪崩,也成为相依网络研究领域有待解决的新问题之一。本文主要贡献有:1.针对相依网络上的同步恢复模型,本文利用共同边界节点在极大连通网络内外的连接关系定义边界节点的重要性,提出一种基于相连边的择优恢复算法:PRCL算法(preferential recovery based on connectivity link)。利用渗流理论的随机故障模型,通过ER随机网络和无标度网络构建的不同结构相依网络上的级联仿真结果表明,相比其他恢复算法,PRCL算法具备迭代步数少且起效时间早的优势,能够更有效也更及时地遏制故障在网络间的级联扩散,极大地提高了相依网络遭受随机故障时的恢复能力,对于基础相依网络是一种行之有效的管控策略。2.基于愈合模型,本文利用故障节点现存邻居的相连边数计算邻居间的愈合指数,提出一种小度优先愈合算法(healing strategy by prioritizing minimum degree,HPMD)。利用渗流理论的局域攻击模型,通过由两个二维晶格网络构建的相依空间网络的级联仿真结果表明,相比按照随机概率、度数中心性和局域中心性优先选择现存邻居的方法而言,HPMD算法具备愈合效果好、起效时间早、愈合边数少且适用性更强等特点,能够极大地提升相依空间网络遭到局域攻击时的愈合能力,有效地避免结构性破碎,解决了相依空间网络在局域故障下的易脆性问题。本文的创新点主要为以下两点:1.利用共同边界点在极大连通子图内外连边的不同比重关系动态计算边界重要指数I,不同于以往的节点重要性算法,PRCL不完全以网络静态拓扑信息为计算指标,而是以恢复该节点后的极大连通网络内节点平均度的增减变化来量度节点的恢复影响力。2.本文考虑到节点连通性与网络鲁棒性呈正相关,要想减缓甚至阻断故障在外围的传播态势,必须及时地增强故障节点四周连通性较弱的邻居,通过增大薄弱节点的连通性,达到降低网络间耦合失效的作用,提出HPMD算法,优先愈合小度节点之间的连边,这点完全区别于前人研究中大度优先的思想。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴佳键

导师: 龚凯

关键词: 复杂网络,相依网络,计算机仿真,管控策略,级联失效

来源: 西南财经大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,计算机软件及计算机应用

单位: 西南财经大学

分类号: TP391.9;O157.5

DOI: 10.27412/d.cnki.gxncu.2019.001082

总页数: 89

文件大小: 2988K

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