复杂网络修复策略与鲁棒性研究

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现实世界中不存在永远不发生故障的完美网络,复杂网络出现故障是一个普遍存在的现象。因此,针对网络中因为蓄意攻击,随机攻击等而发生大面积网络崩溃的现象,采用何种修复策略恢复网络的功能,提高网络的鲁棒性成了当前的一个研究热点。本文研究内容主要包括以下三个方面。
  1、提出动态复杂网络的部分延迟开放修复策略。针对发生级联故障的复杂网络,首先从故障节点中选择一定比例的节点作为延迟开放节点,然后选定延迟周期(一个周期包括n个时间步,一个时间步修复一个故障节点,一个周期修复n个节点),整个修复过程由一系列延迟周期构成;在某一个延迟周期内,按照未修复故障节点的度及其连边情况列出n个待修复节点的排序,如果节点属于延迟开放的节点,则修复后统一延迟到本周期结束时一起开放,如果不属于延迟开放的节点,则修复后立即开放。通过选择不同比例的节点作为延迟开放节点下,对比其网络二次崩溃概率,网络额外需求容量以及网络恢复效率之间的对比,得出一个最佳比例的节点作为延迟开放节点。
  2、提出基于破坏耦合结构的复杂网络延迟开放修复策略。故障网络中包含三种耦合结构,分别为无耦合结构,强耦合结构与弱耦合结构。无耦合结构中所有节点能够直接修复而不发生二次崩溃。算法首先修复无耦合结构中的节点,修复时需要按照适当的顺序修复。强耦合结构与弱耦合结构中所有节点,修复后会发生二次崩溃现象,因此无法直接修复。所以首先判断耦合结构中的关键节点,,通过对其中关键节点进行延迟开放处理,减少了关键节点对邻居故障节点分配的负载。这些关键节点周围的故障节点修复后,同时会使得这批节点的邻居故障节点变得可以修复。如此循环,原来的强耦合结构与弱耦合结构会变得可以正常修复,因此破坏耦合结构。通过延迟开放方法破坏耦合结构后,再修复强耦合或弱耦合结构中的节点,直到所有节点修复成功为止。通过对目前多个修复算法的网络二次崩溃概率以及网络额外需求容量的对比,证明基于破坏耦合结构的复杂网络延迟开放修复策略的合理性。
  3、针对加权网络的级联崩溃问题,提出了基于加权网络节点重要性的网络修复方法,首先计算故障网络节点重要性,优先修复节点重要性最高的故障节点,寻找该节点与剩余连通网络(巨片)之间的最短链路,修复该链路所涉及的所有故障节点;重复该过程直到修复所有故障节点。通过对目前多个修复算法的网络恢复效率进行对比,证明基于加权网络节点重要性的网络修复方法的合理性。
  本研究基于对数值模拟与仿真的情况下,研究网络崩溃后的恢复问题,其结果具有合理性。
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