基于不同蓄意攻击策略的复杂网络鲁棒性研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangtianlin888
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现实生活中许多基础设施都可以抽象成复杂网络,在这些基础设施网络中,一旦某个功能组件遭到蓄意破坏,很可能产生一系列“多米诺骨牌”式的连锁故障问题,对于整个基础设施网络破坏性极大。因此,本文研究了几种蓄意攻击策略,并进一步探究了其产生的连锁故障对不同基础设施网络鲁棒性的影响。主要研究内容如下:以往攻击网络优先会选择度值中心性指标较大的节点,然而,网络中同时也存在一类在拓扑结构上被标记为低度值中心性指标的节点,虽然这类节点的数量较整体规模相对较少,但如果这类节点遭到攻击,将会使得整个网络支离破碎。为了分析这类特殊节点失效对网络的影响,本文研究了一种集体影响(Collective Impact,CI)攻击策略,即:围绕网络中每个节点建立一个半径为r的球,计算属于球边界上的所有节点集对中心节点作用总和的大小。并在三种常见的设施网络以及典型的无标度网络与随机网络中分别选择作用总和值最高的中心节点依次进行攻击。仿真结果表明:与常见的度攻击策略、介数攻击策略以及K-shell攻击策略等相比,三种实际的基础设施网络与无标度网络受到CI攻击策略攻击时更容易发生连锁故障;进一步发现上述几种攻击策略对随机网络产生连锁故障的效果一致。复杂网络每受到一次攻击后其内部拓扑结构会发生变化,网络中节点度值指标也将随着拓扑结构的改变而改变。因此,为了分析网络的内部拓扑结构变化对网络鲁棒性的影响,本文在动态攻击模式下(每次攻击前将再次计算网络中剩余节点的度值),研究了度攻击策略、邻居节点重合度攻击策略、半局部中心性攻击策略、局部特征攻击策略以及K-shell攻击策略对不同基础设施网络进行攻击时造成的危害,并与常见的攻击模式进行对比。仿真结果表明:与常见的攻击模式相比,动态攻击模式下不同的蓄意攻击算法具有更好的攻击效果,且北京地铁网、杭州地铁网、IEEE57电力网和BA无标度网络比WS小世界网络和北美航空网络面对上述六种攻击策略鲁棒性更差,此外,基于邻居节点重合度的攻击算法更容易使上述网络产生连锁故障。
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