基于多关系网络模型的级联失效研究

针对目前网络级联失效研究未涉及多关系网络的问题,根据多子网复合网络模型构建多关系网络,采用负载—容量模型研究多关系网络级联失效现象。考察不同影响因素下,节点之间的关系强度和关系类型对网络级联失效规模的影响。研究结果表明,根据关系类型调整关系强度比例系数,可有效提高网络的鲁棒性。

工程项目组合风险扩散模型的级联失效分析

为构建符合工程项目组合特点的风险扩散模型,解决风险扩散问题。本文考虑风险扩散的双关系载体—项目交互关系和风险因素逻辑关系,构建工程项目组合风险扩散的双层相依网络模型,运用级联失效理论提出风险扩散规则,通过数值仿真分析风险扩散特征。仿真结果发现:工程项目组合中,双层网络模型能够反映风险在项目和风险因素双关系载体中的扩散特征;与单层网络风险扩散模型相比,构建的模型展现出差异性的风险扩散效应,风险扩散在工程项目组合中表现出更剧烈的级联失效过程。风险扩散模型作为工程项目组合风险扩散问题的前置性研究,为进一步风险扩散网络稳定性的研究提供新思路和启发。

基于复杂网络理论的有向多关系网络级联失效研究

针对复杂网络中关键节点识别仅限于单个关系网络的问题,根据复杂网络理论构建有向多关系网络级联失效模型,研究多关系网络中节点重要性的识别与网络鲁棒性问题;依据所建模型提出多关系网络节点及连边指标与节点重要性识别公式。通过对网络模型采取不同攻击方式,验证所提指标与关键节点识别的有效性。研究结果表明,所提指标可以很好的反映网络模型的结构与特点,优先攻击高重要性的节点后网络失效节点比例快速增加,网络连通性大大降低,破碎程度迅速增大,对网络鲁棒性的影响大于随机攻击与高度数攻击;证明了所提关键节点识别方法的有效性,优先保护本文所提重要节点可以大大降低网络构建成本,提高网络抗风险能力。

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。

指挥控制网络级联失效模型研究

基于指挥控制网络的拓扑特征和级联失效特点,提出了一种带可调节参数的指挥控制网络级联失效模型。该模型提出了一种考虑节点组织地位的初始负载定义方法,以网络级联失效平均规模和级联失效临界值作为网络的抗毁性度量;通过仿真实验分析了网络负载的层次性、节点过载承受能力、跨级指挥和平行指挥等模型参数对指挥控制网络级联失效行为的影响,为现实指挥控制网络的级联失效行为的研究提供了新的思路。

复杂网络上级联失效的负载容量模型

研究复杂网络上级联失效的过程和性质有助于指导系统建设并提高其鲁棒性能。在分析和总结相关工作的基础上,提出了一种更符合实际网络的负载容量非线性模型。通过在B-A无标度网络和Internet AS级网络上进行仿真,验证了模型的可行性,并且发现模型参数在一定条件下具有负指数关系。考察网络成本和鲁棒性关系,发现该模型能够更好的抵御级联失效,并且在获得较高鲁棒性能的情况下有较小的投资成本。

级联失效下海港-陆港集装箱运输网络鲁棒性分析

当海港受到攻击而失效时,由于港口间的连通关系,会在海港-陆港集装箱运输网络中产生级联失效效应,进而扩散到整个网络中。为此,本文研究海港-陆港集装箱运输网络级联失效下的鲁棒性,设计海港节点与陆港节点的不同状态指标,根据节点失效传播能力与节点间引力模型建立失效节点负载转移方程,构建海港-陆港集装箱运输网络级联失效模型和鲁棒性评估指标,探讨邻居节点失效传播能力阈值、节点冗余量、跳港比例、海港合作陆港数量变化,以及不同节点攻击方式对网络鲁棒性的影响,同时,探究在海港失效后,其竞争港口的业务量变化。结果表明,在增强鲁棒性能方面,节点失效传播能力阈值与跳港比例存在最优取值区间;在一定范围内提高节点的容差参数有助于降低网络级联失效的影响;同时,海港所合作的陆港重叠范围不应过高;竞争港口会瓜分一部分失效海港的业务份额,其业务份额与两港口之间的距离和竞争港口的作业能力相关。

基于复杂网络的企业创新网络级联失效可靠性模型

在企业创新网络演化模型的基础上提出节点的创新能力概念,构建企业创新网络级联失效可靠性模型,并对动荡、动态平衡和萎缩3种类型网络进行仿真实验研究。仿真数据表明:随机攻击节点条件下,动荡网络的节点失效率高于其他两种网络,但在攻击度中心性较高节点时动态平衡网络的节点级联失效率要高于动荡网络;随着度中心性变小,动态平衡网络的节点失效率逐渐低于动荡网络,而萎缩网络的节点失效率则一直处于最低;除此之外,如果攻击流介数中心性节点,动荡网络的创新能力损失率一直较高。实验结果表明,动荡网络的网络综合创新能力最高,但是可靠性较低。

基于节点重要度动态评估的复杂网络级联失效分析

级联失效前的评估和检测是预防和控制级联失效现象的关键,对充分把握整个网络系统的稳定运行至关重要。为深入探究级联失效传播过程的内在机理,提出一种考虑网络动态特性的节点重要度评估模型;在此基础上,采用一种更符合真实复杂系统的非线性容量负载模型,利用该模型进行不同攻击策略下的级联失效仿真,以网络的最大连通子图比例为测度量化网络抵御级联失效的抗毁性,仿真结果表明,节点41所在的广安市与节点55所在的重庆市,无论是在静态节点重要度评估,还是动态节点重要度评估下,均是成渝铁路网络中最关键的节点;此外,不考虑级联失效情况下,在网络的静态拓扑结构中,节点的度中心性更能代表节点的关键程度;而在动态的网络拓扑结构中,节点的介数中心性更能代表节点的重要性,与度值攻击相比,采用重要度攻击策略能以更快的速度击溃网络;考虑级联失效情况下,与其他攻击策略比较,采用重要度攻击策略时,在级联失效的作用下,仅攻击2个节点,网络便会迅速崩溃,验证了节点重要度动态评估模型的有效性;同时探讨了网络在不同模型参数下抵御级联失效的抗毁性,实验结果表明,在一定范围内提高负载系数、容量系数可以有效提高网络抵制级联失效的抗毁性;受网络拓扑结构和攻击策略的影响,需设置较大的节点容量,来预防网络的级联失效。

城市公交网络级联失效分析

为提高城市公交网络(Urban Public Transit Network,UPTN)的抗毁性,基于复杂网络理论系统性研究了UPTN级联失效。以厦门市公交网络为例,利用改进的Space-L方法构建UPTN,设定网络效率、网络最大连通率和故障站点比率作为网络抗毁性的度量指标,基于非线性负荷-容量的UPTN级联失效模型研究了网络在级联失效下的抗毁性,并对比无级联失效下的网络抗毁性。结果表明:容量参数α的减少或β的增加,对网络抗毁性有着显著的提升;当β处于临界阈值时,小幅增加β,网络抗毁性呈现出突增现象;当α=0.2、β=0.7时,网络具有较强的抗毁性,网络在级联失效下可抵挡283次蓄意攻击、575次随机攻击;有、无级联失效下,网络均对蓄意攻击具有脆弱性,对随机攻击具有稳定性,而考虑级联失效情况下的网络,其脆弱性更为明显。

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。

基于改进级联失效模型的配电网CPS脆弱性评估

随着信息技术的发展,网络攻击的手段也日渐增多和变强,无法在真正意义上实现对网络攻击的完全防御。因此,对网络攻击下的系统脆弱性进行评估尤为重要。对网络攻击场景下配电网信息物理系统的网络拓扑和级联失效过程进行研究,建立了考虑信息节点过载状态和应急恢复过程的配电网信息物理系统级联失效模型和脆弱性评价指标,在基于改进的IEEE 118节点和巴拉巴西-阿尔伯特无标度网络上进行仿真,验证了该模型可以更好的描述实际情况;同时计算并分析了网络性能参数对配电网CPS脆弱性的影响,为优化系统防御策略提供参考。

基于CA模型的研发网络级联失效建模及其对任务网络工期风险的影响研究

对于研发项目而言,参研企业的级联失效很大程度上会影响研发任务的工期风险,这对研发项目工期风险管理具有重要启示。本文提出了基于研发项目的组织-任务关联网络模型,构建了基于CA模型的组织网络级联失效模型及其对任务网络工期风险的影响模型并进行数值仿真。结果表明,随着传染延迟时间的增长,稳态时正常节点以及负载节点的比例增长,失效节点的比例下降;随着网络投入成本μ以及控制参数ζ的增加,任务网络工期风险逐渐下降;度大袭击对任务网络工期风险的影响最大,其次是随机攻击和度小攻击;随着控制参数ζ的增大,随机攻击对任务网络工期风险的影响愈发明显,而度大攻击和度小攻击对任务网络工期风险的影响无显著变化。研究成果对研发项目工期风险管理具有一定的指导意义。

基于网络负载容量模型的城市路网级联失效研究

在城市道路交通中,关键路段的失效可能导致路网的大面积拥堵,为了准确判断城市道路交通网络的关键路段,首先采用原始法构建城市道路交通网络的几何拓扑图,并在已有的交通网络级联失效模型基础上,考虑了城市道路网络的有向性和拥堵的局部扩散特性,对模型的初始负荷定义及失效负载重分配的规则进行了改进,并采用改进后的模型对不同路段破坏失效进行了模拟分析,研究了不同路段发生破坏后拥挤的扩散过程.采用破坏影响后的路网平均距离降低比例和失效路段所占比例来反映路段的破坏程度,最后对路网中的路段进行重要度排序,并结合路段在路网中的度、介数及级联失效的影响程度等指标,利用K-Means聚类分析对路段进行了聚类.结论表明:只考虑路段上的流量大小或路段的一些静态指标并不能够准确判断路段的重要度,路网中往往还存在一些潜在的重要路段,考虑多种指标对不同路段进行聚类更具合理性.

基于多子网复合复杂网络模型的级联失效研究

针对目前耦合网络级联失效的研究方法仅限于单个关系的问题,根据多子网复合复杂网络模型构建复合网络,结合多种关系研究了复合网络级联失效问题,考察在不同影响因素下,网内关系和加载关系对网络鲁棒性的影响。研究结果表明,网内关系和加载关系共同影响着网络级联失效的过程及规模,复合网络中两子网拓扑结构不同,网内关系对网络的影响不同;加载关系强度占比越大,网络鲁棒性越强。关系强度比例对网络故障规模存在决定性影响。

非线性负载容量模型的小世界网络级联抗毁性研究

通过引入一种负载容量非线性模型,对小世界网络的级联抗毁性进行了深入研究。在局部加权的负载重分配准则下,仿真分析了权重系数、容量参数以及网络密度等对小世界网络级联抗毁性的影响,并对网络成本和抗毁性能约束下小世界网络的级联抗毁性进行了优化分析。研究表明小世界网络的级联抗毁性随权重系数的增大而减弱,不同密度的网络在权重系数较小时级联失效传播较慢,且级联抗毁性对网络密度的敏感程度相差较大。另外,存在最优容量参数组合使得小世界网络具有最强的级联抗毁性。研究成果能够为现实网络系统的抗毁性设计提供有益的参考和借鉴。

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。

考虑节点过载的碳排放空间关联系统级联失效模型

为提高突发事件级联失效对现实碳排放关联系统破坏程度的评估可信性,在传统复杂网络的"负载-容量"级联失效模型基础上,考虑个体成员对负载的冗余能力,提出一种过载失效概率,构建了考虑节点过载状态的级联失效模型,并基于节点特性提出了6种过载节点负载分配策略。仿真结果表明:在过载节点负载分配策略中,综合分配策略整体上较优,能够有效控制级联失效的规模,增加网络鲁棒性;在一定范围内提升过载参数有助于降低级联失效的影响,但提升到一定程度时改善效果不明显;在不同负载分配策略下,剩余系数存在一个最优值,容量可调参数存在最优区间,可以使碳排放关联网络保持较好鲁棒性的同时,花费较小的构建成本,其中紧密度分配策略对应的网络构建成本较高。

基于最优有效路径的域间路由系统级联失效模型

域间路由系统级联失效对域间路由网络安全影响较大,因此有必要对级联失效建模并进行深入研究。文章在分析域间路由网络商业关系和路由策略的基础上,提出了符合实际情况的最优有效路径发现算法和VIRS介数,基于VIRS介数定义链路初始负载和容量,基于最优有效路径发现算法设计负载重分配过程,进而构建域间路由系统级联失效模型。模型弥补了已有研究的一些短板,既分开考虑了节点和链路的失效原因,也加入了节点和链路的恢复机制。算法复杂度分析和实验说明了最优有效路径发现算法的有效性和准确性,模型仿真实验研究了不同参数及恢复机制对级联失效的影响。研究结果对分析域间路由系统级联失效成因和维护网络安全以防发生级联失效有一定参考和借鉴作用。

基于管制负荷的空中交通网络抗级联失效策略

空中交通网络运行的安全与高效对国防和经济建设都有重大的现实意义,当网络节点在遭受打击或复杂天气影响下发生失效现象,应当及时对节点负载进行分流,避免节点失效现象的扩散,并引发一系列的航空安全事故。传统节点负载分流主要基于邻接节点的剩余负载,但不考虑人为因素的分流策略会使空域运行安全水平受影响。因此,需综合考虑邻接节点的容量和流量因素,对管制员工作负荷作出预测,控制节点负载分流过程中的人为因素事故发生。基于仓储模型的管制员工作负荷状态预测方法,可有效改进传统基于节点容量的负载分流策略,避免枢纽型机场节点失效下的级联失效现象发生。数值模拟验证了抗级联失效策略的有效性。