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。

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。

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。

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。

复杂金融网络级联失效模型仿真及可靠性分析

复杂网络中级联失效现象会导致网络大面积崩溃进而导致一系列灾难性后果,通过对其建模、仿真和定量分析可以有效预防和解决级联失效问题。本文在复杂网络理论基础上,基于复杂网络的动力学特征和级联失效机理,运用图论语言建立了金融网络模型;首次将级联失效经典模型运用到复杂金融网络研究中,提出了金融网络级联失效模型。然后通过仿真定量分析了不同条件下金融网络级联失效模型的可靠性,验证了模型的有效性,有助于复杂金融网络失效的预防及进一步研究。研究发现:第一、在金融网络级联失效模型仿真过程中,增加迭代次数,会导致网络效率下降,节点失效率上升。当网络受到蓄意攻击时,网络效率迅速下降,节点失效率快速上升;网络受到极大冲击,且这种冲击远大于随机攻击情况下。第二、同一种攻击方式下,提升风险容忍系数α,有助于提高网络效率、降低失效率,提升网络可靠性,甚至可以避免网络级联失效的发生,但这会付出相应的成本。

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。

基于级联失效模型的交通脆弱评估方法

交通网络是国民经济发展的基础支撑,其运行的安全、稳定问题已成为关注重点。为识别网络中的薄弱环节,本文在已有交通脆弱性研究基础上,梳理出目前各类交通脆弱性定义的共同点;基于用户平衡分配模型,给出一种模拟交通网络拥堵传播的级联失效模型,将此模型应用于交通脆弱性评估中;提出交通网络中节点和边脆弱强度的计算公式。以某市子路网为例,计算节点和边的脆弱强度,发现最脆弱的前十个节点和边都分布在主干路。对脆弱强度的敏感性进行分析,发现脆弱强度对于OD需求和通行能力在级联失效临界值附近的变化具有很强的敏感性。结果表明该方法对交通网络中的薄弱单元具有较好的辨识能力。

基于欠载失效的供应链网络级联失效建模

鉴于直接采用基础设施网络中的过载级联失效模型研究供应链网络中的欠载级联失效现象存在不足,从企业欠载失效、企业负载容量具有上下限和负载按照企业间的业务关系强度重分配3方面出发,提出一个更加适合供应链网络的级联失效模型。利用Erdos-Renyi网络模型和Barabasi-Albert网络模型构建了供应链网络,在随机攻击和蓄意攻击模式下验证了模型的有效性,同时研究了模型中的各参数对级联失效的影响。结果表明,负载可调参数θ和关系强度参数τ存在一个最优取值区间,使得网络对级联失效表现出强鲁棒性;容量上限参数δ与级联失效规模负相关;容量下限参数σ与级联失效规模正相关。

土地财政与地方政府债务系统性风险传染效应分析

文章基于土地财政与地方政府债务系统性风险密切关联的事实,运用复杂网络理论,借鉴DebtRank算法思想,构建地方政府债券网络级联失效模型,测度省级地方政府债务系统性风险传染效应,并在此基础上分析土地财政与其关联关系。研究发现:(1)银行端系统性风险值显著小于政府端系统性风险值;东、中、西部地区的地方政府债务系统性风险传染效应存在显著差异,东部发达地区的地方政府债务系统性风险传染效应最高,西部欠发达地区的地方政府债务系统性风险传染效应最低。(2)土地财政规模与地方政府债务系统性风险传染效应呈显著的正相关关系且均存在二八效应;系统性风险传染效应高的地方政府节点,其自身脆弱度较低,不易发生系统性风险;自身脆弱度高的地方政府节点,其系统性风险传染效应较低,对整体债券网络的传染效应也比较有限。