本文關鍵詞：復雜網絡拓撲冪律與魯棒耦合規(guī)律研究

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【摘要】：隨著復雜網絡研究的興起,復雜網絡的安全性和可靠性已經成為人們日益關心的一個重要問題。特別是在互聯(lián)網的廣泛應用下,如何提供一個安全可靠的網絡,是國家和社會共同關注的問題。研究表明“魯棒且脆弱”是復雜網絡的重要特征,其原因就是網絡節(jié)點的度值分布不均勻具有冪律特性導致。研究復雜網絡的內部拓撲結構特征是提高網絡安全可靠性的基礎,這對抑制復雜網絡的相繼故障傳播,提高網絡魯棒性具有重要意義。從復雜網絡的內部拓撲特征冪律特性研究著手,對網絡的彈性及魯棒性進行分析,減少故障傳播,得出冪律與魯棒耦合之間的關系是本文的研究重點。本文主要做了以下幾個方面的工作:1.詳細分析了冪律分布的幾種形式并對BA無標度網絡、改進的BA網絡和Internet進行冪律特性仿真。通過分析degree-rank冪律分布、frequency-degree冪律分布以及CCDF(d)-degree冪律分布,比較了Internet、BA無標度網絡、隨機網絡和小世界網絡的度分布圖,驗證了Internet和BA無標度網絡具有冪律特性而隨機網絡和小世界網絡的度分布不符合冪律特征。運用MATLAB仿真分析了BA網絡、改進的BA網絡及Internet拓撲的冪律指數(shù),擬合得出BA網絡的冪指數(shù)為3.0,改進的BA網絡冪指數(shù)約為3.23,路由級Internet冪指數(shù)約為2.14。2.對復雜網絡的彈性魯棒進行研究。引入復雜網絡的彈性概念,指出復雜網絡的彈性是網絡遭受攻擊后能迅速恢復到正常運行狀態(tài)的能力。針對網絡在遭到攻擊時的動力學特性,提出網絡彈性的數(shù)學模型,加強網絡的彈性、減少故障傳播。利用網絡冗余的設置增強網絡彈性,使網絡在受到攻擊時,加大節(jié)點承受負載能力。提出基于態(tài)勢感知的網絡彈性增強模型,感知當前的環(huán)境中存在的威脅與影響,預測網絡環(huán)境中潛在的故障,增強網絡的彈性。3.分析比較BA網絡、改進型BA網絡和Internet在遭遇攻擊時的魯棒性,進行攻擊仿真。實驗表明:針對BA網絡、改進的BA網絡和Internet進行隨機攻擊時,三者都具有良好的魯棒性,而對于蓄意攻擊三種網絡都比較脆弱,但是相較而言,在蓄意攻擊下Internet最脆弱,BA網絡次之,改進的BA網絡相對最健壯。在高負載的情況下三種網絡都表現(xiàn)的更脆弱、更易被摧毀,而在高冗余的情況下,三種網絡的魯棒性都得到提高。實驗數(shù)據(jù)表明,無論在隨機攻擊還是確定攻擊過程中改進型的BA網絡都表現(xiàn)最強壯,Internet最脆弱。因此可以得出一個一般性的規(guī)律,具有冪律特征的網絡,其冪指數(shù)越大魯棒性越強。
【關鍵詞】：復雜網絡 冪律特性 網絡彈性 魯棒性
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O157.5
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 復雜網絡的研究背景13-15
• 1.2 復雜網絡的研究現(xiàn)狀及意義15-19
• 1.2.1 復雜網絡魯棒性及相繼故障的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 Internet研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文主要研究內容及組織安排19-20
• 第2章 復雜網絡拓撲模型及特征分析20-33
• 2.1 復雜網絡的統(tǒng)計特性20-24
• 2.1.1 平均路徑長度20-21
• 2.1.2 聚類系數(shù)21-22
• 2.1.3 節(jié)點度及其分布特征22-24
• 2.2 復雜網絡拓撲基本模型24-30
• 2.2.1 規(guī)則網絡24-25
• 2.2.2 隨機網絡25-26
• 2.2.3 小世界網絡26-28
• 2.2.4 無標度網絡模型28-30
• 2.3 Internet網絡模型30-32
• 2.3.1 Internet的拓撲建模30
• 2.3.2 冪律特性30-31
• 2.3.3 富人俱樂部特性31
• 2.3.4 介數(shù)31-32
• 2.4 本章小結32-33
• 第3章 冪律分析33-44
• 3.1 冪律分布形式33-38
• 3.1.1 frequency-degree冪律分布34-35
• 3.1.2 degree-rank冪律分布35-36
• 3.1.3 CCDF(d)-degree冪律分布36-38
• 3.2 BA網絡的冪律分析38-40
• 3.2.1 連續(xù)性方法求BA模型的度分布38-39
• 3.2.2 BA網絡冪律仿真39-40
• 3.3 改進的BA網絡及冪律分析40-41
• 3.4 互聯(lián)網冪律分析41-42
• 3.5 本章小結42-44
• 第4章 復雜網絡的彈性魯棒分析44-54
• 4.1 彈性的定義44-46
• 4.1.1 不同領域對彈性的定義44-45
• 4.1.2 復雜網絡彈性的定義45-46
• 4.2 復雜網絡彈性魯棒的研究46-48
• 4.2.1 彈性網絡的特征46-47
• 4.2.2 復雜網絡彈性與柔性和魯棒性的區(qū)別47-48
• 4.3 復雜網絡彈性的研究模型48-50
• 4.4 增強網絡彈性的設計50-53
• 4.4.1 基于增加冗余的網絡彈性增強模型50-51
• 4.4.2 基于態(tài)勢感知的網絡彈性增強模型51-53
• 4.5 本章小結53-54
• 第5章 復雜網絡相繼故障的魯棒耦合規(guī)律分析54-68
• 5.1 復雜網絡的魯棒性54-55
• 5.1.1 網絡魯棒性的定義54-55
• 5.1.2 衡量網絡魯棒性指標55
• 5.2 相繼故障55-57
• 5.2.1 實驗參數(shù)介紹56
• 5.2.2 負荷-容量模型56-57
• 5.3 不同攻擊類型對復雜網絡魯棒性的影響57-59
• 5.4 網絡負載對網絡魯棒性的影響分析59-63
• 5.4.1 隨機性攻擊60-61
• 5.4.2 確定性攻擊61-63
• 5.5 網絡冗余對網絡魯棒性的影響分析63-67
• 5.5.1 隨機性攻擊63-65
• 5.5.2 確定性攻擊65-67
• 5.6 本章小結67-68
• 結論68-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果75-76
• 致謝76-77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 彭俊;李智;孫雨;;一種改進的無標度網絡演化模型[J];航天制造技術;2008年01期

2 周濤,柏文潔,汪秉宏,劉之景,嚴鋼;復雜網絡研究概述[J];物理;2005年01期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王茹;復雜網絡Opinion動力學研究[D];華中師范大學;2009年

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本文編號：601374