复杂网络上的相继故障模型及鲁棒性研究

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复杂网络的安全性已经成为人们日益关心的一个重要问题。人们做出了很多的努力,但是大规模的相继故障仍然时有发生。复杂网络的相继故障,就是指一个或少数几个节点或边发生的故障通过节点之间的耦合关系引起其他节点发生故障,这样就会产生连锁效应,最终导致相当一部分节点甚至整个网络的崩溃,也形象的称为“雪崩”。为满足人们对各种关乎国计民生网络安全性和可靠性的要求,有必要对复杂网络相继故障的发生机理、相继故障的预防与控制进行研究。本文首先介绍了四种经典的基本网络模型,分别是规则网络、随机网络、WS小世界网络和BA无标度网络,研究了网络的基本特性,分析了BA无标度网络、WS小世界网络和互联网在遭遇攻击时的鲁棒性。然后分析了三种网络在随机性攻击和蓄意性攻击上的鲁棒性。用参数攻击标度来控制随机攻击和蓄意攻击,用最大连通子图比来表示网络的鲁棒性能,通过分析,在随机性攻击方面,三种网络都表现出很强的鲁棒性;在蓄意性攻击方面,BA无标度网络和互联网都表现出了很强的脆弱性,但互联网稍好点,而WS小世界网络几乎没表现出脆弱性。最后分析了网络负载对三种网络的鲁棒性影响,实验表明,当网络空负载时,WS表现出很强的鲁棒性,而BA无标度网络和互联网次之;在网络满负载的情况下,分为两种情况,在容许参数低时,三种网络都表现出了很强的脆弱性,在容许系数高时,在随机性攻击时BA无标度网络表现强鲁棒性,而互联网弱些,在蓄意攻击时BA无标度表现出高度的脆弱性,互联网次之。 WS小世界网络不管是随机攻击还是蓄意攻击都有很强的鲁棒性,但强度不及BA无标度网络。
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