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《大连理工大学》 2006年
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复杂网络可靠性研究

张俊良  
【摘要】:复杂网络可靠性的研究对于理解网络的结构和行为至关重要。真实复杂网络的拓扑特性和可靠性紧密相关,对于不同的网络,其可靠性存在很大差异。已有研究表明不同的网络拓扑有着不同的容错性和抗攻击性。特别是,当遇到节点的随机移除时,无尺度网络要比随机网络健壮的多,而当恶意攻击时,前者比较脆弱。然而由于对复杂网络的拓扑结构知之甚少,甚至有很大偏差,因此对复杂网络的可靠性研究一直是个很棘手的问题。 目前复杂网络的可靠性研究大都集中于研究攻击模式对网络拓扑结构的影响以及一些相继故障模型,而度与介数在一定程度上都可以反映出节点重要性,因此基于度与介数的攻击得到了广泛的研究。然而,这些都是基于几何量变化来研究网络在受到攻击后的结构动态行为,一直以来都没有一个确定的宏观的指标来衡量复杂系统可靠性。这也正是本文的研究目标。 首先,为了宏观的研究复杂网络拓扑的可靠性,针对复杂网络的特点,本文引入了可靠性指标一网络连通可靠度来衡量网络的可靠性,为增强网络的安全性提供坚实的理论基础。其次,给出了可靠性度量网络连通可靠度的相关算法。 通过对不同网络模型受到攻击后的可靠性指标变化及分布进行模拟分析,结果发现:1、随着网络规模的增大,可靠度呈线性增长趋势;2、在对网络进行随机攻击时,网络连通可靠度大小排序为:BA>ER>规则≈WS,而在恶意攻击时,ER>规则≈WS>BA。 理论和实践都证明,网络连通可靠度不仅仅刻画了复杂网络的可靠性,而且将复杂网络可靠性用确切的量来表示,这为复杂网络的保护提供了一定的理论基础。 另外,在文章的最后,给出了一个衡量网络脆弱性的静态参数韧性度,和本文研究的网络连通可靠度两个参数互为结合,可以很好的衡量网络的可靠性及脆弱性。
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