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《南京邮电大学》 2013年
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复杂社团网络中病毒传播与控制研究

邵斐  
【摘要】:计算机病毒在Internet上的蔓延和传染病在生物群中的流行给人类的财产和生命带来了巨大的损失,迅猛发展的复杂网络理论为人们研究病毒的传播行为,进而采取有效的措施来控制其蔓延提供了新的思路。随着复杂网络研究的逐步深入,人们发现很多实际网络在中尺度上有着明显的社团结构特征,对网络上的交通动力学行为和病毒传播行为有着一定的影响,有些病毒的传播是以节点之间存在数据包交互作为基础的,根据研究所得到的不同的病毒传播机制,本文提出一些策略,提高网络的承载能力,控制病毒的传播。本论文的主要研究工作和贡献如下: 1.鉴于实际网络中存在着社团结构,基于平均场理论,研究社团结构对均匀网络中病毒传播行为的影响及相应的免疫策略。以往研究认为均匀网络中病毒的传播行为与整个网络平均度相关,研究发现在平均度相等的均匀网络中,社团结构特性会影响网络中病毒的传播,明显的社团结构特征会减缓病毒的蔓延速度。提出基于最短路径路由介数和基于随机游走介数的目标免疫策略,免疫网络中最短路径路由介数和随机游走介数较大的节点,以控制均匀网络中的病毒传播。 2.研究社团网络中的交通动力学以及社团结构对网络承载能力的影响。研究发现,不论采用最短路径路由策略还是有效路径路由策略,明显的社团结构特征都会降低网络承载能力,并基于此提出基于社团结构的优化路由策略,通过减少路由经过的社团数量,降低节点介数。结果显示,基于最短路径路由的优化策略在保证路由策略小世界特性的同时,能够提升网络的承载能力,社团划分得越准确,优化策略效果越显著,而基于有效路径路由的优化策略作用不够明显。 3.研究社团网络中基于交通流的病毒传播行为及相应的控制病毒传播策略。研究发现,随着交通流的增大,病毒在网络中的蔓延速度会明显增加。在均匀网络中,病毒的蔓延速度和病毒传播临界值与网络的节点平均路由介数有关,而在无标度网络中则与节点路由介数分布的一阶矩和二阶矩之比有关。与传统的传播模型不同,明显的社团结构特征会加快基于交通流的传播模型中病毒的蔓延。在此基础上,提出基于社团结构的控制策略,发现基于最短路径路由的控制策略在无标度网络中能较好的控制病毒的传播,社团划分得越准确,网络自身的社团结构特征越强,该策略控制病毒传播的效果也越显著。 4.研究网络拓扑结构对病毒传播行为的影响,由于以前的针对节点的免疫策略会破坏网络的连通性,提出增加或者删除边以改变网络的拓扑结构,从而达到控制病毒传播的目的。研究发现,在无标度网络中删除节点度乘积最大、节点的最短路径路由介数乘积最大、节点的随机游走介数乘积最大的边会都提高病毒的传播临界值,在基于交通流的传播模型中,不断删除边会造成传播临界值先升高后降低;而在均匀网络中,增加这些乘积最大的边也会减缓病毒的蔓延速度和提高病毒的传播临界值,社团结构特征越明显,控制病毒传播的效果越好。
【学位授予单位】:南京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP309.5;O157.5

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