面向級聯(lián)失效的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)魯棒性研究.pdf

1、基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)遍布于人們生活的各個角落，其可靠性關(guān)系著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和人們生活正常進行。近年來，由級聯(lián)失效引起的網(wǎng)絡(luò)大面積癱瘓的災(zāi)害屢見不鮮，隨著基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的不斷壯大，網(wǎng)絡(luò)在為國民經(jīng)濟和人民生活、社會發(fā)展提供便利的同時網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性也在增強，這使得研究和控制基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)失效故障傳播的難度不斷增加。本文以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論知識為基礎(chǔ)，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)魯棒性、動態(tài)魯棒性、負載重分配方法以及魯棒性測度等，圍繞著“復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)如何在有限的成本下獲

2、得最強魯棒性”這一問題，從級聯(lián)失效方面出發(fā)，研究了面向級聯(lián)失效的鐵路網(wǎng)增邊優(yōu)化、面向級聯(lián)失效的相依網(wǎng)絡(luò)魯棒性等問題。本文主要的研究成果如下：
　　(1).復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)動態(tài)魯棒性是指網(wǎng)絡(luò)在負載動態(tài)變化情況下的連通性能，網(wǎng)絡(luò)遭遇級聯(lián)失效時，網(wǎng)絡(luò)上邊(節(jié)點)上的負載進行合理的重分配可以在一定程度上緩解或者抑制級聯(lián)失效的傳播。針對實際交通擁堵以及交通舒緩的方法，提出了一種局部負載重分配策略，可以使擁堵路段上造成擁堵的額外負載向鄰近路段進行分配

3、。同時，在魯棒性測度方面，考慮到代數(shù)連通度和自然連通度的不足，本文提出了一種改進的自然連通度，不僅能夠快速敏捷的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在失效情況下網(wǎng)絡(luò)連通性能的變化，而且能明顯區(qū)分網(wǎng)絡(luò)較之于未失效之前的網(wǎng)絡(luò)而言是否連通。
　　(2).鐵路運輸系統(tǒng)特別是中國鐵路運輸系統(tǒng)，在貨物或人員的輸送方面起到至關(guān)重要的作用。本文以中國鐵路交通運輸系統(tǒng)為對象，將其抽象為三種網(wǎng)絡(luò)模型，對其進行組合增邊優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上采用定向混沌排序粒子群優(yōu)化算法進行加邊優(yōu)化，并

4、采用不同的測度進行魯棒性比較。通過在典型網(wǎng)絡(luò)和實際網(wǎng)絡(luò)中的仿真比較可知，DCSD-PSO算法要優(yōu)于BPSO算法，具有可行性和先進性。最后，通過對兩種算法所獲得的最佳網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行級聯(lián)失效仿真，證明了所獲得的拓撲結(jié)構(gòu)具有良好的魯棒性能。
　　(3).由于網(wǎng)絡(luò)之間的耦合作用，相依網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)失效導(dǎo)致的災(zāi)難性后果要遠大于單個網(wǎng)絡(luò)。本文針對相依網(wǎng)絡(luò)耦合強度、子網(wǎng)絡(luò)邊以及耦合邊對網(wǎng)絡(luò)魯棒性影響的問題，首先，基于三種典型網(wǎng)絡(luò)模型以隨機耦合的方

5、式建立對稱和不對稱相依網(wǎng)絡(luò)，針對不同的相依網(wǎng)絡(luò)模型，計算其網(wǎng)絡(luò)臨界成本，比較耦合邊權(quán)值和子網(wǎng)絡(luò)邊權(quán)值對相依網(wǎng)絡(luò)成本的貢獻程度，發(fā)現(xiàn)耦合邊對網(wǎng)絡(luò)的貢獻更大。其次，采用仿真和理論證明的方法，獲得使得網(wǎng)絡(luò)具有最小網(wǎng)絡(luò)成本時的子網(wǎng)絡(luò)負載參數(shù)?值和耦合強度參數(shù)?值，并證明了網(wǎng)絡(luò)成本變化趨勢與該參數(shù)對有關(guān)。最后，以網(wǎng)絡(luò)成本作為魯棒性測度的變量，通過對六種相依網(wǎng)絡(luò)模型進行級聯(lián)失效仿真，給出了網(wǎng)絡(luò)具有最強魯棒性時參數(shù)對的取值，以及網(wǎng)絡(luò)魯棒性與耦合強度之