互聯(lián)網(wǎng)宏觀拓撲度相關(guān)及社團特征研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)作為一種典型的大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，近年來發(fā)展迅速，面對龐大且復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)，研究人員不能僅僅停留在單純對技術(shù)細節(jié)的追求上，同時還要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的宏觀拓撲結(jié)構(gòu)。只有對拓撲特征量及其相互聯(lián)系進行深入的了解，才能更好地建設(shè)與發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)。對Internet宏觀拓撲結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)行為分析及建模研究，可以幫助人們更好地理解Internet拓撲結(jié)構(gòu)以及動態(tài)行為的特點，這對當前以及下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實施及與Internet有關(guān)的性能研究都將產(chǎn)生巨大的

2、促進作用。本文結(jié)合目前研究工作的現(xiàn)狀，考慮當前互聯(lián)網(wǎng)的實際情況與下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，主要研究互聯(lián)網(wǎng)宏觀拓撲的三個方面:社團結(jié)構(gòu)及連接偏好特征、基于連接偏好的病毒傳播行為、互聯(lián)網(wǎng)社團建模。
　　現(xiàn)今的互聯(lián)網(wǎng)拓撲建模方法雖然能夠形成越來越全面的拓撲模型，但卻無法準確體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)社團結(jié)構(gòu)，因此本文給出一種參數(shù)可變的互聯(lián)網(wǎng)拓撲模型。通過對互聯(lián)網(wǎng)最新拓撲數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中高度值節(jié)點影響力下降，伴隨拓撲中多種性質(zhì)程度減弱，互聯(lián)網(wǎng)正在變得

3、扁平化。對社團結(jié)構(gòu)內(nèi)部的連接規(guī)律及節(jié)點行為特征進行詳細考察，發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)社團結(jié)構(gòu)具有高模塊度、粗粒度、不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模影響等特點?？偨Y(jié)規(guī)律后給出參數(shù)式拓撲演化模型，通過實驗證明該模型很好的還原了互聯(lián)網(wǎng)常用拓撲特征及社團結(jié)構(gòu)特征。
　　目前互聯(lián)網(wǎng)拓撲特征及動態(tài)行為分析常采用多角度全面統(tǒng)計，為避免眾多統(tǒng)計度量所產(chǎn)生的各自的片面性、多余的復(fù)雜性以及不必要的計算代價，本文通過度相關(guān)系數(shù)刻畫網(wǎng)絡(luò)整體的連接偏好特征，并結(jié)合類別豐富且具有足夠數(shù)據(jù)量的

4、真實網(wǎng)絡(luò)拓撲作為分析對象。通過最大加權(quán)匹配(MWM)和度值不變重連(DPR)兩種算法連續(xù)地改變給定網(wǎng)絡(luò)的度相關(guān)系數(shù)，結(jié)合規(guī)則網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)等特殊拓撲的性質(zhì)分析，論述了度相關(guān)系數(shù)與拓撲結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。并利用這些方法研究了度相關(guān)系數(shù)與社團結(jié)構(gòu)、最短路徑等其他拓撲特征之間的相互聯(lián)系。接下來對Internet AS級、路由級和IP級拓撲進行了度相關(guān)性分析。為了觀察不同層次節(jié)點的度相關(guān)特征，對互聯(lián)網(wǎng)進行k-核解析并計算各核的度相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)互聯(lián)剛

5、拓撲的異配特征具有弱化趨勢。此外，互聯(lián)網(wǎng)各層級拓撲具有各自不同的度相關(guān)特征。
　　針對互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模較大、各種特征復(fù)雜交錯的特點，為避免過多特征量的干擾，在不改變網(wǎng)絡(luò)度分布的前提下，基于度相關(guān)系數(shù)變化對網(wǎng)絡(luò)病毒傳播特征進行仿真。定性分析結(jié)果表明，同配網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播速度較慢、穩(wěn)態(tài)感染率較低，但傳播臨界也更低，而異配網(wǎng)絡(luò)上的病毒傳播則呈現(xiàn)相反的特征。定量分析結(jié)果表明，隨著有效傳播率的增大，度相關(guān)系數(shù)對穩(wěn)態(tài)感染率的影響存在明顯的相變過程?；?/p>

6、聯(lián)網(wǎng)AS級拓撲具有較明顯的異配特征和社團結(jié)構(gòu)，因此對其病毒抑制一方面應(yīng)該注重不同子團之間的隔絕，另一方面應(yīng)防止大面積擴散。上述研究結(jié)果也表明對網(wǎng)絡(luò)病毒的抑制應(yīng)該結(jié)合實際的拓撲結(jié)構(gòu)和防治目標綜合考慮。同時，為提高同配和異配網(wǎng)絡(luò)的免疫效果，針對目標免疫和熟人免疫提出一種混合免疫策略，該策略對熟人免疫和目標免疫分別加以改進，實驗表明表明該策略能夠有效地降低傳播速度和穩(wěn)態(tài)感染率。
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，其IP級和路由級拓撲數(shù)據(jù)量變得越

7、來越巨大，對其進行社團劃分、病毒傳播仿真等復(fù)雜度較高的計算也將變得越來越困難。因此本文提出加權(quán)社團覆蓋網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念與計算方法，并將其作網(wǎng)絡(luò)中不同粒度拓撲的量化手段，從而定性分析互聯(lián)網(wǎng)各層級拓撲及加權(quán)相關(guān)性?；诖罅烤W(wǎng)絡(luò)樣本的統(tǒng)計規(guī)律表明，同原始網(wǎng)絡(luò)相比，社團結(jié)構(gòu)所形成的覆蓋網(wǎng)絡(luò)具有更明顯的異配特征和弱化的社團結(jié)構(gòu)。利用加權(quán)社團覆蓋網(wǎng)絡(luò)對互聯(lián)網(wǎng)IPV4和IPV6拓撲的量化分析可知，互聯(lián)網(wǎng)路由級拓撲具有更加明顯的社團結(jié)構(gòu)。此外，從定性角度得