復雜網(wǎng)絡的拓撲生存性與數(shù)據(jù)傳輸相關問題研究.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展和社會文明的進步，涌現(xiàn)出了許多大規(guī)模網(wǎng)絡，如互聯(lián)網(wǎng)、P2P網(wǎng)絡等。由于這些網(wǎng)絡與我們的日常生活密切相關，深入研究此類網(wǎng)絡的拓撲生存性和數(shù)據(jù)傳輸具有重要的意義。近年來，采用復雜網(wǎng)絡理論對各種大規(guī)模網(wǎng)絡進行研究已經(jīng)成為一種必然趨勢。因為研究的對象不是小規(guī)模或結構簡單的網(wǎng)絡，復雜網(wǎng)絡的分析方法也不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡研究分析方法。它關注的是節(jié)點之間的微觀相互作用所導致的宏觀現(xiàn)象以及系統(tǒng)中個體之間的相互作用。隨著研究的不斷深入，復雜

2、網(wǎng)絡研究已經(jīng)滲透到各個學科領域，推動了信息學科與其它學科的交叉和發(fā)展。
　　研究復雜網(wǎng)絡的最終目標是理解網(wǎng)絡拓撲如何影響網(wǎng)絡上的各種動力學過程，包括數(shù)據(jù)傳輸、博弈過程等。拓撲生存性和數(shù)據(jù)傳輸是其中非常重要的研究內(nèi)容。本論文運用圖論、統(tǒng)計物理學以及計算機模擬等方法，從復雜網(wǎng)絡的拓撲生存性和數(shù)據(jù)傳輸這兩個方面進行了相關的分析與研究。所取得的主要研究成果如下:
　　(1)基于節(jié)點度的邊補償模型
　　大多數(shù)復雜網(wǎng)絡拓撲生存性的

3、研究都是通過重新設計網(wǎng)絡的拓撲以獲得最佳的生存性，但是已具有一定規(guī)模的網(wǎng)絡很難按照設計的拓撲進行大規(guī)模的改造，而對其進行較小的改動卻是可行的。本文提出了一種基于節(jié)點度的邊補償模型。該模型通過添加一定數(shù)量的新邊重構網(wǎng)絡拓撲，提高無標度復雜網(wǎng)絡對蓄意攻擊的生存性。特別是當新邊傾向于與度最小的節(jié)點相連時，可以最大程度地提高網(wǎng)絡的崩潰閾值。此外，本文還研究了邊信息對該模型的影響。仿真結果表明，只要隱藏少量新邊的信息就可以大幅提高無標度復雜網(wǎng)絡抵

4、抗蓄意攻擊的能力。
　　(2)兩層復雜網(wǎng)絡流量模型
　　以前的文獻大多基于單層的網(wǎng)絡流量模型研究復雜網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，但是許多大規(guī)模復雜系統(tǒng)都具有兩層或者多層的網(wǎng)絡結構。本文引入分層的概念，首次提出了一種兩層復雜網(wǎng)絡流量模型。通過比較四種基于ER隨機網(wǎng)絡模型和BA無標度網(wǎng)絡模型所生成的兩層復雜網(wǎng)絡，發(fā)現(xiàn)了兩層復雜網(wǎng)絡的物理層拓撲對網(wǎng)絡容量的影響要遠大于邏輯層拓撲。特別是具有同構物理層拓撲的兩層復雜網(wǎng)絡對擁塞具有更好的容忍性。但是

5、在沒有發(fā)生擁塞的自由流態(tài)時，邏輯層或者物理層拓撲的異構性可以使得兩層復雜網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸更有效率。
　　(3)基于節(jié)點度的兩層復雜網(wǎng)絡靜態(tài)權重路由策略
　　提出了一種基于節(jié)點度的兩層復雜網(wǎng)絡靜態(tài)權重路由策略。該路由策略按照物理層節(jié)點度和策略參數(shù)?設置邏輯層鏈路的權重，并選擇權重最小的邏輯層路徑作為數(shù)據(jù)包的路由路徑。通過研究兩層復雜網(wǎng)絡中流量從自由流態(tài)到擁塞態(tài)的相變特性，并以此特性為標準刻畫不同路由策略下的網(wǎng)絡容量，發(fā)現(xiàn)了最優(yōu)策

6、略參數(shù)的取值只與兩層復雜網(wǎng)絡的拓撲結構有關，而與網(wǎng)絡規(guī)模無關。與最短路徑路由策略相比，該路由策略可以有效地提高兩層復雜網(wǎng)絡的網(wǎng)絡容量，并達到緩解擁塞的效果。
　　(4)基于隊列長度的兩層復雜網(wǎng)絡動態(tài)權重路由策略
　　提出了一種基于隊列長度的兩層復雜網(wǎng)絡動態(tài)權重路由策略。該路由策略將邏輯層鏈路的權重設置為正比于其映射在物理層上的節(jié)點的隊列長度之和，并按照隊列長度的變化動態(tài)更新鏈路權重，最后選擇權重最小的邏輯層路徑作為路由路徑。