无标度网络及因特网的抗毁性研究

发布时间：2019-11-03 04:40

【摘要】：复杂网络在自然界和人类社会中广泛存在,如如神经网络、蛋白白质网络、因特网、电力网等,是研究自然界和人类社会中各种复杂系统结构与功能的重要工具。近年来,复杂网络的研究在许多领域都取得了重大成果。随着对复杂网络的研究不断深入,结合互联网安全备受关注的大形势,网络的抗毁性优化成为了新的研究热点。由于现实生活中大多数网络,比如道路交通网、因特网等,都具有无标度特性。而无标度网络中少量节点具有大量连接的特性,使得其在面对蓄意攻击、扩散式攻击等恶意攻击时十分脆弱。因此,研究无标度网络在恶意攻击下的抗毁性优化方法，对于真实世界网络的抗毁性提高具有较好的指导意义与价值。本文旨在通过简单有效的网络改造策略对现有的无标度网络进行改进,用最小的改进代价换取网络抗毁性的最大提升,从而达到优化现有网络的目的。通过计算机仿真分析模拟三种不同攻击模式(随机攻击,蓄意攻击,扩散式攻击)对优化前后网络的攻击,并记录攻击过程中网络性能的变化,与未优化网络进行比较,以此评估所提出策略的有效性与可行性。本文的工作主要围绕以下三:个部分:第一部分基于核心节点的划分,提出了三种网络增连接策略,在轻微改变网络结构与度分布的情况下,通过理论分析、量化不同策略对现有网络结构的影响,以及计算机仿真动态攻击评估,对三种策略对网络抗毁性提升的效果进行了分析比较,综合评价出最佳策略。第二部分基于节点的度进行网络分层,以及网络同配系数的变化,提出了两种重连接策略,在仅改变网络内部结构而不改变网络度分布的情况下,通过理论分析、量化不同策略对现有网络结构的影响,以及计算机仿真.动态攻击评估,对两种策略对网络抗毁性提升的效果进行了分析比较,综合评价出最佳策略。结介前丙部分的内容,本文还对增连接策略与重连接策略在具有不同平均度的网络上进行了对比研究,从而得出在增加/重连接数量一致的情况下,重连接策略的效果优于增连接策略,但网络平均度越大,两种策略之间的差异越小。由于增连接与重连接对资源和成本的要求因实际情况而异,因此本文的结论可以用于在不同实际情况下,根据不同需求来指导最佳策略的选择,从而更加有效的提升网络的抗毁性。第三部分主要针对因特网的抗毁性,采用模拟因特网结构的合成网络与真实因特网数据,研究了前两部分中所选择的最佳策略对因特网抗毁性在三种不同攻击模式下的提升效果。计算机仿真结果显示了此两种最佳策略对因特网的抗毁性具有较好的提升,同时,总体上来说重连接策略的效果优于增连接策略。此研究结果对实际情况下因特网的模型改造也具有一定的指导意义与实用价值。本文的工作具有一定的创新型与实用性,将复杂网络抗毁性研究与真实因特网抗毁性提升相结合,并取得了初步成果.未来的研究可以在此基础上进行抗毁性策略的进一步优化,在多种真实网络上进行抗毁性测试,进而有望应用于车载移动网络、无线传感器网络、物联网等真实网络的抗毁性能优化。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP393.0

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本文编号：2554904