基于级联失效模型的异质网络脆弱性分析

发布时间：2017-06-29 11:23

  本文关键词：基于级联失效模型的异质网络脆弱性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：异质网络模型是对众多基础设施异质特性的概括,对其脆弱特性的研究有利于更加高效地发觉基础设施中意想不到的薄弱环节,针对其薄弱环节加强防护,从而提高整个基础设施的稳定性与抗毁性。故障传递演化的内在机理是异质网络变得脆弱的根源,经典的级联失效模型没有考虑节点负载状态的变化,不能实时地依据节点状态进行负载重分配。本文以构建基于异质网络的级联失效模型为基础,在引入基于节点状态演化的负载重分配方式的基础上,提出基于此级联失效模型的节点重要性评估方法,使用三种典型失效方法从不同侧面对异质网络的脆弱特性进行全面的分析,在脆弱性分析结果的基础上,找出了异质网络的健壮性参数,然后基于此健壮参数,对节点重要性排序结果进行效果分析。论文的主要工作和创新点:(1)提出基于马尔科夫过程的异质网络级联失效模型。在总结基础设施异质特性的基础上,提出能够反映其异质特性的异质网络模型。之后引入马尔科夫过程理论对异质网络级联失效过程中节点和连边所处的状态:初始状态、故障积累状态、失效状态以及相应的状态转移过程和触发原因进行形式化建模,使异质网络的级联失效过程得到形式化表示。(2)提出基于节点状态演化的重分配模型以及节点重要度评估方法。在上述异质网络级联失效模型的基础上,提出了一种能够实时跟踪节点负载状态,继而根据节点状态来重分配节点负载的重分配模型,并基于美国航空网络对其参数进行分析,同时基于上述负载重分配模型提出节点重要度的评估方法,根据重要度排序结果对节点失效产生的级联失效规模进行验证。(3)基于提出的负载重分配模型及重要度评估方法对异质网络进行脆弱性分析,对其级联失效的内在机理进行实验探索。在给出异质网络级联失效脆弱性测度的基础上以四种典型的异质网络为实例,应用三种失效方式分别对这些网络上的级联失效过程进行脆弱性分析,在找出使得基于这种新的负载重分配方式的网络具有更高健壮性的参数的基础上,使用重要度评价方法对这些网络进行节点重要性排序,同时对排序结果进行效果实验。
【关键词】：异质网络模型 级联失效 状态演化 重要度评价 脆弱性
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O157.5
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 研究现状13-21
• 1.2.1 级联失效模型研究现状13-17
• 1.2.2 节点重要性评估研究现状17-19
• 1.2.3 网络脆弱性分析研究现状19-21
• 1.3 本文主要工作21-22
• 1.4 论文组织结构22-24
• 第二章 基于马尔科夫过程的异质网络级联失效模型24-34
• 2.1 异质网络24-26
• 2.2 马尔科夫过程理论26-27
• 2.2.1 马尔科夫过程26
• 2.2.2 转移概率函数26-27
• 2.3 级联失效过程状态27-30
• 2.3.1 初始状态28
• 2.3.2 故障积累状态28-29
• 2.3.3 失效状态29-30
• 2.4 状态转移过程30-33
• 2.4.1 触发故障30
• 2.4.2 信息流重分配30-31
• 2.4.3 状态转移31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 基于节点状态演化的重要度评价方法34-42
• 3.1 基于节点状态演化的级联失效模型34-38
• 3.1.1 节点状态34-35
• 3.1.2 负载重分配方式35-36
• 3.1.3 初始负载36
• 3.1.4 容量模型36-37
• 3.1.5 重分配方式效果分析37-38
• 3.2 基于节点状态演化的节点重要度评估38-40
• 3.2.1 重要度评价指标38-39
• 3.2.2 重要度评估算法39-40
• 3.3 基于节点状态演化的节点重要度评估分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 考虑级联效应的异质网络脆弱性分析42-62
• 4.1 基于级联失效的脆弱性分析方法42-45
• 4.1.1 基于级联失效的动态脆弱性测度42-43
• 4.1.2 脆弱性分析方法43-44
• 4.1.3 脆弱性分析算法44-45
• 4.2 脆弱性分析实例45-55
• 4.2.1 数据集45-47
• 4.2.2 不同失效方式下网络脆弱性分析47-55
• 4.3 基于重要度评估的脆弱性分析55-61
• 4.3.1 重要度排序55-59
• 4.3.2 基于重要度优先失效的级联影响59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 工作总结及意义62-63
• 5.2 未来工作与展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 作者在学期间取得的学术成果69-70
• 附录A 攻读硕士学位期间参加科研情况70

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