一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域，具體設(shè)及到考慮級(jí)聯(lián)失效的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性，特 別是引入了節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化機(jī)制的節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有關(guān)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效模型的負(fù)載重分配策略主要可W分為全局負(fù)載重分 配策略、局部負(fù)載重分配策略W及混合負(fù)載重分配策略。全局重分配策略包括等效增量策 略、平均分配策略、隨機(jī)分配策略。等效增量策略突出了級(jí)聯(lián)失效過(guò)程中的全局特性，即當(dāng) 網(wǎng)絡(luò)中的任意元素失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的其他元素均將獲得等量負(fù)載的增加，并且增加的負(fù)載 與失效的元素負(fù)載無(wú)關(guān)，僅與初始的給定值有關(guān)；平均分配策略在突出級(jí)聯(lián)失效過(guò)程中負(fù) 載重新分配全局特性的同時(shí)，引入了負(fù)載增量與失效節(jié)點(diǎn)負(fù)載存在關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò) 中任意元素失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其他完好的元素均將獲得等量的負(fù)載增量，且其增量是由失效 元素負(fù)載等分而來(lái)的；隨機(jī)分配策略同樣關(guān)注級(jí)聯(lián)失效過(guò)程中的負(fù)載重分配的全局特性， 主張負(fù)載增量與失效節(jié)點(diǎn)負(fù)載存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，但是其增量是隨機(jī)的而不是平均的，即當(dāng)網(wǎng) 絡(luò)中的任意元素失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其它完好的元素均會(huì)獲得負(fù)載增量，且其分布具有隨機(jī)性， 并且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有元素負(fù)載增量的累積等于原有失效元素的負(fù)載；最近鄰重分配策略考 慮了網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程W及網(wǎng)絡(luò)中信息流的異質(zhì)權(quán)重特性，級(jí)聯(lián)失效過(guò)程由初始擾動(dòng)誘 發(fā)，失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載向周?chē)?jié)點(diǎn)擴(kuò)散，周?chē)?jié)點(diǎn)的負(fù)載增量按其節(jié)點(diǎn)的負(fù)載在周?chē)?jié)點(diǎn)所 有負(fù)載中所占的比例進(jìn)行分配。
[0003] 現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方案采用最近鄰重分配策略，該策略考慮了網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程W及網(wǎng) 絡(luò)中信息流的異質(zhì)權(quán)重特性，級(jí)聯(lián)失效過(guò)程由初始擾動(dòng)誘發(fā)，失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載向周?chē)?jié)點(diǎn) 擴(kuò)散，周?chē)?jié)點(diǎn)的負(fù)載增量按其節(jié)點(diǎn)的負(fù)載在周?chē)?jié)點(diǎn)所有負(fù)載中所占的比例進(jìn)行分配。 基于上述最近鄰重分配策略，現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法考慮了過(guò)載機(jī)制下的節(jié)點(diǎn)重要性 演化，隨著網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)失效引起的負(fù)載重新分配導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)負(fù)載的不斷變化，其重要性逐步 演化。
[0004] 現(xiàn)有的復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)（例如電力網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)、能源運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)）級(jí)聯(lián)失效模型中 負(fù)載重分配策略大部分依據(jù)節(jié)點(diǎn)初始負(fù)載進(jìn)行近鄰重分配，失效節(jié)點(diǎn)的負(fù)載向周?chē)?jié)點(diǎn)擴(kuò) 散，周?chē)?jié)點(diǎn)的負(fù)載增量按其節(jié)點(diǎn)的負(fù)載在周?chē)?jié)點(diǎn)所有負(fù)載中所占的比例進(jìn)行分配，并 沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)負(fù)載的變化情況，或者僅僅考慮了節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)負(fù)載的變化忽略了節(jié)點(diǎn)負(fù)載 的再轉(zhuǎn)移情況，從而使得網(wǎng)絡(luò)抵抗級(jí)聯(lián)失效的能力較低。該種重分配策略在只有初始負(fù)載 信息而沒(méi)有實(shí)時(shí)的局部負(fù)載信息的條件下具有一定的合理性。但是現(xiàn)有大部分的基礎(chǔ)設(shè)施 網(wǎng)絡(luò)均具有監(jiān)督機(jī)制，能夠?qū)崟r(shí)掌握周?chē)?jié)點(diǎn)負(fù)載的變化情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明基于上述問(wèn)題，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的負(fù)載重分配策略，重分配 策略中不僅考慮了節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)負(fù)載變化情況，而且考慮了節(jié)點(diǎn)負(fù)載的再轉(zhuǎn)移情況，該種重 分配策略能夠充分利用全局的節(jié)點(diǎn)負(fù)載信息，實(shí)時(shí)分配負(fù)載，增強(qiáng)了整個(gè)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)抵抗級(jí) 聯(lián)失效的能力，并且在該種策略的基礎(chǔ)上，提出了一種新的節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，依據(jù)此評(píng) 估結(jié)果可W重點(diǎn)保護(hù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抵抗級(jí)聯(lián)失效的能力。具體技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟一：輸入復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的度；
[0008] 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包括相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)W及連邊，節(jié)點(diǎn)的度由與該節(jié)點(diǎn)相連接的連邊累計(jì)而 得；
[0009] 步驟二：根據(jù)初始負(fù)載模型W及極限容量模型，計(jì)算復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的初始 負(fù)載和極限容量，并初始化級(jí)聯(lián)失效級(jí)數(shù)t= 1，t為整數(shù)；
[0010] 初始時(shí)刻節(jié)點(diǎn)負(fù)載為：
[0011] 化/化 > 0)，i= 1，2,...，N
[001引其中，i表示節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)i的初始負(fù)載，k康示節(jié)點(diǎn)i的度，b和a為調(diào)節(jié)參 數(shù)，N表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)；
[0013] 極限容量表示為：
[0014] (l+e)Fi°，i= 1，2，...，N，
[0015] 。表示節(jié)點(diǎn)i的極限容量，i表示節(jié)點(diǎn)編號(hào)，0表示網(wǎng)絡(luò)的最大忍受度，0 > 0且 為常數(shù)。
[0016] 步驟S;計(jì)算節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)包 括此時(shí)節(jié)點(diǎn)自身的剩余負(fù)載容納能力和相鄰節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載容納能力，統(tǒng)計(jì)級(jí)聯(lián)失效t級(jí) 時(shí)的所有失效節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)nt;
[0017] 節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后自身的剩余負(fù)載容納能力：
[0018]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一：輸入復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的度； 步驟二：根據(jù)初始負(fù)載模型以及極限容量模型，計(jì)算復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的初始負(fù)載 和極限容量，并初始化級(jí)聯(lián)失效級(jí)數(shù)t= 1，t為整數(shù)； 步驟三：計(jì)算節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)包括此 時(shí)節(jié)點(diǎn)自身的剩余負(fù)載容納能力和相鄰節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載容納能力，統(tǒng)計(jì)級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)的 所有失效節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n% 步驟四：計(jì)算級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)由單個(gè)失效節(jié)點(diǎn)的引起的節(jié)點(diǎn)負(fù)載更新； 步驟五：計(jì)算級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)由所有失效節(jié)點(diǎn)引起的節(jié)點(diǎn)負(fù)載更新； 步驟六：計(jì)算整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)級(jí)聯(lián)失效過(guò)程的過(guò)載崩潰節(jié)點(diǎn)的數(shù)目以及失效節(jié)點(diǎn)比 例。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，其特 征在于，所述步驟二的具體過(guò)程為： 初始時(shí)刻節(jié)點(diǎn)負(fù)載為：
其中，i表示節(jié)點(diǎn)，if為節(jié)點(diǎn)i的初始負(fù)載，1^表示節(jié)點(diǎn)i的度，b和a為調(diào)節(jié)參數(shù)，N 表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)； 極限容量表示為：
(^表示節(jié)點(diǎn)i的極限容量，i表示節(jié)點(diǎn)編號(hào)，0表示網(wǎng)絡(luò)的最大忍受度，0多0且為常 數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，其特 征在于，所述步驟三的具體過(guò)程為： 節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后自身的剩余負(fù)載容納能力：
節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)：
其中，f"1表示節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t-1級(jí)時(shí)的負(fù)載；i,j表示節(jié)點(diǎn)編號(hào)，欠表示節(jié)點(diǎn)i 在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)，f表示節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的剩余負(fù)載容納能力，r,表示 節(jié)點(diǎn)i的鄰接節(jié)點(diǎn)集合，y為權(quán)重參數(shù)； 初始化nt= 0,當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的負(fù)載時(shí)，認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)過(guò) 載，貝U此時(shí)失效節(jié)點(diǎn)i自身負(fù)載變?yōu)?,更新nt=n1+1 ;直至所有節(jié)點(diǎn)iG1，2,. . .，N均遍 歷完，得出t級(jí)時(shí)的過(guò)載節(jié)點(diǎn)數(shù)目n%若nt= 0,則整個(gè)級(jí)聯(lián)失效過(guò)程結(jié)束，轉(zhuǎn)至步驟六，否 貝1J，進(jìn)入步驟四。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，其特 征在于，所述步驟四的具體過(guò)程為： 設(shè)級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后某個(gè)節(jié)點(diǎn)e1.2.....Y失效，其中，產(chǎn)表示級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)的 所有失效節(jié)點(diǎn)，乂表示級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)失效節(jié)點(diǎn)中第h個(gè)失效節(jié)點(diǎn)，更新由單個(gè)節(jié)點(diǎn)引起 的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的負(fù)載； 當(dāng)節(jié)點(diǎn)i為失效節(jié)點(diǎn)/丨丨的鄰接節(jié)點(diǎn)時(shí)
，其中，f/-1為更新之 前的負(fù)載，為更新之后的負(fù)載，為更新時(shí)的增量
； 其中，「&為節(jié)點(diǎn)叉的鄰接節(jié)點(diǎn)集合，&為失效節(jié)點(diǎn):在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的負(fù)載， 叉je「,」為相鄰節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)； 當(dāng)節(jié)點(diǎn)i不是失效節(jié)點(diǎn)的鄰接節(jié)點(diǎn)時(shí)，，節(jié)點(diǎn)負(fù)載值保持不變。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，其特 征在于，所述步驟五的具體過(guò)程為： 設(shè)產(chǎn)表示級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)的所有失效節(jié)點(diǎn)，乂表示級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)失效節(jié)點(diǎn)中第h個(gè) 失效書(shū)古，V弄示級(jí)滕生效t級(jí)時(shí)的所有失效節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，
，記此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效級(jí)數(shù)為T(mén)，將級(jí)聯(lián)失效級(jí)數(shù)t自增加 1級(jí)，即t=t+1，返回步驟三。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點(diǎn)狀態(tài)演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，其特 征在于，所述步驟六的具體過(guò)程為： 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)級(jí)聯(lián)失效過(guò)程的過(guò)載崩潰節(jié)點(diǎn)的數(shù)目n:
失效節(jié)點(diǎn)比例L: L=n/N, 其中，nt為級(jí)聯(lián)失效第t級(jí)的失效節(jié)點(diǎn)數(shù)目，N表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域，具體涉及到考慮級(jí)聯(lián)失效的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估方法，包括步驟一：輸入復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，計(jì)算出相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的度；步驟二：根據(jù)初始負(fù)載模型以及極限容量模型，計(jì)算復(fù)雜負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的初始負(fù)載和極限容量，并初始化級(jí)聯(lián)失效級(jí)數(shù)t＝1；步驟三：計(jì)算節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)i在級(jí)聯(lián)失效t級(jí)后的狀態(tài)包括此時(shí)節(jié)點(diǎn)自身的剩余負(fù)載容納能力和相鄰節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載容納能力，統(tǒng)計(jì)級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)的所有失效節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)nt；步驟四：計(jì)算級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)由單個(gè)失效節(jié)點(diǎn)的引起的節(jié)點(diǎn)負(fù)載更新；步驟五：計(jì)算級(jí)聯(lián)失效t級(jí)時(shí)由所有失效節(jié)點(diǎn)引起的節(jié)點(diǎn)負(fù)載更新；步驟六：計(jì)算整個(gè)網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)級(jí)聯(lián)失效過(guò)程的過(guò)載崩潰節(jié)點(diǎn)的數(shù)目以及失效節(jié)點(diǎn)比例。
【IPC分類(lèi)】H04L12-803, H04L12-877, H04L12-917, H04L12-813
【公開(kāi)號(hào)】CN104811397
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510129230
【發(fā)明人】程光權(quán), 陸永中, 黃金才, 馮旸赫, 修保新, 陳超, 陳灑然, 謝福利
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日