复杂网络抗攻击能力优化问题的研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:monkey825
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随着互联网技术的蓬勃发展及其日益广泛地被应用于人们的日常生活,网络攻击事件层出不穷,如银行客户信息泄漏、联想平板低价遭哄抢、根服务器故等,因此加强网络保护、构建高鲁棒性的网络系统至关重要。复杂网络作为有力工具能够很好地刻画真实世界中复杂系统的结构特征和典型动力学行为;复杂网络的攻击和保护问题成为相关领域的一个研究热点。本文在复杂网络大背景下,综合应用数理统计、控制、计算机仿真等多学科领域知识,围绕“如何提升网络的抗攻击能力”、“网络抗攻击能力与同步能力的关系”、“聚簇系数对相依网络结构脆弱性的影响”这三个问题展开了深入研究,并取得了如下创新性研究成果:(1)基于模拟退火算法的网络抗攻击能力优化研究基于网络抗攻击能力优化问题,给出了调整网络结构的保度边交叉重连方法,建立了优化模型,将网络抗攻击能力优化问题转化为单目标组合优化问题,紧接着在求解单目标组合优化问题中引入了模拟退火算法,以求得全局范围内的最优解,最后通过数值仿真实验验证了优化算法的有效性。同时,还记录分析了结构优化过程中重要的结构特征参数的变化规律。(2)onion-like结构的动态无标度网络同步能力分析首先对网络的抗攻击能力进行了优化,观察发现,优化后的网络拓扑结构呈onion-like状,即度大的节点组成核心且从内层到外层节点度值依次递减;然后研究了具有onion-like结构的动态无标度网络同步稳定性。数值仿真结果表明随着网络抗攻击能力的提升,其同步能力会减弱。同时,分析了onion-like结构网络的两个典型结构参数,平均路径长度和度相配系数,从理论角度解释了抗攻击能力提升同时同步能力减弱的原因。(3)可调聚簇系数的相依网络结构脆弱性分析聚簇系数是影响网络性能的重要参数之一,提出了聚簇系数可调的相依无标度网络模型并采用了一种更为现实的攻击策略---针对度大节点的蓄意攻击。综合考虑了聚簇性和相依偏好两方面的因素,数值仿真结果表明两个网络之间相依边的存在使得网络抗攻击能力变弱,且高聚簇性会使得相依无标度网络系统更加脆弱。进一步来说,对全相依网络而言,异配型网络抗随机攻击能力最弱,但是随机型和同配型网络基本没有差别。此外,仿真结果表明相依度的增加会加剧整个系统的脆弱性。
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