论文研究 网络化作战中通信网络相继故障规模的降低方法研究.pdf

通过研究网络化作战中通信网络的相继故障现象，找到其规模的降低方法。着眼于网络化作战中通信网络相继故障的主要影响因素，从充分利用网络资源的观点出发，采用基于节点剩余容量的负载重分策略，建立了一个网络化作战中通信网络的相继故障模型，并进行了仿真实验研究。结果表明，与基于节点度的负载重分策略相比，基于节点剩余容量的负载重分策略能降低网络相继故障的规模约10％；同时研究还发现当网络中节点的初始负载不同时，初始负载较小的网络首先进入相继故障状态且相继故障规模较大；另外研究还发现了当网络化作战中的通信网络具有社团结构第12期任俊亮,等:网络化作战中通信网络相继故障规模的降低方渎研究4743·分别采用基于节点剩余容量的负载重分策略和基于节点度的在图4中,当s=1时,网络负载量明显要比具有社团结构贠载重分策略时,对网络中度最大的节点进行攻击后,得到在的无尺度网络小。当s=3时,网络负载量达到最大。由式不同容量系数情况下的G值,如图1所示(图1中曲线是对点(2)可知,当网络中的节点度较均匀时,总的负载量会增大。进行拟合得到的)而社团结构无尺度网络节点度的均匀性要优于不具有社团结在图1中,策略1为基于节点剩余容量的负载重分策略,构的无尺度网络,因此,具有社团结构的无尺度网终能承担更策略2为基于节点庋的负载重分策略。可以看出,采用策略1多的负载。另外,图4也表叨,社团不是越多越好,当社团个数要比采用策略2相继故障的规模降低约10%。达到一定程度后,负载量会逐渐变小,但不会小于不具有社团当故障节点的负载量大于所有邻居节点的剩余容量时,采结构的无尺度网络。用两种负载重分策略中的任意一种总会有新的故障节点出现12000图1说明:基于节点度的负载重分策略只考虑了节点度的大10000st=2sI=2小,不论此时节点的剩余容量如何,总会给度大的节点分配较8000st=s多的负载,这样就使得即使一些度小节点有较多的剩余容量总4000=6和,也可能有新的故障节点出现20002.2不同初始负载的相继故障实验41.61.21.41.61.8实验网络采用BA无尺度网络生成算法生成,其中N图3当网络中有不同社团图4不同社团数量情况下数量时的相继故障网络的负载量L200,(h〉=4,s=1。故障节点的负载重分策略采用基于节点剩余容量的负载重分策略。在每次实验中,采用相同的网络拓3结束语扑结构,只是通过改变α的值,使网络节点具有不同的初始值。不同的α值对应不同的曲线,如图2所示。从以上三个仿真实验分析可知,采用基于节点剩余容量的故障节点负载重分策略与基于节点度的负载重分策略相比,前者能降低网络相继故障的规模约10%。在通常情况下,改变0.70.6网络化作战中通信网络的路由算法要比改变网络拓扑结构或0.6策略10.4提高网络节点的性能花费成本要小,所以这种策略是具有实用0.4策略1价值的。同时研究还发现当网络屮节点的初始负载不同时,初策略2策略2始负载较小的网络首先进入相继故障状态且相继故障规模较1.L.21.31415.6L.71.8191.11.21.31.41.51.61.7T大。这从一个侧面反映了增加通信网络节点的容量能够降低T图1两种负载重分簧略的对比图2不同初始负时网络相继故障的规模。另外,硏究还发现了当通信网络的拓扑无尺庋网络的相继故障结枃貝有社团结构时,相继故障的规模要减小约30%~50%从图2可以看出,随着节点容量系数的减小,初始负载较并且网络能够承担更多的负载,这对网络化作战中通信网络的小(即a值较小)的网络首先进入相继故障过程,且最终的网结构设计具有重要的参考意义。这些结论对网络化作成中通络最大连通图较小。这是由于节点初始负载较小,由式(5)可信网络的研究具有重要意义。知节点容量乜较小,在负载重分过程中,故障节点的邻居节点很有可能因负载过大而导致歆障,从而引起刚络的相继故障。参考文献从整体上看,这样的网络稳定性较差,刚络中的微小扰动就可[1任俊亮,申卵兴,史向峰,通信网络抗毁性评价方法J].空军工程能造成全局崩溃大学学报:自然科学版2010,11(1):70-732]朱涛,常国岑,施笑安,网络中心战的无尺度特性研究J.电光与2.3具有社团结构网络的相继故障控制,2008,15(2):5-7实验网络采用BA无尺度网络生成算法生成,其中I 3 ALBERT R, BARABASI A L. Emergence of scaling in random net200,(k〉=4。网络中社闭规模为N/M,每个社闭中10%的节works[J]. Science,l999(286):509-512点为桥节点(与其他社闭随机连接)。故障节点的鱼载重分策4 ALBERT R, EONG H. BARAbASI A L. EoL ad attack tolerance in略采用基于节点剩余容量的负载重分策略。当网络中具有不complex networks[J. Nature, 2000, 406: 387-482同的社团数量时,G与容量系数T的关系如图3所示。[5]汪小帆,李翔,陈关荧.复杂网络理论及其应用M].北京:清华大学出版社,2006.从图3可以看出,与不具有社团结构的网络相比,当网络[6 ZHAO Liang, PARK K, LAI Ying-cheng. Attack vulnerability of scale具有相同的容量系数时,社团结构的无尺度网终相继故障规模free networks due to cascading breakdown[J. Physical Review E明显变小,尤其是在当谷量系数T较小时,相继故障的规模缩2004,70(H):035101(1-4)小约30%~50%。这是由于社团结构的无尺度网络,虽然与[7] WANG Wen-xn, LAI Ying-heng. Abnormal cascading on complex不具有社团结构的无尺度网络有相同的平均度,但网络的异质networks. Physical Review E, 2009, 80(2): 036109(1-6)性( inhomogeneous)有所改善。当相继故障发生时,很可能只8]HMEP. Edge overload breakdown in evolving networks[ J]. Phys发生在了某个社团内部而不会波及到整个网络。这是使其在cal review e,2002.66(3):036119(1-6)具有较小的节点容量时,网络发生相继故障后也能保持较大的[9 YANG Rui, WANG Wen-xu. Optimal weighting scheme for suppres-最小连通子图的主要原因。网络屮的节点度越趋于平均,它的sing cascades and traffic congestion in complex networks[ J. Physi相继故障规模就越小。这与以前的研究结果是一致的。cal review e,2009,79(2):026112(1-6)[10 MOTTER A E. Cascade based attacks on complex networks [J从图3还可以看出,当网络具有不同的社团结构数时,相继故Physica| Review E,2002,66(6).065102(1-4)障的最终结果也是不冋的。社团数量越多,它的相继故障规模1]王建伟,荣莉莉,基于负荷局城择优重新分配原则的复柰风络上相对而言就会比较小。此时,网络的负载L如图4所示的相继詼障丨J.物理学报,2009,58(6):3714-3721