[发明专利]一种新型网络的设计方法

说明书

1.技术领域

本发明涉及对人们生活、学习、工作等有重要影响的网络同步通讯的设计方法。

2.背景技术

人们通常一提到网络通讯就会想到由多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信，也同时会想到与我们工作、生活、学习密切相关、几乎覆盖了整个世界范围，集新闻、通信、娱乐、资源共享于一体，当今世界上最大的计算机网络——Internet。其实不然，所谓的网络是由节点和连线组成，这里节点和连线是广义的，其中节点表示的是系统的元素，两节点的连线表示元素之间的相互作用。尽管定义看似简单，但是网络却能够呈现高度的复杂性。自从1998年6月和1999年10月在国际知名杂志Nature和science上发表的两篇文章《“小世界”网络的群体动力行为》和《随机网络中的标度的涌现》，标志着网络的研究进入了一个新时代。通过大量的数据、信息、资料显示我们通常熟悉的WWW、Internet、社会关系网络、经济网络、电力网络、交通网络、通讯网络、合作网络、疾病传播网络、神经网络等等，都具有一种称为是无标度的特性。而正是网络的这种小世界和无标度的特性能够充分解释网络信息传递的拥塞，疾病传播迅速，电力中断导致重大灾害等社会现象。这里我们尤其关注的是如何增加具有小世界特性的WS网络和具有无标度特性的BA网络的信息通讯快捷，尽量避免拥塞现象出现的问题。

网络是由节点组成，网络信息的传播主要体现在节点的连接方式上，通过节点不断的连接继而形成网络。研究人员称节点之间的连接为Laplacian矩阵，在我们的研究中，我们简写为L。一个重要的发现就是矩阵L的最大与最小特征值比，就可以代表网络的同步通讯的能力，即特征值比越小就代表网络同步通讯的能力就越强。描述一个网络结构有几个基本概念：平均路径长度、据类系数、最大介数和度分布。现有的研究显示小世界网络和无标度网络比规则格子容易同步信息传递得多。因此，人们普遍认为小的特征路径长度(用平均路径长度表示)有利于提高网络的信息传递。然而，有的研究指出网络的同步通讯能力，在网络的节点度分布变得不均匀时，可能会受到抑制，即便同时网络的特征路径长度变小。而均匀的度分布则预示着更强的同步通讯能力。研究人员研究了几种网络结构因素，包括平均距离、度的均匀性和介数对于WS(一种小世界网络的常用模型)网络的同步通讯能力的影响。研究认为网络的最大介数(maximal betweenness)是表征网络同步通讯能力的合适的量。在网络研究中，网络程长的概念，被用来描述网络中的边的不同性：连接两个节点i和j(i≠j)的边lij的程长，为了说明我们的技术方法，我们用Rij表示为是将边lij去掉后，节点i与j之间的最短距离。根据上述，程长与网络中的环长密切相关：程长Rij为边lij所在的最小环的环长减1。通过对网络连边进行基于程长大小的攻击(可以导致网络的中断或瘫痪等现象)发现，与度分布相对均匀的WS和ER随机网络的性质不同，在无标度网络中，是短程边而不是长程边对于网络的短的特征路径长度起到更重要的作用。研究针对于几种网络，包括随机图、小世界和无标度网络使用重连边的方法以实现同步通讯能力最优的网络。研究发现，不论初始网络结构如何，得到的最优网络，由于其结构的特点称为是交织网络(entangled network)具有一种共同的结构特性：网络中的小环消失了，即在最优网络中，环长的分布变得狭窄，而具有大的平均值。

上述结果自然地会引起关于网络程长的一些问题。网络的同步通讯能力对于网络程长有怎样的依赖关系？在不同类型的网络中，网络程长对于同步通讯能力是否会有不同的影响？网络程长与网络的其他结构参数之间又会有怎样的关系？会不会通过改变程长可以提高网络通讯能力，减轻网络信息通讯的拥塞？为了解决上述的几个问题，我们在常用的WS网络与BA网络中，研究网络的平均程长与平均路径长度、最大介数、以及网络的同步能力通讯之间的关系，并且通过我们设计的新方法，有效的改善了网络信息通讯的能力。

3.发明内容

为了克服现有网络通讯能力的不足，我们设计了一种新型的网络，通过改进网络程长的连接方式，不仅可以提高网络的通讯能力，而且也能够加强网络的同步能力，即可以很好的进行网络资源的管理和分配。