[发明专利]一种基于节点状态演化的复杂网络节点重要性评估方法

说明书

技术领域

本发明属于网络控制领域，具体涉及到考虑级联失效的复杂网络节点重要性，特别是引入了节点状态演化机制的节点重要性评估方法。

背景技术

现有关于复杂网络级联失效模型的负载重分配策略主要可以分为全局负载重分配策略、局部负载重分配策略以及混合负载重分配策略。全局重分配策略包括等效增量策略、平均分配策略、随机分配策略。等效增量策略突出了级联失效过程中的全局特性，即当网络中的任意元素失效时，网络中的其他元素均将获得等量负载的增加，并且增加的负载与失效的元素负载无关，仅与初始的给定值有关；平均分配策略在突出级联失效过程中负载重新分配全局特性的同时，引入了负载增量与失效节点负载存在关联的特点，即当网络中任意元素失效时，网络中其他完好的元素均将获得等量的负载增量，且其增量是由失效元素负载等分而来的；随机分配策略同样关注级联失效过程中的负载重分配的全局特性，主张负载增量与失效节点负载存在关联关系，但是其增量是随机的而不是平均的，即当网络中的任意元素失效时，网络中其它完好的元素均会获得负载增量，且其分布具有随机性，并且整个网络中所有元素负载增量的累积等于原有失效元素的负载；最近邻重分配策略考虑了网络的级联失效过程以及网络中信息流的异质权重特性，级联失效过程由初始扰动诱发，失效节点的负载向周围节点扩散，周围节点的负载增量按其节点的负载在周围节点所有负载中所占的比例进行分配。

现有实现方案采用最近邻重分配策略，该策略考虑了网络的级联失效过程以及网络中信息流的异质权重特性，级联失效过程由初始扰动诱发，失效节点的负载向周围节点扩散，周围节点的负载增量按其节点的负载在周围节点所有负载中所占的比例进行分配。基于上述最近邻重分配策略，现有的节点重要性评估方法考虑了过载机制下的节点重要性演化，随着网络中节点失效引起的负载重新分配导致节点负载的不断变化，其重要性逐步演化。

现有的复杂负载网络(例如电力网络、交通网络、能源运输网络)级联失效模型中负载重分配策略大部分依据节点初始负载进行近邻重分配，失效节点的负载向周围节点扩散，周围节点的负载增量按其节点的负载在周围节点所有负载中所占的比例进行分配，并没有考虑节点实时负载的变化情况，或者仅仅考虑了节点实时负载的变化忽略了节点负载的再转移情况，从而使得网络抵抗级联失效的能力较低。这种重分配策略在只有初始负载信息而没有实时的局部负载信息的条件下具有一定的合理性。但是现有大部分的基础设施网络均具有监督机制，能够实时掌握周围节点负载的变化情况。

发明内容

本发明基于上述问题，提出了一种基于节点状态演化的负载重分配策略，重分配策略中不仅考虑了节点的实时负载变化情况，而且考虑了节点负载的再转移情况，这种重分配策略能够充分利用全局的节点负载信息，实时分配负载，增强了整个负载网络抵抗级联失效的能力，并且在这种策略的基础上，提出了一种新的节点重要性评估方法，依据此评估结果可以重点保护关键节点，增强网络抵抗级联失效的能力。具体技术方案如下：

一种基于节点状态演化的复杂网络节点重要性评估方法，包括以下步骤：

步骤一：输入复杂负载网络数据，计算出相应节点的度；

网络数据包括相应的节点以及连边，节点的度由与该节点相连接的连边累计而得；

步骤二：根据初始负载模型以及极限容量模型，计算复杂负载网络中节点的初始负载和极限容量，并初始化级联失效级数t＝1，t为整数；

初始时刻节点负载为：

F_i⁰＝bk_i^α(b＞0)，i＝1,2,...,N

其中，i表示节点，F_i⁰为节点i的初始负载，k_i表示节点i的度，b和α为调节参数，N表示节点总数；

极限容量表示为：

C_i＝(1+β)F_i⁰,i＝1,2,...,N，

C_i表示节点i的极限容量，i表示节点编号，β表示网络的最大忍受度，β≥0且为常数。

步骤三：计算节点i在级联失效t级后的状态，节点i在级联失效t级后的状态包括此时节点自身的剩余负载容纳能力和相邻节点的剩余负载容纳能力，统计级联失效t级时的所有失效节点个数n^t；

节点i在级联失效t级后自身的剩余负载容纳能力：