[发明专利]一种全局同质化相依网络耦合方法

说明书

本发明公开了一种全局同质化相依网络耦合方法，该方法动态地在两个子网络间根据总度分布均匀的原则建立相依边。以单个网络A/B的总度分布均匀化为原则，在子网络间建立相依边；具体方法首先求出原始网络AB的平均度〈k_A〉，则耦合后网络A’的平均度为〈k_A'〉＝〈k_A〉+1；然后按照一定步骤在两个已经标注好序号A_i和B_i的网络中建立相依边。仿真结果表明，无论面对随机攻击还是蓄意攻击，所提全局同质化相依模式都能够提高相依网络的鲁棒性能。

技术领域

本发明涉及相依网络技术领域，尤其涉及的是一种全局同质化相依网络耦合方法。

背景技术

大多数基础设施网络具有无标度特性(scale-free)，如：电力网络、通讯网络、internet网、航空网等，并且这些网络之间相互依存，构成相依网络。相依网络的相依模式(耦合模式)是影响其鲁棒性的重要因素之一。

人类社会的现代化越来越依赖于基础设施网络，如电力网、internet网、交通网、能源网、通讯网络等。这些基础设施网络之间彼此作用和相互依存，如电力系统与通信系统之间的相互依赖关系，电力系统需要通信系统进行通信和调度，而通信系统又需要电力系统提供电力支持。网络之间的这种相依关系对其鲁棒性能有着较大的影响，一个网络中节点失效，可能导致另外和其有相依关系的网络中节点失效，从而引发一连串的失效反应，甚至是整个网络的失效，即级联失效反应。一个最为典型的例子就是2003年9月发生在意大利的电力中断事故，由于供电网络和通讯网络的相依关系，当一个电站发生故障时，直接导致了其SCADA通讯网络失效，通讯网络失效进而又导致了电网电站的进一步失效，从而引发大面积电力中断事故。在过去的十多年内，人们针对单个网络(实际网络及各种模拟网络)中动态级联失效建模，有效保护和控制级联失效传播策略、对比不同攻击策略作了大量的研究工作。然而众多类似2003年意大利电站事故的发生激发了人们对具有两个及以上具有相依关系的网络面对级联失效的抗毁性研究，是目前复杂网络中关于网络安全的研究热点之一。

2010年，Buldyrew等人在《Nature》杂志上首次提出相互依存网络面对级联失效的鲁棒性理论分析模型[Buldyrev S V,Parshani R,Paul G,Stanley H E,Havlin S 2010Nature 464 1025]，开启了人们从复杂网络角度研究相互依存网络的新篇章。Buldyrew等人分析了级联失效过程，发现相依网络比单层网络更脆弱。Vespignani等人在文献[Vespignani A 2010 Nature 464 984]得到同样的结论，网络之间的相依关系，大大降低了具有密切耦合关系的基础设施网络的鲁棒性能，所以提出在设计系统时需要考虑相依网络的级联失效问题。由此相依网络级联失效的各方面研究都不断开展，特别是网络之间的耦合关系与网络安全性能之间关系的研究，文献[Wang J W,Chen J,Qian J F 2014Physica A 393 535]对BA/ER组成的不同相依网络在三种不同的相依模式(AssortativeLink(AL),Disassortative Link(DL),Random Link(RL))下，考虑负载容量及负载失效后容量的重分配情况进行了研究，研究发现网络结构及网络间的耦合模式均对网络的鲁棒性能有影响；文献[Cheng Z S,Cao J D 2015 Physica A 430 193]重点对比分析了相同及不同子网络类型在一对一节点随机耦合模式下构成的相依网络的鲁棒性能的差异，研究发现不同类型子网络所构成的相依网络比相同类型子网络构成的相依网络更加脆弱。上述研究成果均对相依网络的构建具有一定的指导意义，然而现实相依网络的相依关系灵活，并非固定为在单一相依或多重相依的情况，如电站的控制可能依赖一个或多个附近通讯站点。因此在两个子网络间，如何动态灵活地建立他们之间的相依边，使其具有较强的鲁棒性，是一个更加值得研究的课题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提出一种全局同质化相依网络耦合方法，该方法动态地在两个子网络间根据总度分布均匀的原则建立相依边。