[发明专利]一种基于级联失效的网络功能端节点传播预测方法

权利要求书

1.一种基于级联失效的网络功能端节点传播预测方法，其特征在于：其具体实施步骤如下：

步骤一、预处理网络数据

本步骤主要目的是通过梳理节点、连边的结构关系，将实际的基础设施网络抽象成为网络模型，包括以下内容：

(a)节点信息：节点编号，节点功能属性，节点的空间绝对坐标信息或相对坐标信息统计；

(b)连边信息：连边编号，连边的属性，连边的空间几何长度即权重；

(c)负载信息：以含权网络的介数中心性为依据，对节点进行初始负载流量分配；

步骤二、确定初始薄弱节点并建立负载容量模型

将网络中容易遭受攻击、失效的薄弱节点及关键节点视作级联失效仿真的初始失效节点；薄弱节点的确定是根据历史数据判断及根据关键节点的识别方法作为判断依据，并将初始薄弱节点视作初始失效节点；

建立Motter-Lai负载容量模型，每一个节点具有容量和负载两个属性；根据步骤一所分配的节点负载，以节点负载是否超过其容量极限作为失效判断依据，对网络进行负载重分配；

步骤三、计算级联失效时的网络割点

针对步骤二中的初始薄弱节点进行初始扰动即失效，继而发生过载级联失效，在Motter-Lai负载容量模型基础上查找每一步失效节点集，并基于线性Tarjan算法进行深度优先遍历查找每一步割点集；显然，失效节点集是负载超过容限的不稳定节点集，而这里每一步产生的网络割点集，由于在级联失效过程中其负载降低使其成为后续每一步的功能端节点；若是针对多个不同位置的初始薄弱点扰动造成的级联失效，则取割点集的交集作为共同的功能端节点集；

步骤四、预测功能端节点传播距离

通过级联失效的传播距离进行功能端节点传播范围预测；由于步骤三已计算得到的割点负载持续下降，即割点是功能端节点，级联失效主要传播特征是围绕初始扰动节点以圆环状扩散，且速度近似恒定，而割点传播与级联失效点极为类似，即同样以初始扰动节点为圆心圆环状扩散，且速度恒定，差异表现为割点传播速度比级联失效小；由此，通过当前步t的级联失效距离可预测t+1步的割点传播距离，进而得知功能端节点的传播距离与范围；

在步骤一中所述的“预处理网络数据”，其作法如下：首先需依据现实网络抽象出节点和连边信息；将节点类型分为三种：变电站、发电厂和辅助设备节点，将节点类型作为节点标签；节点编号从0开始顺序编号为0～N-1并收集电力网络各节点的经纬度坐标信息作为节点属性；同时，统计输电电路的起始节点、终止节点编号以及线路长度即距离，将输电线路抽象为无向边，并对M条连边从0开始顺序编号为0～M-1，以线路长度作为连边的边权属性，多重边不做重复统计；

按照介数中心性对节点初始负载进行分配，具体计算方式如下式

其中表示节点i的负载，p,q表示任意选取的两个节点，σ_p,q(i)表示通过节点i的最短路径数，σ_p,q表示网络中任意选取两个节点p,q的最短路径总数；将每个节点介数作为网络节点的负载。

2.根据权利要求1所述的一种基于级联失效的网络功能端节点传播预测方法，其特征在于：在步骤二中所述的“Motter-Lai负载容量模型”，是指：由Adilson E.Motter和Ying-Cheng Lai提出的Motter-Lai负载容量模型；

其中，在步骤二中所述的“建立Motter-Lai负载容量模型”，其作法如下：设节点容限为α，则节点i容量C_i为其中为节点i的初始负载；随着初始薄弱节点失效，网络拓扑结构发生变化，从而每个节点负载也发生变化；若节点负载超过它的容量，则认定节点发生过载失效，重复上述过程直到网络不再有节点发生过载失效，则级联失效结束。