[发明专利]一种基于预警保护机制的提高耦合网络鲁棒性的方法

说明书

一种基于预警保护机制的提高耦合网络鲁棒性的方法，建立耦合网络模型，计算并记录耦合网络中每个节点的度、初始负载、安全容量；对网络中受到攻击发生故障的节点进行处理，按照故障节点负载分配规则将故障节点上的负载分配到其邻居节点；启动预警保护机制来抵御级联故障，节点容量从安全容量上升到预警容量，对于负载量在安全容量与预警容量之间的预警节点，将多于安全容量的负载量按照预警节点负载分配规则分配给相连的安全节点，直至故障结束停止保护机制。本发明提出耦合网络的预警保护机制，对故障节点、预警节点和安全节点分别进行了不同的保护处理，可以有效地提高相互依赖网络抵抗连锁故障的能力。

技术领域

本发明涉及多层网络可靠性领域，特别是指一种基于预警保护机制的提高耦合网络鲁棒性的方法。

背景技术

现实世界中，完整的复杂系统由许多相互依赖的系统组成，不同的基础设施与其他基础设施相结合。这些系统之间的耦合关系确保了这些系统能够成功运作，从而为人类提供多样的服务。由于这种耦合和相互依赖性，耦合网络对故障非常敏感。一旦故障发生在基础设施网络中，可能导致整个网络的连锁故障，造成严重的经济后果。因此，耦合网络级联失效已经引起人们极大的关注并被广泛研究。

在大多数现代网络中，普遍存在节点间的流量传输和信息交互，例如电网运输电流，交通网络的车辆移动等。因此，关于相互依赖网络中迭代级联故障的工作不应只集中在相互依赖的网络的静态属性上，也应该考虑节点上的动态负载，负载的动态变化以及节点在实际相互依赖的基础网络中处理额外负载的能力也极为重要。网络的传输流量可以通过“负载”来度量，容量衡量了一个节点可以传输负载的能力大小。在实际网络中，如果一个节点的容量较大，则该节点可以提供更好的服务或更关键的资源来维持其他网络中对端节点的正常和高效运行。一般认为，只要节点的负载超过其容量，节点就立即被移除。事实上，由于一定的监测和有效的措施，并不是所有的过载节点都将从网络中移除。现实中部分系统中节点的负载超过容量也能暂时地运行，但是系统的效率会受到较大的影响，并且长时间超负荷地运转也必然会导致最终的故障，进而造成整个系统的故障。因此设计一种应对因节点超载而发生级联故障乃至网络崩溃的保护机制显得十分必要，使得耦合网络的鲁棒性得到提高。

发明内容

为了缓解网络中故障节点的负载分配而导致的级联故障的扩散，保护更多的节点不受故障影响，提升耦合负载网络的鲁棒性，本发明提出一种基于预警保护机制的提高耦合负载网络鲁棒性的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于预警保护机制的提高耦合网络鲁棒性的方法，包括以下步骤：

步骤一：构建耦合网络模型G＝(A,B,E)，其中A是一个无向无权网络A(V_A,E_A)，V_A表示网络A中的节点，E_A表示网络A中的连边，网络A的节点数为N；B是一个和A具有同样节点数目和类型的网络B(V_B,E_B)，V_B表示网络B中的节点，E_B表示网络B中的连边；E表示连接网络A、B的耦合链接集合，一条耦合链接由随机选取的一个网络A的节点和一个网络B的节点连接而成，每条耦合链接只能连接网络A或B中的一个点，耦合链接总数为N；耦合链接具有依赖性，即如果耦合链接的一端节点发生故障，则另一端节点也会同时发生故障；

步骤二：计算并记录网络A和B中每个节点的度，每个节点的度等于该节点的连边数量；

步骤三：计算耦合网络中任意节点i的初始负载其中k_i是节点i的度；α是可调参数，控制节点初始负载的强度；遍历整个耦合网络，计算每个节点的初始负载；

步骤四：计算耦合网络中任意节点i的容量C_i＝(1+β)*L_i，其中常量β是安全容量冗余，控制节点的容量大小；遍历整个耦合网络，计算每个节点的容量；