复杂网络中关键故障节点定位与恢复技术研究

• 作 者: 王镭鑫
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 复杂网络 节点重要性 级联失效 恢复机制

随着网络技术的进步以及硬件设备的快速发展,网络规模不断扩大,与此同时,发生在网络中的大规模故障问题也越来越多,造成的损失也更加严重。研究人员将近年来更加普遍发生的由某个或某些设备故障所引发的大规模网络瘫痪现象称为级联失效。在网络发生级联失效时,如何快速恢复网络性能,降低级联失效造成的损失,即级联失效恢复机制的研究,具有重要的应用价值和意义。目前,级联失效恢复机制的研究大多集中于整个网络瘫痪后的恢复,效率较低,实际应用价值较小。经过对大量真实网络中的级联失效问题研究发现,级联失效问题影响规模的大小往往与引发级联失效的初始故障设备的重要性有关。考虑在级联失效发生时,定位故障节点中的关键故障节点并优先进行恢复,达到控制级联失效影响范围的目的。本文借助复杂网络理论对真实网络进行建模,将节点重要性排序算法与级联失效恢复机制的研究相结合,具体研究工作可以分为以下两点:(1)为了能够在发生级联失效时准确定位故障节点中的关键故障节点,本文首先对节点重要性排序算法进行了研究。首先,对不同邻居节点的影响程度进行了区分,定义了邻居节点的影响力系数;然后,将邻居节点的影响力系数与K-shell分解算法得到的KS值相结合,作为节点的静态信息指标;其次,将自然连通度作为节点的动态信息指标,衡量节点对网络性能的影响;最后,通过将静态信息指标与动态信息指标结合,提出了一种基于K-shell分解和自然连通度的节点重要性排序算法。在五种不同规模的网络上进行仿真实验,验证了本文提出的算法相比于几种传统节点重要性排序算法,以及只考虑单方面信息的节点重要性排序算法,在区分度、正确性和准确性三方面都有一定的提高。(2)为了能够在级联失效发生时尽快恢复网络性能,本文对网络发生级联失效时的应急恢复机制进行了研究。首先,对真实网络发生级联失效的情景进行更加合理的建模,考虑了节点的过载承受能力以及节点过载后的效率下降情况;然后,利用概率大小代表故障节点的恢复顺序,结合节点重要性排序结果,提出了一种在级联失效发生过程中,优先恢复故障节点中的关键故障节点的加权概率恢复机制。最后,进行了两方面的仿真实验,一方面得到了级联失效模型中的可调参数对恢复效果的影响,对真实网络的构建具有指导意义;另一方面将加权概率恢复机制与传统的等概率恢复机制进行对比实验,验证了本文提出的加权概率恢复机制能够更好的控制级联失效的影响范围,更快恢复网络性能。