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网络拓扑模型的演化机制及抗毁性研究

作　者: 杨琴
导　师: 兰巨龙
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 拓扑模型特征度量网络抗毁性拓扑优化拓扑生成器
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着网络的高速发展,网络拓扑结构因其存在的普遍性以及作用的重要性受到越来越多学者的关注。由于网络拓扑结构本身是影响路由协议性能的重要因素,因此设计一个科学合理的网络拓扑至关重要。现有网络拓扑模型不仅对实际网络特征的反映不够全面,且缺乏对网络抗毁性能的考虑。本文以“快速自愈路由协议与试验系统”的研发为依托,对网络拓扑模型的演化机制以及抗毁性能的优化、评估展开专门研究,为快速自愈路由协议的仿真环境搭建提供了强有力的理论支持和实现基础。本文的主要成果如下:■基于现实网络的三大特性以及局域世界的概念,建立了一种基于局域世界的可调簇系数网络演化模型(LWTC)。该模型全面考虑了节点与边的各种演化形式,实现了模型簇系数随参数可调,并采用平均场理论解析推导出模型度分布的幂律特性。仿真实验不仅验证了理论推导的正确性,可调的簇系数也明显优于局域世界演化模型,较好地刻画了现实网络的三大特性。■分析网络拓扑抗毁性能较差的原因,提出了两种网络拓扑抗毁性能的优化方法。从网络全局出发,建立基于网络结构熵的网络拓扑优化模型,依据优化结果改进拓扑生成算法;从网络局部出发,分析网络抗攻击能力与关键节点关系,针对网络局部关键节点采用分裂化处理。理论分析和仿真实验表明这两种方法在尽量减小网络复杂度的前提下,简单有效地增强了网络的抗毁性能,为抗毁网络拓扑(ILWTC)模型的构建提供了生成算法。■鉴于现有评估方法存在的片面性,提出了一种网络拓扑抗毁性能评估方法。针对网络拓扑遭受随机攻击或者选择性攻击前后的结构特性变化,给出了网络效能系数EFF(G)的定义。依据网络效能系数,定义了两个新的网络抗毁性能评估指标——容错度量和抗攻击度量。通过以ILWTC网络、LWTC网络以及局域世界演化模型为例的对比分析,发现ILWTC网络的抗毁性能明显优于后两种网络。■依据快速自愈路由协议的仿真需求,建立ILWTC拓扑生成器。该拓扑生成器通过在BRITE拓扑生成器中添加ILWTC拓扑生成模块得到,为SSFNet仿真实现快速自愈路由协议提供了仿真环境,并在“快速自愈路由协议与试验系统”的研发中得到成功应用。

全文目录

表目录  7-8
图目录  8-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 抗毁网络拓扑研究现状  13-14
    1.2.1 网络拓扑模型的演化机制  13-14
    1.2.2 网络拓扑模型的抗毁性优化与评估  14
  1.3 问题的提出  14-16
    1.3.1 现有网络拓扑模型不能全面反映实际网络特性  15
    1.3.2 网络抗毁性优化方法不考虑前提条件  15
    1.3.3 网络抗毁性评估指标具有片面性  15-16
  1.4 本文研究思路、主要工作及章节安排  16-18
    1.4.1 本文研究思路及主要工作  16-17
    1.4.2 本文章节安排  17-18
第二章网络拓扑基本模型及抗毁性分析  18-28
  2.1 网络拓扑研究概述  18-20
    2.1.1 网络的定义及表示方式  18
    2.1.2 网络拓扑的特征度量  18-20
  2.2 基本网络拓扑演化模型  20-25
    2.2.1 随机网络模型  20-21
    2.2.2 小世界网络模型  21-22
    2.2.3 无标度网络模型  22-23
    2.2.4 局域世界演化模型  23-24
    2.2.5 基本网络拓扑模型比较  24-25
  2.3 网络抗毁性  25-27
    2.3.1 定义  25
    2.3.2 网络抗毁性分析  25-26
    2.3.3 网络抗毁性能优化  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章基于局域世界的可调簇系数网络演化模型  28-36
  3.1 局域世界演化模型回顾  28
  3.2 基于局域世界的可调簇系数网络演化模型(LWTC)  28-30
  3.3 度分布的解析计算  30-32
  3.4 模型结构特征的数值分析  32-35
    3.4.1 度分布  32-33
    3.4.2 簇系数  33-34
    3.4.3 平均路径长度  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章网络拓扑抗毁性能优化研究  36-49
  4.1 引言  36
  4.2 网络结构熵优化原理  36-40
    4.2.1 网络结构熵  36-38
    4.2.2 优化模型  38-39
    4.2.3 数值结果  39-40
  4.3 分裂法提高网络抗攻击能力原理  40-43
    4.3.1 关键节点与网络抗攻击能力关系  40
    4.3.2 关键节点的分裂化处理  40-42
    4.3.3 仿真结果分析  42-43
  4.4 改进的无标度网络生成算法  43-44
  4.5 优化方法在LWTC 模型中的应用  44-47
    4.5.1 ILWTC 模型生成算法  44-47
    4.5.2 抗毁网络拓扑生成  47
  4.6 本章小结  47-49
第五章网络拓扑的抗毁性能评估与应用  49-59
  5.1 网络拓扑的抗毁性度量  49-55
    5.1.1 抗毁性与生存性  49-50
    5.1.2 网络抗毁性度量研究  50-53
    5.1.3 网络综合抗毁性度量  53-55
  5.2 抗毁网络在快速自愈路由协议中的应用  55-58
    5.2.1 BRITE 拓扑生成器  55-56
    5.2.2 BRITE 的扩展应用  56-58
  5.3 本章小结  58-59
第六章结束语  59-61
  6.1 本文总结  59-60
  6.2 主要创新点  60
  6.3 下一步工作  60-61
参考文献  61-64
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  64-65
致谢  65

网络拓扑模型的演化机制及抗毁性研究

内容摘要

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