[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于预警保护机制的提高耦合网络鲁棒性的方法，其特征在于：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(VA,EA)，VA表示网络A中的节点，EA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(VB,EB)，VB表示网络B中的节点，EB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Ci＝(1+β)*Li，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；步骤五：当没有节点发生故障时，该方法中止；当有某个节点i受到攻击发生故障时，由于依赖特性导致与节点i通过耦合链接相连的耦合节点发生故障；故障节点上的负载会按照故障节点负载分配规则将负载分配到其邻居节点，然后断开故障节点与邻居节点的连边并将故障节点从网络中删除；故障节点负载分配规则为故障节点i分配给任意一个邻居节点j的负载量与该邻居节点j的容量成比例：其中Γn表示节点i的邻居节点的集合；步骤六：网络启动预警保护机制来抵御级联故障，任意节点g容量从安全容量上升到预警容量w为预警系数，控制预警容量的大小；遍历整个耦合网络，每个节点的容量都从安全容量上升到预警容量；步骤七：任取一个网络节点s，如果节点上负载与容量状况为Ls≤Cs，新的负载量在安全容量Cs以下，则节点处于安全状态，能够不故障并完好的运行，进入步骤十；步骤八：如果节点s上负载与容量状况为新的负载量在预警容量与安全容量C_s之间，则节点暂时处于预警状态并仍能安全地运行；此外预警节点s会把多于安全容量的负载L_s‑C_s按照预警节点负载分配规则分配给相连的安全节点；预警节点负载分配规则为预警节点s分配给任意一个相连的安全节点m的负载量与节点m的剩余容量成正比：其中Γn表示节点s的邻居节点的集合，进入步骤十；步骤九：如果节点s上负载与容量状况为新的负载量超过预警容量则节点s处于故障状态，同时由于依赖特性导致与节点s通过耦合链接相连的耦合节点发生故障，故障节点的全部负载按故障节点负载分配规则分配给邻居节点，然后断开故障节点与邻居节点的连边并将故障节点从网络中删除；步骤十：遍历整个耦合网络，对所有的网络节点，重复步骤七到九，直到没有故障节点产生；经过以上处理，将极大地减少故障节点的数目，缓解网络的级联故障，提高耦合网络的鲁棒性。