题目：考虑节点特征的网络级联失效模型研究

随着科学技术的飞速发展，各种各样的网络系统已经在人们的生产、生活中扮演起了越来越重要的角色，加之网络系统不断增加的复杂性，一旦网络发生故障将可能对人类社会造成严重的影响，所以，对于网络的故障规律以及可靠性等问题的研究一直是人们关注的焦点。

网络节点作为网络的重要组成部分，既是大多数网络故障的产生源，又是网络故障的主要传播载体，其所具有的相关特征对于网络的级联失效过程以及传播特性具有重要的影响。当前，国内外学者们针对节点特征影响作用方面的研究已取得了一些进展，构建了相关的仿真模型，但还存在着一定的局限性与不足，例如，考虑的节点特征不够全面；未能综合分析节点特征的影响作用，仍有进一步深入的研究空间。因此，本文结合复杂网络研究中的相关理论和建模方法，完成了如下工作：

（1）根据基础设施网络中节点的非线性容量负载特性改进并提出了新的网络容量负载模型，通过与已有线性容量负载模型分别在几种复杂网络模型上进行不同初始故障下的级联失效仿真，对比验证了所提出的非线性容量负载模型的有效性；

（2）探索性地研究了移动无线网络节点的性能故障对于移动无线网络中故障传播行为的影响，并进一步设计实现了移动无线网络级联失效的仿真模型；

（3）针对网络节点间拓扑物理连接以外的其他类具有实际背景的节点耦合关系展开了研究，综合分析了节点耦合关系对于网络故障传播模式的影响，建立了网络节点耦合簇与负载动态分布因素共同作用下的级联失效仿真模型；

（4）分析网络遭受蓄意攻击后发生级联失效的情况，根据网络节点容量负载的对应变化特征，提出了一种针对后续新增网络容量资源的再分配策略。通过采用网络效率作为整网性能的评价指标，并在多种类型的网络上进行对比仿真实验，证明了本文所提出的资源再分配策略相较已有的三种资源分配策略能够更加合理地配置新增网络资源，进而有效地抵御级联失效对网络性能造成的破坏。

 

本文基于网络节点的容量、负载处理能力以及耦合关系这三类重要的节点特征提出了几种相关的网络级联失效仿真模型，给出了具体的仿真算法，并对模型进行了分析验证，为深入研究网络节点相关特征对不同类型网络中级联失效现象的影响作用模式提供了新的思路和方法，同时，考虑了节点特征的影响提出了新的网络资源再分配策略以减小级联失效的危害。本文的研究有助于解释复杂网络系统中的结构演化、故障传播等动力学行为过程，进一步加强了对于真实网络系统可靠性问题内部机理的认识，为工程网络系统的可靠性设计、优化以及网络故障的预防、控制提供了理论指导依据。