基于局域特征的复杂网络级联失效模型研究

摘要

频繁发生的灾难性事件，如2003年北美电网大崩溃事件、2008年我国雪灾造成的电力中断、交通瘫痪等连锁事件、1997年爆发的亚洲金融风暴等都可以归结为是复杂网络上的级联失效导致的。因此，防止灾害在网络上的传播，提高网络的抗毁性，使网络级联失效的研究具有重要的现实意义；而级联失效研究的基础和关键是级联失效的理论建模，级联失效理论建模的研究对分析、预防和控制级联失效有重要的理论意义。
　　本文采用系统分析法构建了网络级联失效的通用分析框架，并基于复杂网络理论，采用仿真分析法，从网络的局域特征视角、考虑负荷分配费用的再分配策略、引入保
　　护措施延迟移除失效节点和容量与初始负荷的非线性关系这几个基本观点出发，研究了五个网络级联失效模型，得出如下四点结论。
　　1．归纳整理了影响级联失效的关键要素，依据网络上级联失效的过程，分析了关键要素之间的内在逻辑关系，提出了网络级联失效的通用分析框架。
　　2．从网络局域特征和容量与初始负荷的非线性关系这两个方面，以基于节点和基于边的局域特征网络级联失效的两个模型为基础，提出了基于点边局域特征的混合动态网络级联失效模型。避免了现实网络获取全局信息的困难，同时对容量与初始负荷的非线性定义更符合现实网络的情况。
　　3．基于局域负荷分配费用优化的网络级联失效模型，改进了基于点边局域特征的混合动态网络级联失效模型，依据负荷再分配费用最优策略对失效节点（边）负荷进行重分配，弥补了原模型中缺乏对网络级联失效运营成本考虑的局限性。
　　4．将基于局域的保护措施引入到基于局域负荷分配费用优化的网络级联失效模型中，提出了基于局域分流的抵制网络级联失效的策略，既能延迟失效节点的移除，也能使失效节点（边）负荷重分配费用最优，同时对网络抵制级联失效的抗毁性也有所改善。

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第一章 绪论

1.1问题提出与主要研究问题

1.2研究目标与研究意义

1.3研究方法与研究思路

1.4论文主要内容与结构安排

第二章 文献综述

2.1 复杂网络研究概况

2.2 复杂网络级联失效研究综述

2.3 网络级联失效研究存在的局限

第三章 本文主要观点与分析框架

3.1网络级联失效的影响因素

3.2 网络级联失效的通用分析框架

3.3 本文主要观点和形式化模型

第四章 基于点边局域特征的网络级联失效模型研究

4.1 引言

4.2 基于节点局域特征的网络级联失效模型研究

4.3 基于边局域特征的网络级联失效模型研究

4.4 基于点边局域特征的混合动态网络级联失效模型研究

4.5 上述三种模型的比较分析

4.6 本章小结

第五章 基于局域负荷分配费用优化的网络级联失效模型研究

5.1 引言

5.2 模型描述

5.3 构建典型网络拓扑结构

5.4 模型仿真与讨论

5.5 本章小结

第六章 基于局域分流的抵制网络级联失效策略研究

6.1 引言

6.2 模型描述

6.3 模型仿真与讨论

6.4 本章小结

第七章 基于局域特征的网络级联失效模型的实例分析

7.1 引言

7.2 某快递企业公路配送网络的构建及复杂性分析

7.3 基于点边局域特征的网络级联失效模型的实例分析

7.4 基于局域负荷分配费用优化的网络级联失效模型实例分析

7.5 基于局域分流的抵制网络级联失效策略实例分析

7.6 本章小结

第八章 研究结论和研究展望

8.1 研究结论

8.2 创新点

8.3 研究局限

8.4 研究展望

参考文献

附录 A攻读博士学位期间所取得的相关科研成果

致谢