基于复杂网络的Internet拓扑建模研究

摘要

Internet是一个典型的复杂网络。Internet上的通讯协议优化、病毒传播及拥塞控制等均与其拓扑密切相关。因此，针对不同的预测和改善Internet性能的目的，研究Internet拓扑特性及构建合适的网络拓扑模型就显得非常必要。 Internet拓扑建模是一项复杂的工作，涉及到图论、统计物理学、网络测量、数学建模及算法设计等多个领域。如何获得Internet的拓扑连接信息，如何对Internet拓扑特征及其演化机理进行恰当描述，如何构造接近于Internet实际情况的拓扑图是Internet拓扑建模研究的主要内容。本论文的主要工作包括： 论文首先简单介绍了复杂网络的研究背景，并对复杂网络理论研究中有关Internet拓扑特性及建模的发展现状进行了阐述。 论文对自治系统层面Internet拓扑进行了详细研究。深入分析了记录Internet上自治系统间连接情况的统计数据，并对不同统计数据来源所刻画的Internet拓扑特性进行了描述和对比。 论文就Internet拓扑产生器的研究进行了综合阐述。目前主要是针对自治系统层面Internet进行拓扑建模，大致经历了随机图产生器、结构产生器和基于连接度的产生器这三个发展阶段。论文给出了这些拓扑产生器的建模机理，并对其进行了定性对比。 在研究分析Internet演化机理及已有拓扑建模的基础上，受局域世界模型和多局域世界模型的启发，针对自治系统层面Internet拓扑建模，论文提出了一个新的局域世界综合演化模型。论文就局域世界综合演化模型的建模机理、生成步骤进行了详细阐述，并对局域世界模型、多局域世界模型和局域世界综合演化模型进行了简要对比。 通过大量的仿真实验，论文研究分析对比了局域世界综合演化模型及Oregon所采集的1998年和2001年自治系统层面Internet的拓扑特性。发现局域世界综合演化模型有效刻画了同等规模自治系统层面Internet的诸多拓扑特性，如无标度性、小世界特性、层次性、异配性、富人俱乐部特性等。局域世界综合演化模型是对自治系统层面Internet的有效建模。