復雜網(wǎng)絡傳輸及資源限制下負載能力提升問題研究.pdf

1、小世界效應和無標度特性的提出開啟了復雜網(wǎng)絡研究的新篇章。由于復雜網(wǎng)絡理論能夠很好地反映現(xiàn)實大型網(wǎng)絡的許多特性，使得越來越多的各個領域學者投身到復雜網(wǎng)絡的結構和動力學行為的研究中來。大型傳輸網(wǎng)絡如通信網(wǎng)絡、交通網(wǎng)絡、物流網(wǎng)絡等在人們的生產(chǎn)、生活中扮演著越來越重要的角色。隨著各種具有傳輸功能的網(wǎng)絡的發(fā)展，網(wǎng)絡上所承載的負載壓力也日益加大，保持信息、交通的穩(wěn)定以及高效傳輸成為越來越緊要的問題。因此，建立在網(wǎng)絡上的傳輸行為研究成為復雜網(wǎng)絡上的動

2、力學行為研究的重要課題之一。本文在歸納和總結前人對復雜網(wǎng)絡基本理論和復雜網(wǎng)絡傳輸過程及性能的研究基礎上，以網(wǎng)絡傳輸過程中狀態(tài)相交的關鍵值作為網(wǎng)絡傳輸性能的重要指標——網(wǎng)絡最大負載能力，分析了不同網(wǎng)絡拓撲結構對傳輸性能的影響，研究了如何在網(wǎng)絡資源有限條件下，通過合理地分配資源來提升網(wǎng)絡傳輸性能，提出并分析了幾種資源分配方案來提升網(wǎng)絡的負載能力，從而改善網(wǎng)絡傳輸性能。
　　本文的主要內(nèi)容及研究成果如下：
　　1.總結分析了復雜網(wǎng)

3、絡傳輸?shù)膭恿W過程，提出以介數(shù)分析作為研究復雜網(wǎng)絡傳輸問題的基本出發(fā)點。
　　2.建立了一類結合全局信息與局部動態(tài)信息的G-L路由策略。通過與最短路徑路由策略相比，該類路由策略顯著地提高了網(wǎng)絡的傳輸性能。并采用G-L路由策略構建了兩種流量模型，通過三組由ER隨機網(wǎng)絡模型、WS小世界網(wǎng)絡模型、HK-BA無標度網(wǎng)絡模型構建的網(wǎng)絡，綜合對比研究了流量模型和網(wǎng)絡結構對網(wǎng)絡傳輸負載能力的影響。
　　3.研究了在網(wǎng)絡節(jié)點容量資源受到限制

4、的條件下的網(wǎng)絡傳輸性能。通過構建三種節(jié)點容量資源分配方案——節(jié)點容量平均分配方案、基于節(jié)點連接度的節(jié)點容量分配方案、基于節(jié)點介數(shù)的節(jié)點容量分配方案，對比分析了三種分配方案對網(wǎng)絡性能的影響效果，發(fā)現(xiàn)基于節(jié)點度的分配方案下網(wǎng)絡性能要優(yōu)于平均分配方案，而基于介數(shù)的分配方案是最優(yōu)的節(jié)點容量資源分配方案。
　　4.考慮網(wǎng)絡連接邊資源（帶寬）受限時，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸性能被弱化，并且在無標度網(wǎng)絡中，隨著網(wǎng)絡帶寬資源限制的線性增加，網(wǎng)絡傳輸性能呈現(xiàn)加

5、速下降。設計了兩種異質化隨機帶寬分配方案，發(fā)現(xiàn)采用合理組合的分類隨機帶寬分配方式能夠有效提升網(wǎng)絡負載能力。
　　5.提出了一種“反直覺”的異質化帶寬分配方案。引入“受控邊”概念，通過加入適當比例的“受控邊”，重新分配帶寬資源，并結合具有擁塞感知能力G-L路由策略的流量模型，利用帶寬分配調節(jié)數(shù)據(jù)流量走向，提高了帶寬利用效率。發(fā)現(xiàn)按照該帶寬分配方案，WS小世界網(wǎng)絡中節(jié)點連接邊帶寬與網(wǎng)絡負載有較強的相關性，節(jié)點連接邊帶寬分配最均衡的時候