發(fā)布時間：2018-04-27 22:32

  本文選題：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) + 信息流動力學(xué)��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：網(wǎng)絡(luò)最重要的功能之一是有效傳輸其所承載的對象,而現(xiàn)代社會處在一個信息爆炸的大數(shù)據(jù)、大流量時代,比如互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量急劇增長;隨著工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長,交通車輛成倍增加;隨著工業(yè)用電的增加,電力網(wǎng)所承擔(dān)的負(fù)載不斷加重。在這種情況下,網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,網(wǎng)絡(luò)信息容量不足與數(shù)據(jù)流日益增長的矛盾越來越突出,如何提高網(wǎng)絡(luò)信息容量以降低網(wǎng)絡(luò)擁塞成為一個急需解決的問題。自從20世紀(jì)90年代,小世界和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型被提出后,復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)獲得了長足的發(fā)展。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論成為理解實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的有力工具,復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)行為的研究有助于理解實(shí)際網(wǎng)絡(luò)涌現(xiàn)出來的各種現(xiàn)象。通過分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的信息流動力學(xué)過程,提出有效提高網(wǎng)絡(luò)信息容量的策略,可以有效抑制網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息容量主要與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),同時還受路由策略和資源分配因素的制約。因此,為了使網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載分配更合理,信息流更均勻,重點(diǎn)研究了提高復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息容量的優(yōu)化策略:(1)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。提出了一種基于介數(shù)的邊有向化策略,通過把可能負(fù)載重的邊限制成單向邊的方法使得數(shù)據(jù)包繞行到負(fù)載輕的邊上,從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息流的均勻化。在同一種有向化策略下,非隨機(jī)確定方向的方法比隨機(jī)確定方向的方法更能提高網(wǎng)絡(luò)的信息容量。邊有向化策略雖然導(dǎo)致了數(shù)據(jù)包傳輸?shù)钠骄疃搪窂介L度增加,卻能大幅度提高網(wǎng)絡(luò)信息容量。為了提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能,提出一種基于局部度和節(jié)點(diǎn)間最短路徑長度的增邊策略,與基于度的增邊策略相比,在增加同樣數(shù)量邊的情況下,更能有效提升網(wǎng)絡(luò)的信息容量并優(yōu)化其他相關(guān)的性能參數(shù)。(2)優(yōu)化路由策略方面。對雙層復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了研究,分析了其信息流動力學(xué)過程,提出一種基于邏輯層和物理層節(jié)點(diǎn)介數(shù)的有效路由策略,該路由策略對邏輯層和物理層的邊分別設(shè)置權(quán)重,并選擇權(quán)重最小的路徑作為數(shù)據(jù)包的傳輸路徑,使得數(shù)據(jù)包在傳輸過程中能避開邏輯層和物理層的hub節(jié)點(diǎn),從而促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)信息流分布的均勻化,有效提升了網(wǎng)絡(luò)信息容量。為了平衡hub節(jié)點(diǎn)的傳輸能力并減少計(jì)算復(fù)雜度,提出一種基于邏輯層和物理層節(jié)點(diǎn)度的機(jī)動路由策略,該路由策略使得hub節(jié)點(diǎn)也有機(jī)會傳輸數(shù)據(jù)包,提高了節(jié)點(diǎn)的利用率,而且此策略是基于網(wǎng)絡(luò)局部特征節(jié)點(diǎn)度選擇的數(shù)據(jù)包傳輸路徑,計(jì)算量較小。該機(jī)動路由策略可以有效提高網(wǎng)絡(luò)信息容量,從而緩解了網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象的發(fā)生。(3)優(yōu)化資源分配方面。目前大部分關(guān)于雙層復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息容量的研究都是平均分配節(jié)點(diǎn)的處理能力,這種資源分配方式制約了網(wǎng)絡(luò)信息容量的提高。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總的處理能力一定的情況下,合理分配節(jié)點(diǎn)的處理能力可以有效提升整個系統(tǒng)的信息容量。提出一種有效分配物理層節(jié)點(diǎn)處理能力的策略以優(yōu)化雙層復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的信息容量,該策略根據(jù)物理層和邏輯層的度分布來分配物理層節(jié)點(diǎn)處理能力。理論分析和仿真結(jié)果表明該資源分配策略優(yōu)于節(jié)點(diǎn)處理能力平均分配策略,可以有效提高雙層復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信息容量。由于介數(shù)更能精確反映網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況,所以基于邏輯層和物理層節(jié)點(diǎn)的介數(shù)提出一種節(jié)點(diǎn)處理能力分配策略,該策略比前者更能有效提高網(wǎng)絡(luò)的信息容量,但是由于代價函數(shù)基于介數(shù),所以計(jì)算量較前者策略會大一些。
[Abstract]:One of the most important functions of the network is the effective transmission of the objects they carry, and the modern society is in a large data explosion of information. In the era of large traffic, such as the rapid development of the Internet, the amount of network data is increasing rapidly; with the development of industry and economic growth, traffic vehicles are multiplied; with the increase of industrial electricity, the power network bears In this case, network congestion often occurs, the contradiction between the lack of network information capacity and the increasing number of data flow is becoming more and more prominent. How to improve the network information capacity to reduce network congestion has become an urgent problem. Since 1990s, the small world and scale-free network model has been proposed, complex. Complex network has made great progress. Complex network theory has become a powerful tool to understand the structure and function of the actual network. The study of complex network dynamic behavior helps to understand the emergence of various phenomena in the actual network. By analyzing the process of information flow mechanics on complex networks, a strategy to effectively improve the network information capacity is proposed. It can effectively suppress network congestion. It is found that the network information capacity is closely related to the network structure, and is also restricted by the routing strategy and resource allocation factors. Therefore, in order to make the network load distribution more reasonable and the information flow is more uniform, the optimization strategy for improving the information capacity of complex network is studied emphatically: (1) the optimization network In the aspect of network topology, an edge oriented strategy based on the number of medials is proposed. By limiting the possible negative load edge to a one-way side, the packet is detorbed to the light side of the load, thus realizing the homogenization of the network information flow. Under the same oriented strategy, the non random direction determination method is compared to the random direction. The method can improve the information capacity of the network. Although the edge oriented strategy leads to the increase of the average shortest path length of the packet transmission, it can greatly improve the network information capacity. In order to improve the overall performance of the network, an edge increasing strategy based on the local degree and the shortest path length between nodes is proposed. In the case of increasing the same number of edges, it can effectively improve the information capacity of the network and optimize the other related performance parameters. (2) optimizing the routing strategy. The structure characteristics of the double layer complex network are studied, the information flow mechanics process is analyzed, and an effective path based on the logic layer and the physical layer node number is proposed. By strategy, the routing strategy sets the weight of the logic layer and the edge of the physical layer respectively, and selects the path of the least weight as the transmission path of the packet, so that the packet can avoid the hub nodes of the logic layer and the physical layer during the transmission process, thus promoting the uniformity of the network information flow distribution and effectively improving the network information capacity. In order to balance the transmission ability of hub nodes and reduce the computational complexity, a mobile routing strategy based on logical layer and physical layer node degree is proposed. The routing strategy makes the hub node also transmit data packets and improve the utilization rate of nodes, and this strategy is based on the packet transmission path of the network Bureau feature node degree selection. The maneuver routing strategy can effectively improve the network information capacity and alleviate the occurrence of network congestion. (3) optimize the allocation of resources. At present, most of the research on the information capacity of the double complex network is the processing ability of the average allocation nodes. This resource allocation method restricts the network information capacity. In the case of the total processing ability of the network nodes, the reasonable allocation of the node's processing ability can effectively improve the information capacity of the whole system. A strategy to effectively allocate the processing capability of physical layer nodes is proposed to optimize the information capacity of the double complex network. The strategy is allocated according to the degree distribution of the physical layer and the logic layer. The theoretical analysis and simulation results show that the resource allocation strategy is superior to the node processing capability average allocation strategy, which can effectively improve the information capacity of the double layer complex network. Because the mediator can more accurately reflect the load situation of the nodes in the network, a node based on the number of logical layer and physical layer nodes is proposed. The strategy of processing power allocation is more efficient than the former, but because the cost function is based on the number of medials, the amount of computation is larger than that of the former.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O157.5

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本文編號：1812622