[發(fā)明專利]一種基于級(jí)聯(lián)失效的網(wǎng)絡(luò)功能端節(jié)點(diǎn)傳播預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710235617.5
• 申請(qǐng)日: 2017-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN107092984B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘季龍;李大慶;李瑞瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發(fā)明提供一種基于級(jí)聯(lián)失效的網(wǎng)絡(luò)功能端節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，其步驟包括：一、對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，抽象實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)模型；二、基于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法或歷史數(shù)據(jù)確定初始薄弱節(jié)點(diǎn)并建立負(fù)載容量模型；三、計(jì)算級(jí)聯(lián)失效時(shí)的網(wǎng)絡(luò)割點(diǎn)；四、根據(jù)過載級(jí)聯(lián)失效傳播距離，預(yù)測(cè)功能端節(jié)點(diǎn)的傳播距離。本發(fā)明能夠在失效前防護(hù)階段提前發(fā)現(xiàn)級(jí)聯(lián)失效過程中的功能端節(jié)點(diǎn)，事先在功能端節(jié)點(diǎn)處設(shè)計(jì)布置關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或不易修復(fù)節(jié)點(diǎn)。通過功能端節(jié)點(diǎn)的傳播預(yù)測(cè)，進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效過程階段的實(shí)時(shí)控制，有利于展開級(jí)聯(lián)失效控制與事后修復(fù)工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利提出一種基于級(jí)聯(lián)失效的網(wǎng)絡(luò)功能端節(jié)點(diǎn)傳播預(yù)測(cè)方法，用于基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)(如交通網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)等)設(shè)計(jì)提高魯棒性，屬于可靠性與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的雪崩似的級(jí)聯(lián)失效引起了廣泛關(guān)注。級(jí)聯(lián)失效危害巨大且普遍存在，例如2003年8月美加大停電影響范圍覆蓋三分之一美國(guó)人口，造成經(jīng)濟(jì)損失近300億美元；道路擁堵已成為各大型城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)突出問題，2013年《中國(guó)經(jīng)濟(jì)大調(diào)查》結(jié)果表明交通擁堵造成700多億元經(jīng)濟(jì)損失；2016年10月美國(guó)Dyn服務(wù)商遭受分布式拒絕服務(wù)(DDoS)攻擊，造成半個(gè)美國(guó)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。這極大激發(fā)了研究學(xué)者對(duì)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效的研究關(guān)注，促進(jìn)了一系列級(jí)聯(lián)失效相關(guān)成果的提出與應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效的控制緩解一般分為三個(gè)階段：失效前防護(hù)階段、失效過程控制階段以及事后修復(fù)階段。

失效前的防護(hù)階段主要通過設(shè)計(jì)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以提高網(wǎng)絡(luò)抵抗級(jí)聯(lián)失效的魯棒性。這類措施多數(shù)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，屬于靜態(tài)魯棒性方法范疇。包括以下幾種類型的措施：增加設(shè)備冗余措施、增加節(jié)點(diǎn)的連邊、增加節(jié)點(diǎn)(邊)的容量、改變負(fù)載的分配機(jī)制、針對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的重點(diǎn)保護(hù)等前期設(shè)計(jì)階段的預(yù)防護(hù)措施。

失效過程階段的級(jí)聯(lián)失效控制主要從功能出發(fā)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(或連邊)的負(fù)載采取相應(yīng)措施，包括結(jié)構(gòu)性減載和功能性減載兩種類型。結(jié)構(gòu)性減載通過刪減部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，達(dá)到減少關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)負(fù)載的作用，典型的結(jié)構(gòu)性減載如電網(wǎng)中常見的低壓減載和低頻減載。而功能減載是通過主動(dòng)降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載流量達(dá)到緩解級(jí)聯(lián)失效的目的，例如航空網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)場(chǎng)遭遇意外因素(不良天氣、跑道維護(hù)等)影響，通過直接減少航班數(shù)量而非關(guān)閉機(jī)場(chǎng)來降低機(jī)場(chǎng)的航班負(fù)載，避免級(jí)聯(lián)失效的航班延誤。

事后修復(fù)的方式通常難以挽回已經(jīng)造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，只能最大限度降低后續(xù)效應(yīng)，例如電力網(wǎng)絡(luò)中通常采用黑啟動(dòng)的方式恢復(fù)電網(wǎng)電壓及頻率。由于資源的限制，事后修復(fù)順序也存在時(shí)間先后，即關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)可能率先得到修復(fù)。這就需要準(zhǔn)確識(shí)別關(guān)鍵功能的節(jié)點(diǎn)，加以特別保護(hù)。

綜上所述，第一類失效前防護(hù)方法僅僅考慮網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只能在設(shè)計(jì)階段對(duì)級(jí)聯(lián)失效起到預(yù)防作用，第二類措施雖然在失效過程中可以一定程度緩解級(jí)聯(lián)失效，但是對(duì)于部分網(wǎng)絡(luò)如電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，由于級(jí)聯(lián)失效擴(kuò)散速度極快，超過了人們對(duì)其施加控制的反應(yīng)速度，極大限制了級(jí)聯(lián)失效過程中的控制效果；另外，針對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)這類措施也無法起到預(yù)防性的保護(hù)作用，會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。第三類方式對(duì)于已發(fā)生級(jí)聯(lián)失效的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修復(fù)，只能最大限度降低事后影響、挽回?fù)p失，在級(jí)聯(lián)失效的控制緩解措施上稍顯被動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)發(fā)明的目的