復(fù)雜社團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播與控制研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)病毒在 Internet上的蔓延和傳染病在生物群中的流行給人類的財(cái)產(chǎn)和生命帶來了巨大的損失，迅猛發(fā)展的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為人們研究病毒的傳播行為，進(jìn)而采取有效的措施來控制其蔓延提供了新的思路。隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)很多實(shí)際網(wǎng)絡(luò)在中尺度上有著明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的交通動(dòng)力學(xué)行為和病毒傳播行為有著一定的影響，有些病毒的傳播是以節(jié)點(diǎn)之間存在數(shù)據(jù)包交互作為基礎(chǔ)的，根據(jù)研究所得到的不同的病毒傳播機(jī)制，本文提出一些策略，提高網(wǎng)

2、絡(luò)的承載能力，控制病毒的傳播。本論文的主要研究工作和貢獻(xiàn)如下：
　　1.鑒于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中存在著社團(tuán)結(jié)構(gòu)，基于平均場(chǎng)理論，研究社團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)均勻網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播行為的影響及相應(yīng)的免疫策略。以往研究認(rèn)為均勻網(wǎng)絡(luò)中病毒的傳播行為與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平均度相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)在平均度相等的均勻網(wǎng)絡(luò)中，社團(tuán)結(jié)構(gòu)特性會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中病毒的傳播，明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征會(huì)減緩病毒的蔓延速度。提出基于最短路徑路由介數(shù)和基于隨機(jī)游走介數(shù)的目標(biāo)免疫策略，免疫網(wǎng)絡(luò)中最短路徑路由介數(shù)和隨

3、機(jī)游走介數(shù)較大的節(jié)點(diǎn)，以控制均勻網(wǎng)絡(luò)中的病毒傳播。
　　2.研究社團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中的交通動(dòng)力學(xué)以及社團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)承載能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，不論采用最短路徑路由策略還是有效路徑路由策略，明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征都會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)承載能力，并基于此提出基于社團(tuán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化路由策略，通過減少路由經(jīng)過的社團(tuán)數(shù)量，降低節(jié)點(diǎn)介數(shù)。結(jié)果顯示，基于最短路徑路由的優(yōu)化策略在保證路由策略小世界特性的同時(shí)，能夠提升網(wǎng)絡(luò)的承載能力，社團(tuán)劃分得越準(zhǔn)確，優(yōu)化策略效果越顯著，而基于

4、有效路徑路由的優(yōu)化策略作用不夠明顯。
　　3.研究社團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中基于交通流的病毒傳播行為及相應(yīng)的控制病毒傳播策略。研究發(fā)現(xiàn)，隨著交通流的增大，病毒在網(wǎng)絡(luò)中的蔓延速度會(huì)明顯增加。在均勻網(wǎng)絡(luò)中，病毒的蔓延速度和病毒傳播臨界值與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)平均路由介數(shù)有關(guān)，而在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中則與節(jié)點(diǎn)路由介數(shù)分布的一階矩和二階矩之比有關(guān)。與傳統(tǒng)的傳播模型不同，明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征會(huì)加快基于交通流的傳播模型中病毒的蔓延。在此基礎(chǔ)上，提出基于社團(tuán)結(jié)構(gòu)的控制策略，發(fā)現(xiàn)基

5、于最短路徑路由的控制策略在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中能較好的控制病毒的傳播，社團(tuán)劃分得越準(zhǔn)確，網(wǎng)絡(luò)自身的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征越強(qiáng)，該策略控制病毒傳播的效果也越顯著。
　　4.研究網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)病毒傳播行為的影響，由于以前的針對(duì)節(jié)點(diǎn)的免疫策略會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)的連通性，提出增加或者刪除邊以改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而達(dá)到控制病毒傳播的目的。研究發(fā)現(xiàn)，在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中刪除節(jié)點(diǎn)度乘積最大、節(jié)點(diǎn)的最短路徑路由介數(shù)乘積最大、節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)游走介數(shù)乘積最大的邊會(huì)都提高病毒的傳播臨界