復雜網(wǎng)絡上的擁塞分析與控制問題研究.pdf

1、20世紀末以來,對復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)的研究開始更多關注數(shù)量眾多、連接結構復雜的實際網(wǎng)絡的統(tǒng)計特性及其上發(fā)生的動態(tài)過程。擁塞現(xiàn)象是發(fā)生在通信網(wǎng)絡和交通網(wǎng)絡等復雜網(wǎng)絡上的一種典型的動態(tài)行為。擁塞與搜索及路由優(yōu)化策略互相影響、密切相關。和以前的研究不同之處在于,基于復雜網(wǎng)絡理論的擁塞、搜索及路由策略的研究更為關注網(wǎng)絡的結構特性對網(wǎng)絡的擁塞、搜索及路由優(yōu)化策略的影響,比如是否可以利用網(wǎng)絡的局部或者全局拓撲特性來提高搜索以及路由策略的有效性、路由策略是

2、否會導致網(wǎng)絡拓撲結構發(fā)生變化從而反過來影響算法的效率、如何設計對網(wǎng)絡拓撲結構變化具有自適應能力的路由策略以及局部優(yōu)化策略對無標度網(wǎng)絡結構的形成有何影響等。 本文的主要研究內(nèi)容正是基于各種復雜網(wǎng)絡模型,分析不同網(wǎng)絡結構上擁塞產(chǎn)生的原因及其控制策略,并對網(wǎng)絡結構和其上發(fā)生的動態(tài)行為之間的相互影響關系進行初步探討,提出了改進的路由策略來提高網(wǎng)絡的吞吐量以及傳輸性能等動態(tài)指標。本文的主要內(nèi)容和研究成果總結如下: 1.基于Bara

3、basi和Albert提出的無標度網(wǎng)絡模型,按照節(jié)點在網(wǎng)絡中的重要程度將其分類,并通過定義相應的動態(tài)過程及性能指標,研究了網(wǎng)絡節(jié)點自身容量或者處理速度以及網(wǎng)絡的無標度結構特性對擁塞的影響。 提出了相應的控制策略來改善網(wǎng)絡的擁塞,發(fā)現(xiàn)控制策略是否有效和網(wǎng)絡的拓撲結構緊密相關,相同的策略在不同網(wǎng)絡結構中的作用會有明顯不同。特別地,不需要對整個網(wǎng)絡施加控制作用,而僅需要對一些最關鍵的節(jié)點加以控制,就可以得到類似控制所有節(jié)點所產(chǎn)生的控制

4、效果。 2.提出了一種結合最短路徑路由和局部擁塞檢測的改進路由算法,并在具有可變聚類系數(shù)的無標度網(wǎng)絡上進行了研究。研究結果表明可以得到一個最優(yōu)參數(shù)使得該路由算法具有最好的性能,并且隨著捌塞的加劇,最優(yōu)參數(shù)值隨之增加.和最短路徑路由算法相比,該算法在擁塞加劇的情形下性能提升更加明顯,但是最優(yōu)參數(shù)值幾乎不隨聚類系數(shù)的變化而變化。 3.進一步研究了可以感知局部擁塞信息的路由算法在不同網(wǎng)絡拓撲結構下的性能,發(fā)現(xiàn)在各種拓撲結構下,

5、該路由算法均可以顯著的提高網(wǎng)絡吞吐量,并且路由算法的提高程度和網(wǎng)絡的異質(zhì)性有密切關系。 4. 研究了梯度網(wǎng)絡中的擁塞問題?；谥笖?shù)可調(diào)冪律隨機網(wǎng)絡,對由其得到的梯度網(wǎng)絡模型的入度分布進行了研究,發(fā)現(xiàn)梯度網(wǎng)絡的入度分布均為冪律的。當基礎網(wǎng)絡的冪律指數(shù)γ>2時,梯度網(wǎng)絡的冪律指數(shù)和基礎網(wǎng)絡的幾乎一致,而當γ≤2時,梯度網(wǎng)絡的冪律指數(shù)小于基礎網(wǎng)絡的指數(shù)。其次,平均度的相變值к<,c>也與冪律指數(shù)γ相關,基礎網(wǎng)絡的冪律指數(shù)越小,其平均度