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基于社团结构的电力光纤网边缘边挖掘及加边策略

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基于社团结构的电力光纤网边缘边挖掘及加边策略

作者：万超逸东北电力大学

学位级别：硕士

电力光纤网是支撑电力网络并具有与电力网络同等规模的网络,当电力光纤网中某些线路损坏时,会造成级联故障,甚至会导致整个网络的瘫痪。分析电力光纤网线路脆弱性,提高整个网络的连通性和效率,对于确保电力光纤网稳定运行具有重要意义... 详细信息

电力光纤网是支撑电力网络并具有与电力网络同等规模的网络,当电力光纤网中某些线路损坏时,会造成级联故障,甚至会导致整个网络的瘫痪。分析电力光纤网线路脆弱性,提高整个网络的连通性和效率,对于确保电力光纤网稳定运行具有重要意义。因此,本文根据实际的省级电力光纤网络的物理拓扑结构,基于复杂网络理论构建电力光纤网络模型对电力光纤网模型进行社团划分,识别出对电力通信安全稳定运行起到关键作用的脆弱边缘线路,实施差异化管理与运维,并设计合理加边策略,以保证脆弱线路的运行可靠性。具体内容如下:首先,为弥补仅依靠行政区划分对电力光纤网管理的缺陷,挖掘出社团结构下的对网络起重大影响的链路,设计一种电力光纤网的社团划分算法。首先,从所构建电力光纤网络模型中提取骨干网得到初始社团,定义并计算网络中所有边的局部边缘中心性;其次,删除值大于阈值的边,得到首次社团划分。最后,根据边密度合并小社团,确定网络划分。通过对吉林省电力光纤网进行实验分析发现,划分后的各部分区域内部全部连通,整体韧性度较按照行政区划分方法提高了60%,社团结构更加明显,与其他四种社团划分算法相比,本算法在网络效率和模块度也取得了很好的效果。其次,为识别出网络薄弱边结构,对网络进行合理保护,设计一种电力光纤网的边缘边挖掘算法。首先,针对电力光纤网络模型划分的社团,计算各个社团的拓扑可靠性度量,求得社团间的边缘边集合;其次,基于网络异质性,提出基于H-索引的脆弱边度量;最后,综合考虑与社团的拓扑可靠性度量,得出社团内部的边缘边集合,与社团之间的边缘边进行整合排序,得到整个网络的边缘边集合。通过对吉林省电力光纤网进行实验分析发现,与其他四种脆弱边挖掘算法相比,本算法在去除边缘边后网络的连通度平均降低37.6%、网络效率平均降低46.95%,能更有效的挖掘出网络的脆弱边。最后,为实现同成本或低成本下的连通性和网络效率最优,设计一种电力光纤网加边策略。首先,在电力光纤网络模型的边缘边集基础上,得到边缘节点集,并根据度量计算节点的脆弱性度量。其次,引入重复节点回避机制,将边缘节点集的最大值节点与全集中除边缘边集的度最大节点进行加边。根据对吉林省电力光纤网的实验分析发现,网络效率平均最短距离提高了17.49%,效率提高了13.71%,证实该加边策略的有效性。

关键词：电力光纤网社团划分边缘边挖掘加边策略

基于脆弱子图识别的集装箱海运网络鲁棒性优化加边策略研究

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基于脆弱子图识别的集装箱海运网络鲁棒性优化加边策略研究

作者：廖丁大连海事大学

学位级别：硕士

集装箱海运网络是全球经济和贸易的重要保障,在当前新冠疫情全球肆虐,部分地区政治局势动荡的背景下,研究集装箱海运网络的鲁棒性优化方法,对于提升集装箱海运网络在面临港口突发失效时的鲁棒性具有重要的现实意义。本文从增强集装箱海... 详细信息

集装箱海运网络是全球经济和贸易的重要保障,在当前新冠疫情全球肆虐,部分地区政治局势动荡的背景下,研究集装箱海运网络的鲁棒性优化方法,对于提升集装箱海运网络在面临港口突发失效时的鲁棒性具有重要的现实意义。本文从增强集装箱海运网络中薄弱环节与主体结构间联系的角度入手,提出一种基于脆弱子图识别的集装箱海运网络鲁棒性优化加边策略。然后,利用加边策略对马士基集装箱海运网络的鲁棒性进行优化,验证了本文加边策略的适用性。同时,将本文加边策略与已有研究中的加边策略进行对比,发现本文加边策略明显优于已有研究中的加边策略,说明本文所提出的加边策略在集装箱海运网络鲁棒性优化方面具有较好的有效性。进而,为了从运营层面实现集装箱海运网络的鲁棒性优化,本文建立了基于鲁棒性优化的集装箱航线调整决策方法,并对马士基集装箱海运网络的航线调整方案进行了研究,得到了相应的航线调整方案。本文开展并完成的主要研究工作如下:1.提出基于脆弱子图识别的加边策略:首先识别网络在蓄意攻击下的脆弱子图(蓄意攻击下容易从最大连通子图中分裂出去的子图),然后在脆弱子图与最大连通子图之间添加边连接。进一步的,深入考虑集装箱海运网络的地理特性,将地理临近性的因素引入基于脆弱子图识别的加边策略中,建立了基于脆弱子图识别的加边策略-地理临近这一加边策略。2.对马士基集团官方网站2019年公布的所有运营航线数据进行了统计,并按照P空间规则构建马士基集装箱海运网络模型。利用基于脆弱子图识别的加边策略对马士基集装箱海运网络的鲁棒性优化进行仿真,并与已有研究中的加边策略进行对比,验证了本文方法的适用性和有效性。3.建立了基于鲁棒性优化的集装箱航线调整决策方法,并以马士基集装箱海运网络的鲁棒性优化仿真结果为基础数据,对马士基集装箱海运网络的航线调整方案进行研究,得到了相应的航线调整方案,将鲁棒性优化从宏观的网络层面落实在了运营层面。

关键词：集装箱海运网络鲁棒性优化加边策略航线调整

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一种基于社团外围节点的网络鲁棒性优化策略

复杂系统与复杂性科学 2024年

作者：潘文祥李东艳孙思翔佟宁大连交通大学软件学院

为提高网络鲁棒性优化策略的效率，分析了几类主要的优化策略对城市基础设施网络结构的影响，提出一种基于社团外围节点加边策略（CPA，Community Periphery nodes link Addition）来优化网络鲁棒性。所提策略采用GN算法确定复杂网络社... 详细信息

为提高网络鲁棒性优化策略的效率，分析了几类主要的优化策略对城市基础设施网络结构的影响，提出一种基于社团外围节点加边策略（CPA，Community Periphery nodes link Addition）来优化网络鲁棒性。所提策略采用GN算法确定复杂网络社团结构，将社团看作一个网络，采用K壳算法确定每个社团内网络中心的位置，找出每个社团内受网络中心影响最小的节点作为社团外围节点，根据外围节点建立连边。基于真实的基础设施网络以及BA无标度网络模型的实验结果表明，通过与经典的随机加边，低度加边，低介数加边以及代数连通性加边策略相比，CPA策略在多数情况下对网络的鲁棒性提升效率更高。

关键词：基础设施网络加边策略社团结构鲁棒性提升

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考虑出行阻抗的城市群客运网络韧性优化

交通运输研究 2024年第3期10卷 10-19页

作者：王佳琳李成兵乔栋李鑫涛内蒙古大学交通学院内蒙古呼和浩特010070

为增强城市群客运网络在遭遇暴雨、洪水等突发事件时的韧性,提出并验证了一种基于旅客出行阻抗的城市群客运网络韧性提升方法。首先,深入分析复合交通网络结构特点,构建反映不同运输方式间换乘关系的城市群客运交通网络模型;其次,结合... 详细信息

为增强城市群客运网络在遭遇暴雨、洪水等突发事件时的韧性,提出并验证了一种基于旅客出行阻抗的城市群客运网络韧性提升方法。首先,深入分析复合交通网络结构特点,构建反映不同运输方式间换乘关系的城市群客运交通网络模型;其次,结合旅客出行成本与时间,运用综合阻抗来量化网络边的权重,以网络阻抗效率作为韧性测度指标;最后,以呼包鄂乌城市群为例进行仿真研究,模拟随机加边、节点度加边、节点介数加边和聚类系数加边等4种加边策略在不同攻击场景下对网络韧性的提升效果。实验结果显示,蓄意攻击使网络性能迅速下降,且与随机攻击相比,瘫痪站点数量增加了20%;在不同攻击方式下,相较于原始网络,4种加边策略均可有效降低旅客出行成本和网络瘫痪比例,且出行成本最多可降低27.9%;4种加边策略分别使网络韧性提升了10%,22%,7%,14%。研究结果表明,不同加边策略对城市群客运网络韧性有不同程度的影响,其中节点度加边策略对网络韧性提升效果最大。

关键词：综合交通城市群出行阻抗加边策略韧性优化

电力信息-物理相互依存网络脆弱性评估及加边保护策略

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电网技术 2016年第6期40卷 1867-1873页

作者：冀星沛王波董朝阳陈果刘涤尘魏大千汪勋婷武汉大学电气工程学院悉尼大学电子与信息工程学院

随着一次电网与信息系统深度融合,研究电力信息-物理系统的交互连锁故障机理与保护措施具有十分重要的理论价值与现实意义。基于相互依存网络理论,建立了电力信息-物理相互依存网络模型。由于相依网络的脆弱性同时受到依存边与网间拓扑... 详细信息

随着一次电网与信息系统深度融合,研究电力信息-物理系统的交互连锁故障机理与保护措施具有十分重要的理论价值与现实意义。基于相互依存网络理论,建立了电力信息-物理相互依存网络模型。由于相依网络的脆弱性同时受到依存边与网间拓扑互相似性的影响,文章首先基于复杂网络理论,对华中500k V电力网及其信息网的拓扑结构特性进行对比分析。其次,考虑网间节点的相互依存关系,定量评估了信息网与电力网的拓扑互相似性。通过对华中500 kV电力信息-物理相依网络在随机故障下的连通脆弱性进行评估,发现:虽然网间的相互依存提高了电力系统的脆弱性,但由于信息网与电力网的拓扑具有高度互相似性,这使得电力信息-物理相互依存网络避免了一阶相移。针对电力网与信息网的结构特点,研究了低度数节点加边策略及其分配策略对电力信息-物理相互依存网络的脆弱性的影响。仿真结果证明了低度数节点加边策略的有效性,且加边分配策略对改善电力信息-物理相互依存网络的脆弱性具有重要影响。

关键词：相互依存网络复杂网络脆弱性互相似性加边策略

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基于复杂网络理论的电力通信网加边保护策略

电力自动化设备 2016年第10期36卷 121-126页

作者：刘涤尘冀星沛陈果王波魏大千武汉大学电气工程学院悉尼大学电气与信息学院

基于复杂网络理论,对华中电力通信网进行了网络建模和拓扑统计特性分析,得出华中电力通信网是一个典型的无标度网络的结论。其结构特点造成华中电力通信网对随机攻击具有较强的鲁棒性,而在蓄意攻击尤其是高介数节点攻击下十分脆弱。针... 详细信息

基于复杂网络理论,对华中电力通信网进行了网络建模和拓扑统计特性分析,得出华中电力通信网是一个典型的无标度网络的结论。其结构特点造成华中电力通信网对随机攻击具有较强的鲁棒性,而在蓄意攻击尤其是高介数节点攻击下十分脆弱。针对华中电力通信网的结构特点,从连通脆弱性和网络效率2个角度,对比了随机加边策略、低度数节点加边策略、低介数节点加边策略和代数连通性加边策略对华中电力通信网鲁棒性的影响,研究表明:上述加边策略可以有效地提高华中电力通信网的鲁棒性,低度数节点加边策略在保护效果及计算效率上明显优于其他3种策略。

关键词：复杂网络电力通信网加边策略脆弱性连通性网络效率

基于复杂网络理论的电力通信网拓扑脆弱性分析及对策

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电网技术 2015年第12期39卷 3615-3621页

作者：刘涤尘冀星沛王波唐飞武汉大学电气工程学院

为辨识电力通信网的结构脆弱性并提出针对性的保护措施,基于复杂网络理论,分别对华中5省1市的电力通信网进行建模、拓扑统计特性分析,并从连通性和网络效率2个角度进行了脆弱性评估,指出各省市电力通信网具有无标度网络的特点:在随机攻... 详细信息

为辨识电力通信网的结构脆弱性并提出针对性的保护措施,基于复杂网络理论,分别对华中5省1市的电力通信网进行建模、拓扑统计特性分析,并从连通性和网络效率2个角度进行了脆弱性评估,指出各省市电力通信网具有无标度网络的特点:在随机攻击下具有较强的鲁棒性,在蓄意攻击下十分脆弱。在此基础上,提出了高度数节点保护策略和低度数节点加边策略以改善电力通信网的结构脆弱性。将上述策略应用于华中各省市电力通信网,取得了较好效果,从而证实了该策略的有效性。

关键词：复杂网络连通性电力通信网网络效率脆弱性加边策略

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地铁建设对公交系统鲁棒性的影响

复杂系统与复杂性科学 2023年第1期20卷 66-73页

作者：林兆丰李树彬孔祥科山东建筑大学交通工程学院济南250101 山东警察学院交通管理工程系济南250014

为提高城市公交系统的鲁棒性,制定了基于换乘的加边策略。以济南市公交-地铁复合网络为例,研究了网络的特性参数和鲁棒性,并提出基于换乘的加边策略提高网络鲁棒性。研究表明:复合网络具有小世界和无标度网络特性;网络在蓄意攻击下比随... 详细信息

为提高城市公交系统的鲁棒性,制定了基于换乘的加边策略。以济南市公交-地铁复合网络为例,研究了网络的特性参数和鲁棒性,并提出基于换乘的加边策略提高网络鲁棒性。研究表明:复合网络具有小世界和无标度网络特性;网络在蓄意攻击下比随机攻击更具脆弱性;在介数攻击下,高度加边策略对网络鲁棒性提升较为显著,使网络瘫痪时被攻击站点比例提升50.46%;在随机攻击和度攻击下,高介数加边策略对网络鲁棒性提升较为显著,使被攻击站点比例分别提升23.35%和39.81%。

关键词：复杂网络公交-地铁复合网络鲁棒性分析加边策略

基于复杂网络理论的城市公交网络鲁棒性分析与优化

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计算机工程与应用 2022年第10期58卷 249-254页

作者：赖强张宏昊王徐盱华东交通大学电气与自动化工程学院南昌330013

以往对城市公交网络的研究多集中在网络拓扑结构的性质上,关于优化网络鲁棒性的研究较少。从公交路线网站上获取某市实时公交路线后,基于Python软件构建了该市公交网络拓扑结构模型。采用连通度、最大连通子图的相对大小、网络效率作为... 详细信息

以往对城市公交网络的研究多集中在网络拓扑结构的性质上,关于优化网络鲁棒性的研究较少。从公交路线网站上获取某市实时公交路线后,基于Python软件构建了该市公交网络拓扑结构模型。采用连通度、最大连通子图的相对大小、网络效率作为公交网络鲁棒性评价指标,以节点度攻击与随机攻击模式对网络进行攻击,结果表明随机攻击模式下该市公交网络鲁棒性较好,节点度攻击模式下该市公交网络鲁棒性较差。在采用高度数加边、高介数加边、低度数加边、低介数加边和随机加边策略对网络进行鲁棒优化后对比得出,低度数和低介数加边策略对网络鲁棒性提升效果好,高介数和高度数加边策略不能提升网络鲁棒性。

关键词：公交网络鲁棒性加边策略连通度