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基于局部熵的级联故障模型初始负载定义方式

复杂系统与复杂性科学 2023年第4期20卷 18-25页

作者：董昂吴亚丽任远光冯梦琦西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 西安理工大学陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室西安710048

复杂网络中失效节点或边产生的级联效应,严重时将导致整个网络瘫痪。初始负载的定义方式对级联故障模型分析具有重要影响。综合考虑采用度定义缺乏拓扑信息及介数定义计算量过大,充分利用网络的拓扑信息和节点的邻域信息,首次提出了基... 详细信息

复杂网络中失效节点或边产生的级联效应,严重时将导致整个网络瘫痪。初始负载的定义方式对级联故障模型分析具有重要影响。综合考虑采用度定义缺乏拓扑信息及介数定义计算量过大,充分利用网络的拓扑信息和节点的邻域信息,首次提出了基于局部熵的初始负载定义方式。典型的复杂网络级联故障模型实例,验证了所提局部熵定义的有效性。

关键词：复杂网络级联故障局部熵初始负载

基于区块链的混合式点对点电力信息网络级联故障研究

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计算物理 2023年第5期40卷 633-642页

作者：侯凤萍邹艳丽刘唐慧美王志伟谭秫毅广西师范大学电子工程学院广西桂林541004

通过对电网进行社团划分,根据电网和信息网对应分层分区建设的现状和实际耦合关系划分信息网社团。选取信息网中每个社团介数最大的节点和度数最大的节点进行全连接,构建基于区块链的混合式点对点结构的电力信息相互依存网络模型。结合... 详细信息

通过对电网进行社团划分,根据电网和信息网对应分层分区建设的现状和实际耦合关系划分信息网社团。选取信息网中每个社团介数最大的节点和度数最大的节点进行全连接,构建基于区块链的混合式点对点结构的电力信息相互依存网络模型。结合区块链的共识机制分析该模型的优势,利用高度数攻击与高介数攻击这两种攻击策略研究所提出的相互依存网络的鲁棒性,并与传统的集中式控制的电力信息网和完全分散式点对点电力信息网进行对比。研究结果表明:本电力信息相互依存网络模型能够在提高网络鲁棒性的基础上,有效减少实用拜占庭容错算法的通信开销和共识时延;在混合式点对点电力信息网中,高度数攻击方式下系统表现出更强的脆弱性。

关键词：区块链电力网络级联故障社团划分实用拜占庭容错机制

级联故障在交通基础设施网络中传播与恢复:基于文献的全面回顾

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科学技术与工程 2023年第12期23卷 4928-4942页

作者：郑志哲苏义坤周智超王奕麟东北林业大学土木工程学院哈尔滨150040 黑龙江东方学院建筑工程学院哈尔滨150066

交通基础设施(transportation infrastructure,TI)网络极易因产生级联故障而导致瘫痪。然而,系统性地研究TI中级联故障似乎一直被忽略。为弥补这一领域的空白,全面审查了孤立、多层和空间TI网络中级联故障的传播机制、分析方法和预防策... 详细信息

交通基础设施(transportation infrastructure,TI)网络极易因产生级联故障而导致瘫痪。然而,系统性地研究TI中级联故障似乎一直被忽略。为弥补这一领域的空白,全面审查了孤立、多层和空间TI网络中级联故障的传播机制、分析方法和预防策略。最后提出级联故障分析和预防的主流模型,并表明未来的研究中应该关注接受复杂性和依赖性、在安全性和韧性之间建立联系、对故障采用所有危险的方法、避免创建新的漏洞以及在部门之间转移知识等方面。研究成果有助于促进本领域的发展以及项目管理团队在早期阶段揭示和解决TI网络中的级联故障。

关键词：级联故障交通基础设施(TI) 网络相互依赖

考虑过载状态和失效概率的航空网络级联故障模型

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计算机应用 2022年第2期42卷 502-509页

作者：樊成王布宏田继伟空军工程大学信息与导航学院西安710077

为提高突然事件引起的级联故障对航空网络破坏程度的评估可信性,考虑到机场节点对负载的冗余能力,即如果在一定的空间范围内出现过载,节点不会立即失效,而是具备一定的超额负载处置能力,提出一种考虑过载状态和失效概率的航空网络级联... 详细信息

为提高突然事件引起的级联故障对航空网络破坏程度的评估可信性,考虑到机场节点对负载的冗余能力,即如果在一定的空间范围内出现过载,节点不会立即失效,而是具备一定的超额负载处置能力,提出一种考虑过载状态和失效概率的航空网络级联故障模型。该模型首先在传统的“负载−容量”Motter-Lai级联故障模型中增加了过载系数、权重系数、分布系数和容量系数,其次以过载状态和失效概率来描述网络节点的冗余容量特性,并对失效节点和过载节点采用不同的负载重分配策略,使模型更贴合航空网络实际。理论分析和仿真结果表明:在一定范围内提升过载系数有助于降低级联故障的影响,然而提升到一定程度后改善效果不明显;模型中的各参数存在最优区间,可以使航空网络保持较好鲁棒性的同时,花费较小的构建成本,据此对航空网络资源进行优化配置,可以提升网络对级联故障的抵御能力。

关键词：航空网络级联故障过载状态失效概率抗毁性测度

级联故障下权重可调复杂网络鲁棒性增强策略研究

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级联故障下权重可调复杂网络鲁棒性增强策略研究

作者：雷雯中南大学

学位级别：硕士

现实世界的电力网络、通信网络、交通运输网络等复杂网络系统在发生故障或遭受恶意攻击时,需要具有足够强的鲁棒性,才能保证系统的正常运转,以降低网络系统发生级联故障的风险,保证人们的生活效率和生活质量。本文分别对边失效、节点失... 详细信息

现实世界的电力网络、通信网络、交通运输网络等复杂网络系统在发生故障或遭受恶意攻击时,需要具有足够强的鲁棒性,才能保证系统的正常运转,以降低网络系统发生级联故障的风险,保证人们的生活效率和生活质量。本文分别对边失效、节点失效以及负载动态变化的权重可调复杂网络的鲁棒性增强策略进行研究,主要研究内容和创新性工作如下:(1)针对边权重可调复杂网络中边失效所引发的级联故障问题,提出了基于最小邻居边容量阈值的选择性加边鲁棒性增强策略。针对网络中边上负载来源于节点负载的情况,建立边权重可调复杂网络级联故障模型,并构建复杂网络对抗全局崩溃的鲁棒性评估指标。在网络边故障后,基于邻居边容量阈值最小准则,从故障边一端点出发进行选择性加边。仿真表明该加边策略能有效降低网络发生全局崩溃的风险,增强级联故障下复杂网络的鲁棒性。(2)针对节点权重可调复杂网络中节点失效所引发的级联故障问题,提出了基于最小节点关键容量阈值的节点权重参数调整鲁棒性增强策略。考虑网络中调整节点权重参数可以改变负载重分配方式的特点,建立节点权重可调的复杂网络级联故障模型。揭示节点权重参数与级联故障下网络鲁棒性的关系,获得复杂网络具有最小节点关键容量阈值时的最优权重参数取值,并对复杂网络的权重参数进行调整。仿真表明该策略能够有效减少级联故障下网络的节点失效规模,并增强复杂网络在级联故障下的鲁棒性。(3)针对负载时变的节点权重可调复杂网络中节点失效所引发的级联故障问题,提出了负载时变网络中基于最小节点关键容量阈值的节点权重参数调整鲁棒性增强策略。考虑失效节点负载具有动态变化的特点,建立负载时变的节点权重可调复杂网络级联故障模型。揭示节点权重参数与负载时变复杂网络鲁棒性的关系,结合最优权重参数求解算法,获得负载时变复杂网络具有最小节点关键容量阈值时的最优权重参数取值,并对负载时变复杂网络的权重参数进行调整。仿真表明该策略能够有效增强级联故障下负载时变网络的鲁棒性。图34幅,表5个,参考文献68篇

关键词：复杂网络级联故障鲁棒性权重参数调整添加边

基于多任务深度学习的WSN级联故障识别研究

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计算机仿真 2023年第9期40卷 420-425页

作者：邱劲吴宏杰苏州科技大学电子与信息工程学院江苏苏州215009

为了解决传统无线传感器网络级联故障识别方法存在的正确率较低、耗时较多等问题,提出了一种基于多任务深度学习的无线传感器网络级联故障识别新方法。它不仅能计算无线传感器网络节点负载和采用负载重分发策略调整节点负载,还可根据节... 详细信息

为了解决传统无线传感器网络级联故障识别方法存在的正确率较低、耗时较多等问题,提出了一种基于多任务深度学习的无线传感器网络级联故障识别新方法。它不仅能计算无线传感器网络节点负载和采用负载重分发策略调整节点负载,还可根据节点负载调整结果并利用指数型关系函数优化的流量调整方法使调整参数达到最优情况下构建无线传感器网络负载模型。另外,文中还建立了一种多任务深度学习新模型,采用了联合训练方式对模型进行训练并利用批归一化的手段来优化模型,将无线传感器网络负载数据输入到优化后的模型中从而得到无线传感器网络级联故障识别结果。实验结果表明,设计的新方法识别正确率为90.2%,识别时间消耗平均值为0.73s,能够实现无线传感器网络级联故障精准快速识别。

关键词：多任务深度学习无线传感器网络级联故障故障识别负载模型指数型关系函数

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基于区块链技术的电网级联故障及溯源研究

基于区块链技术的电网级联故障及溯源研究

作者：侯凤萍广西师范大学

学位级别：硕士

近几十年来,电力网络发展迅速,随着风电、光伏等可再生能源的大规模地接入电网,电力设备地域分布分散,电网的结构也越来越复杂。传统的中心化结构通信效率低、优化决策时间长,难以保证分布式电源实时运行,而且分布式能源的出力波动性强... 详细信息

近几十年来,电力网络发展迅速,随着风电、光伏等可再生能源的大规模地接入电网,电力设备地域分布分散,电网的结构也越来越复杂。传统的中心化结构通信效率低、优化决策时间长,难以保证分布式电源实时运行,而且分布式能源的出力波动性强,中心服务器制定决策的时效性无法保障。一旦网络中的某个节点发生故障,未能及时控制则可能会造成连锁故障,危及到电力系统的稳定性和安全性。如何保证电网稳定运行,并且在遭受到攻击时不会发生大规模级联故障一直是各国科学家和电力工作者重点关注的问题。传统的电力系统分析方法对于结构日益错综复杂的大电网分析存在局限性,给研究带来了很大的不便,需要寻求新的有效方法对电网进行评估。区块链技术具有去中心化、开放实时性、安全性、不可篡改、可追溯等显著优点,是国内外信息安全领域研究的热点,因此将区块链技术应用于电网的级联故障研究及故障溯源中对电网的故障恢复及电网的安全稳定运行具有重要意义。本文基于区块链技术与复杂网络理论,结合电网拓扑特性和电气特性对电网的级联故障和故障后溯源进行了深入研究。具体研究工作如下:1.基于区块链技术的节点多层次容量的负荷再分配策略。应用区块链技术与复杂网络理论,建立电力系统的负载容量模型,结合区块链特性对电网的级联故障进行研究。通过攻击最高负载节点引发电网级联故障,利用以太坊提供的智能合约技术,建立区块链私有链,将合约部署到私有链中,实现将故障节点的负荷实时分配给其他正常节点,并研究容量参数、负荷分配参数对负荷分配与网络鲁棒性的影响。实验表明,智能合约可实现故障恢复的自动化和智能化,通过调节负荷分配参数与容量分配参数可使网络达到期望的效果,有效防止级联故障的传播,提高负荷分配效率与智能合约的运行效率。2.基于区块链的级联故障溯源研究。区块链中的信息可通过区块的特定标志进行查找,故障的完整传递路径能够被清晰地记录和追溯,因此利用区块链实时记录故障信息,以区块的时间戳作为溯源的特征量,采用蚁群算法对电网故障区域进行溯源,通过调整信息素浓度及其他参数将故障区域的溯源问题转化为最优路径的求取问题,并与传统的广度优先搜索策略进行对比。最后通过算例仿真验证了所提算法的有效性。3.基于区块链的点对点电力信息相互依存网络的级联故障研究。通过对电网进行社团划分,根据电网和信息网对应分层分区建设的现状和实际耦合关系划分信息网社团,选取信息网中每个社团介数最大的点和度数最大的点进行全连接,构建基于区块链的混合式P2P结构的电力信息相互依存网络模型,结合区块链的共识机制分析该模型的优势,利用高度数攻击与高介数攻击这两种攻击策略研究所提出的相互依存网络的鲁棒性,并与完全分散式的P2P电力信息网和传统的集中式控制的电力信息网进行对比。研究结果表明,本文所提的电力信息相互依存网络模型能够有效减少PBFT算法的通信开销和共识时延、节约建立通信网的经济成本;在进行蓄意攻击时,该模型具有更强的鲁棒性;经过对比分析,在同种电力信息网中,系统在高度数攻击方式下表现出更强的脆弱性。

关键词：区块链电力网络级联故障智能合约混合式P2P拓扑

考虑相依程度的电力信息物理系统级联故障建模与脆弱性分析

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考虑相依程度的电力信息物理系统级联故障建模与脆弱性分析

作者：牟泽欣湖南大学

学位级别：硕士

随着习近平主席在联合国峰会上关于:“构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。”倡议的提出,加快了我国电网智能化发展。同时伴随5G技术和物联网的发展,更多智能化设备的投入以及信息技术的使用,使传统的电力系统... 详细信息

随着习近平主席在联合国峰会上关于:“构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。”倡议的提出,加快了我国电网智能化发展。同时伴随5G技术和物联网的发展,更多智能化设备的投入以及信息技术的使用,使传统的电力系统逐渐演变成了信息网和电力网深度融合的电力信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)。智能化设备和先进信息技术的使用大大的提高了系统自动化程度和电网运行效率,但是同时也给系统带来了新的安全问题。因此,从整体的角度对电力信息物理系统的安全评估与分析具有重要的研究意义。基于上述研究背景,针对电力信息物理系统的建模、级联故障传播以及脆弱性进行研究,主要研究内容如下:首先,建立电力CPS系统实时模型。利用相依网络对电力CPS系统建立静态模型。基于电力信息网与网络控制系统结构的统一性,应用True Time模块搭建传感器、控制器与执行器。根据静态模型中两网耦合关系搭建电力CPS系统动态模型,实现电力CPS系统中信息实时传输与调度控制。以IEEE30节点电力CPS系统为例建立系统模型,以最优成本分配为控制策略,验证模型的准确性。其次,建立考虑相依程度的具有时序关系的级联故障图。根据电力信息网的结构与功能,结合电力网运行状态提出一种两网相依程度识别方法。利用相依网络下的故障传播模型,建立考虑相依程度下电力CPS系统信息交换以及电力系统运行特性的级联故障链模型,利用映射关系构造级联故障图,反映故障传播路径以及时序关系。以IEEE30系统动态模型为基础,构建初始故障发生在文中支路1时的故障链与级联故障图并分析故障传播路径。最后,构建脆弱性指标分析不同攻击策略下的系统脆弱性与故障传播过程。对比分析电力CPS系统在不同攻击策略下的脆弱性,得到了按照出度排序进行目标攻击时,对网络的破坏性更强,系统脆弱性更高的结论;分析级联故障传播过程,得到节点出度反映故障的传播特性,入度反映节点受故障影响的特性的特点;考虑两网相依程度,构建信息网关键节点识别指标。最后利用IEEE30系统,分析关键节点识别指标的准确性,发现改进的关键性识别指标可以更准确的识别到信息网的关键节点,即可以使攻击较少的信息节点就可以失去更多的负荷。

关键词：电力信息物理系统级联故障脆弱性分析相依网络

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基于自适应的高阶网络鲁棒性分析

复杂系统与复杂性科学 2024年

作者：余文倩马福祥陈阳马秀娟藏语智能信息处理及应用国家重点实验室青海师范大学计算机学院

随着复杂网络应用的发展，普通网络（图）已不能全面刻画和揭示网络的全貌及其内在规律，由此高阶网络应运而生。当前，依据级联故障过程对高阶网络鲁棒性的研究仍相当匮乏。本文考虑了节点间的多元耦合关系，结合高阶结构及现实中的负... 详细信息

随着复杂网络应用的发展，普通网络（图）已不能全面刻画和揭示网络的全貌及其内在规律，由此高阶网络应运而生。当前，依据级联故障过程对高阶网络鲁棒性的研究仍相当匮乏。本文考虑了节点间的多元耦合关系，结合高阶结构及现实中的负载重分配情况，提出了四种自适应负载重分配策略，并分析了三类合成高阶网络、普通网络（图）以及实证高阶网络的鲁棒性。仿真实验表明，高阶网络的规模与其鲁棒性呈正相关；同时，不同的高阶结构和自适应负载重分配方式对高阶网络的鲁棒性产生了不同的影响。此外，本文提出的自适应负载重分配方式也适用于普通网络（图）和实证高阶网络。

关键词：高阶网络自适应级联故障负载重分配鲁棒性