基于betweenness centrality提高复杂网络容量的方法

基于betweenness centrality提高复杂网络容量的方法

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1、2006全国复杂网络学术会议(CCCN’06)论文集基于BetweennessCentrality提高复杂网络容量的方法范晶1,2秦卓琼1,2张国强1,2张国清1(1.中国科学院计算技术研究所北京100080)(2.中国科学院研究生院北京100080)摘要:BetweennessCentrality能够刻画节点在网络中的重要程度,能够反映节点在网络中可能承载的网络流量。本文引入BetweennessCentrality对网络拓扑进行优化和拥塞预测,通过理论分析和仿真实验,提出在具有scale-free特征的复杂网络中,依据Betweenness值以及Betweenness

2、的标准差增加一些捷径路径的方法,有效平衡中枢节点的负载,缓解拥塞状况,提高网络容量。关键词:BetweennessCentrality,网络拓扑,网络容量,拥塞,无标度网络AMETHODFORIMPROVINGCOMPLEXNETWORKCAPACITYBASEDONBETWEENNESSCENTRALITYFanJing1,2QinZhuoqiong1,2ZhangGuoqiang1,2ZhangGuoqing1(1.InstituteofComputingTechnology,ChineseAcademyofScienceBeijing100080)(2.Gradua

3、teUniversityofChineseAcademyofScienceBeijing100080)ABSTRACT:TheBetweennessCentralityindexisadirectmeasureofmessagetraffic.HighBetweennessCentralityscoresindicatethatavertexliesonconsiderablefractionsofshortestpathsconnectingothersanditplaysanimportantroleinthenetwork.Theindexisintroducedh

4、eretooptimizenetworktopologyandidentifynodeswhicharemostlikelytocausecongestion.Weproposesomemethodsaftertheoreticalanalysisandexperimentstoaddsomeshortcutsinscale-freenetworksaccordingtoBetweennessandthevariationofBetweenness.Thiscanbalanceloadamongthecorenodes,relievecongestionefficient

5、lyandincreasethecapacityofthenetworksubstantially.Keywords:BetweennessCentrality,networktopology,networkcapacity,congestion,scale-freenetwork2006全国复杂网络学术会议(CCCN’06)论文集1引言随着互联网的普及和发展,各种新兴的Internet业务不断涌现,上网的计算机数和网站数迅猛增长,在网络使用高峰时段,大多数网络都会出现拥塞,服务质量下降。网络拥塞受很多因素影响,例如节点的容量、链路的带宽、网络路由协议还有网络拓扑。为了获

6、得令人满意的服务质量,缓解拥塞状况,大多数网络运营决策人员会选择扩容或者更换网络设备,而很少尝试对已有的网络拓扑作些小小的改变来提高网络性能[1]。而事实上系统的动态特征(网络流量)和网络的静态结构(网络拓扑)关系非常密切[2],网络拓扑结构是影响网络负载分布的主要因素之一。BetweennessCentrality(简称Betweenness)的概念源于分析社会网络中个体的重要性[3]。简单地讲,一个节点的Betweenness表示所有的节点对之间通过该节点的最短路径条数。Betweenness很好地描述了一个网络中节点可能需要承载的流量。一个节点的Betweennes

7、s越大,流经它的数据分组越多,意味着它更容易拥塞,成为网络的瓶颈。在早期的网络拓扑模型的研究中,网络拓扑模型通常采用完全随机图模型,认为网络中的节点度大致相同,呈正态分布。近期的研究表明Internet的网络节点度呈幂律分布,具有这种特征的网络就被称之为无标度(scale-free)网络。大多数节点度较小,而一小部分节点则节点度很大,通常称之为中枢节点。中枢节点的Betweenness就往往很大,一旦中枢节点崩溃,整个网络就面临瘫痪的危险,所以平衡整个网络的流量来提高系统容量对符合scale-free特征的网络尤为必要。文[1

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