复杂网络上的交通动力学研究

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1、摘要以TCP／IP为基础的通信网络在过去的二十年中取得了巨大的发展，网络规模和用户数量都呈爆炸式的增长。随着网络应用的不断深入，人类已经进入了一个以网络为基础的信息时代。拥塞是一种无法完全避免的基本网络现象，严重的拥塞会造成传输时延，传输速率和吞吐量等性能指标的恶化。所以如何缓解拥塞，提高通信网络通信能力(亦即网络吞吐量)已成为复杂网络交通动力学研究的重要课题。通常网络通信能力受几个因素影响：路由策略，节点通信能力和网络拓扑结构。而且当大量信息涌入网络时，有限的内存也会对网络阻塞产生重要影响。现在通信网络中最基本的路由策略是以最快传输为目标，也就是说它是基于从源地址到目的地的估计最短路径

2、。Internct和其它一些通信网络采用这种基本路由策略，并正常可靠的运行，但是这种基本路由策略在遇到网络通信拥塞时，通信效率会快速下降。因此第三章介绍一种新的路由策略，它引入局域交通负载信息(邻居节点的负载信息)。新算法部分克服了基本路由算法的缺点，但是它并没有考虑邻居节点到目的地节点的负载情况。第四章利用通信的历史信息对这一点进行改进。BA无标度网络的仿真结果显示，改进后的算法不但提高了网络的通信能力，而且增强了算法对于网络链路随机故障的适应能力。第五章，我们提出一个新的单节点通信能力分配策略，使得当整个网络所有节点的通信能力之和固定时，网络通信效率比平均分配节点通信能力时更高。在这

3、个模型中，度为k；的单节点i的通信能力与七尸成正比，其中∥是可控参数，并使用最短路径路由算法。模拟仿真结果显示存在最佳的∥值，使得网络的通信能力达到最大值。最后对全文工作进行了总结，并指出了下一步可深入研究的方向。关键词：复杂网络；拥塞；路由算法ABSTRACTTheTCP／IP-basedcommunicationnetworkshavedevelopedenormouslyoverthepasttwodecades．Boththesizeofnetworksandthenumberofusershaveincreasedexplosively．Withtheemergenceofmo

4、reandmorein—depthnetworkapplications，thehumankindhasinvolvedintoanetwork-basedinformationera．Meanwhile，congestionisabasicnetworkphenomenonthatcannotbecompletelyavoided．SeverecongestionCallcausethedeteriorationofsomeperformanceindices，includingthetimedelay,thetransmissionspeedandthenetworkthroughp

5、ut．Howtoimprovethetransportcapacityofthesenetworksandalleviatethetrafficcongestionhasbeenanimportanttopicincomplexdynamicalnetworks．Ingeneral，thecapacityisinfluencedbythreefactors：routingalgorithm，thenodepacket-deliveringcapacityandthetopologyofanetwork．Furthermore，whenlargenumberofinformationpac

6、ketsrushintothenetwork,congestionwillalsooccurduetothefinitememory．Thebasicroutingprotocolincommunicationnetworksaimsatthefastesttransmission，whichisbasedontheestimateoftheshortestpathfromagivensourcenodetothedestination．AlthoughtheIntemetandothercommunicationnetworksworkinareliablewayunderthebas

7、icprotocol，itwillbelessefficientwhennetworkentersintotheseverecongestionphase．Therefore,wefirstlyintroduceageneralstrategythatincorporatedlocaltrafficinformationintothebasicshortestpathroutingpolicywhichiscontrolledbya