空间复杂网络上的交通流传输动力学研究

This project will study the effects of spatial distance of complex networks on the behaviors of traffic routing dynamics. Under the condition that global topological characteristics are unknown, we will design strategies for routing packets, strategies for allocating nodes' delivering capacity and strategies for allocating links' bandwidth with the help of spatial distance characteristics in order to improve transport efficiency of traffic flows on spatial networks. Take the effect of spatial distance on delivering cost into consideration, we will study how to increase delivering cost so that traffic capacity can be enhanced maximally. Furthermore, assuming the cost of adding new links is fixed, we will design efficient strategies of establishing new links between new nodes and old nodes so that traffic capacity can be maximized. The project will provide theoretical supports and instructions for enhancing transport efficiency and saving delivering cost of packets on spatial networks.

本项目研究空间复杂网络的空间距离特性对交通流传输行为的影响。在全局拓扑特征未知的情况下，本项目将利用网络的空间距离特性设计数据包的有效路由策略、分配节点传输容量的策略和分配边带宽的策略，以提高空间网络的交通流传输效率。结合空间距离对传输成本的影响，我们将研究如何增加传输成本，实现交通容量最大幅度的提高；研究当加边总成本固定时，如何在新节点和旧节点之间加边使得网络的交通容量最大化。本项目的研究将为提高数据包传输效率，节约数据包传输成本，提供理论支持和指导。

本项目的研究背景是考察空间传输网络的一般性流量特性。这里传输网络可以包括因特网、公路网、飞机航线网、无线传感器网络等。在不同的传输网络，关于流量的控制目标也不完全相同。本项目研究重点是考察网络的空间距离特性对交通流传输动力学、数据包导航时间的影响；另外，本项目还研究了一种特殊的空间网络---无线传感器网络，数据包在相邻节间点进行传输，对参数进行分布式估计。项目的重要结果总结如下：（1）提出了基于网络局部拓扑特性和空间距离特性的路由策略，可以提高交通流传输容量，缓解数据包在网络中的拥堵，缩短数据包在网络中的传输时间；（2）撰写了一篇关于导航问题的研究综述，详细地回顾了同构和异构空间网络上的导航过程研究，并同时对空间网络中的另外两种动力学行为已有研究成果进行了回顾：交通流传输过程和随机游走过程；（3）提出了一种通过加边来减小数据包在网络中的平均导航时间的策略。我们提出的加边策略主要考虑了两个因素，一是每次导航选取的邻居节点需要与目的节点之间的空间距离要小，二是从源节点到目的节点的导航路径应尽可能减少曲折性；（4）提出了基于无线传感器网络的用于进行分布式参数估计的一种分量式（component-wise）变步长（variable step-size）扩散式LMS算法。相对于以前的各种固定步长和变步长算法，本项目提出的算法可以很明显的减小相对MSD（relative mean-square deviation），并且可以取得与以前算法同等效果的绝对MSD。（5）提出了基于无线传感器网络的一种节能化多任务分布式扩散式LMS算法---CR-dLMS算法。该算法可以在任意节点并不知道它的邻居节点上是否与它本身属于同一个待估参数类的情况下，通过明显降低节点间数据通信成本，对网络中各节点的待估真实参数进行估计。实验结果表明CR-dLMS算法可以取得较好的参数估计性能。..本项目的研究基本达到了研究预期目标，对缓解因特网、公路网等网络中的拥堵现象提供了我们的解决方案，也为降低无线传感器网络中不同节点间通信能量进行参数估计提供了解决方案。