复杂耦合网络上相继故障建模及保护策略研究

具有异质多网耦合特性的复杂关键基础设施网络上的相继故障建模问题，是应对突发事件应急管理中网络上灾害预防问题重要的理论基础。本课题以有效控制相继故障在耦合网络上蔓延为目标，从耦合网络角度出发，通过构建的耦合网络上的相继故障模型，研究预防和控制相继故障的有效策略，并构建最优的抵制相继故障的耦合网络架构。主要研究内容：1）基于现实系统中耦合网络实际背景的分析，构建复杂系统多网耦合模型；2）在多网耦合理论模型基础上，分析耦合网络上的相继故障动力学演化机制，构建复杂耦合网络上的相继故障模型；3）对耦合网络上随机故障和故意袭击下导致的相继故障传播过程进行仿真分析，并提出有效预防和控制相继故障的整体及局部措施；4）研究低成本、高鲁棒性的耦合网络架构的构建方法。本课题的研究对预防大规模故障在耦合网络中的迅速蔓延，提高耦合网络的可靠性，防止相继故障可能导致的灾难性后果，具有十分重要的理论意义和应用价值。

具有异质多网耦合特性的复杂关键基础设施网络上的相继故障建模问题，是应对突发事件应急管理中具有连锁特性的灾变预防亟需解决的关键基础性课题。针对这一课题，我们以有效控制相继故障在耦合网络上蔓延为目标，从耦合网络角度出发，通过构建的耦合网络上的相继故障模型，研究了预防和控制相继故障的有效策略。主要完成的工作包括：提出了一种新的保护超负荷节点的有效缓解策略；提出了一种新的预防和控制相继故障蔓延的有效策略；在新的相继故障模型基础上，提出了一种额外负荷重新再分配的缓解策略方法；考虑网络中存在的两种类型节点，提出了一种新的相继故障模型，并应用到Internet网络中；在相互依赖耦合网络上，提出了一种新的二阶段级联故障演化模型；依据相互依赖耦合网络间少量的关联边，提出了一种增强耦合网络鲁棒性的方法；在超负荷边具有一次可调节负荷能力的限制条件下，提出了一种简单而又有效的控制相继故障蔓延的方法；依据一种最脆弱节点的邻居节点的重连机制，提出了一种增强网络鲁棒性新方法；定义了节点辐射圈的概念，并基于辐射圈提出了一种新的节点初始负荷的定义方法；提出了动态调整负荷的控制相继故障蔓延的有效缓解策略；考虑耦合网络间的耦合强度，提出了新方法定义相互依赖网络上节点的初始负荷，并构建了一种新的相继故障模型；给出了耦合网络边相继故障模型的整体保护策略。提出的若干模型及保护策略方法都能够较好地应用到实际的关键基础设施耦合网络中。自2012年以来，在本课题资助下以第一作者发表SCI论文13篇，其中在中科院一区期刊Nonlinear Dynamics上发表论文2篇、JCR一区期刊Safety Science发表论文1篇，JCR一区期刊Journal of Network and Computer Applications发表论文1篇，JCR二区期刊Complexity发表论文1篇，JCR二区期刊Physica A发表论文3篇，JCR三区期刊International Journal of Modern Physics C发表论文3篇，JCR四区期刊Modern Physics Letters B发表论文2篇，国家自然科学基金委管理学部认定的A级期刊1篇。