復(fù)雜社團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播和控制的研究

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1、EpidemicspreadingandcontrollingincomplexcommunitynetworksDissertationSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofDOCTOROFPHILOSOPHYBySHAOFeiSupervisor:Prof.JIANGGuo-PingNovember2013萬(wàn)方數(shù)據(jù)南京郵電大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注

2、和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京郵電大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本人學(xué)位論文及涉及相關(guān)資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。研究生簽名：_____________日期：____________南京郵電大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人授權(quán)南京郵電大學(xué)可以保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子文檔；允許論文被查閱和借閱；可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索；可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制

3、手段保存、匯編本學(xué)位論文。本文電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。論文的公布（包括刊登）授權(quán)南京郵電大學(xué)研究生院辦理。涉密學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書。研究生簽名：____________導(dǎo)師簽名：____________日期：_____________萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要計(jì)算機(jī)病毒在Internet上的蔓延和傳染病在生物群中的流行給人類的財(cái)產(chǎn)和生命帶來了巨大的損失，迅猛發(fā)展的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為人們研究病毒的傳播行為，進(jìn)而采取有效的措施來控制其蔓延提供了新的思路。隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)很多實(shí)際網(wǎng)絡(luò)在中尺度上有著明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的

4、交通動(dòng)力學(xué)行為和病毒傳播行為有著一定的影響，有些病毒的傳播是以節(jié)點(diǎn)之間存在數(shù)據(jù)包交互作為基礎(chǔ)的，根據(jù)研究所得到的不同的病毒傳播機(jī)制，本文提出一些策略，提高網(wǎng)絡(luò)的承載能力，控制病毒的傳播。本論文的主要研究工作和貢獻(xiàn)如下：1.鑒于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中存在著社團(tuán)結(jié)構(gòu)，基于平均場(chǎng)理論，研究社團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)均勻網(wǎng)絡(luò)中病毒傳播行為的影響及相應(yīng)的免疫策略。以往研究認(rèn)為均勻網(wǎng)絡(luò)中病毒的傳播行為與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平均度相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)在平均度相等的均勻網(wǎng)絡(luò)中，社團(tuán)結(jié)構(gòu)特性會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中病毒的傳播，明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征會(huì)減緩病毒的蔓延速度。提出基于最短路徑路由介數(shù)和基于隨機(jī)游走介數(shù)的目標(biāo)免疫策略，免疫

5、網(wǎng)絡(luò)中最短路徑路由介數(shù)和隨機(jī)游走介數(shù)較大的節(jié)點(diǎn)，以控制均勻網(wǎng)絡(luò)中的病毒傳播。2.研究社團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中的交通動(dòng)力學(xué)以及社團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)承載能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，不論采用最短路徑路由策略還是有效路徑路由策略，明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征都會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)承載能力，并基于此提出基于社團(tuán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化路由策略，通過減少路由經(jīng)過的社團(tuán)數(shù)量，降低節(jié)點(diǎn)介數(shù)。結(jié)果顯示，基于最短路徑路由的優(yōu)化策略在保證路由策略小世界特性的同時(shí)，能夠提升網(wǎng)絡(luò)的承載能力，社團(tuán)劃分得越準(zhǔn)確，優(yōu)化策略效果越顯著，而基于有效路徑路由的優(yōu)化策略作用不夠明顯。3.研究社團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中基于交通流的病毒傳播行為及相應(yīng)的控制病毒傳播策略。

6、研究發(fā)現(xiàn)，隨著交通流的增大，病毒在網(wǎng)絡(luò)中的蔓延速度會(huì)明顯增加。在均勻網(wǎng)絡(luò)中，病毒的蔓延速度和病毒傳播臨界值與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)平均路由介數(shù)有關(guān)，而在無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中則與節(jié)點(diǎn)路由介數(shù)分布的一階矩和二階矩之比有關(guān)。與傳統(tǒng)的傳播模型不同，明顯的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征會(huì)加快基于交通流的傳播模型中病毒的蔓延。在此基礎(chǔ)上，提出基于社團(tuán)結(jié)構(gòu)的控制策略，發(fā)現(xiàn)基于最短路徑路由的控制策略在無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中能較好的控制病毒的傳播，社團(tuán)劃分得越準(zhǔn)確，網(wǎng)絡(luò)自身的社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征越強(qiáng)，該策略控制病毒傳播的效果也越顯著。4.研究網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)病毒傳播行為的影響，由于以前的針對(duì)節(jié)點(diǎn)的免疫策略會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)的連通性，提

7、出增加或者刪除邊以改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而達(dá)到控制病毒傳播的目的。I萬(wàn)方數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中刪除節(jié)點(diǎn)度乘積最大、節(jié)點(diǎn)的最短路徑路由介數(shù)乘積最大、節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)游走介數(shù)乘積最大的邊會(huì)都提高病毒的傳播臨界值，在基于交通流的傳播模型中，不斷刪除邊會(huì)造成傳播臨界值先升高后降低；而在均勻網(wǎng)絡(luò)中，增加這些乘積最大的邊也會(huì)減緩病毒的蔓延速度和提高病毒的傳播臨界值，社團(tuán)結(jié)構(gòu)特征越明顯，控制病毒傳播的效果越好。關(guān)鍵詞:復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，社團(tuán)結(jié)構(gòu)，病毒傳播，平均場(chǎng)理論，路由策略，控制策略II萬(wàn)方數(shù)據(jù)AbstractTherampancyofcomputervirusesont

8、heInternetandthepropagationofepidemicinpopulati