復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上交通過程的動態(tài)特性研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)是節(jié)點和連邊的集合?，F(xiàn)實生活中存在著多種不同的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中發(fā)揮著重要的作用，如互聯(lián)網(wǎng)、通訊網(wǎng)、道路交通網(wǎng)絡(luò)等。這些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以抽象成由許多相互作用的個體組成的網(wǎng)絡(luò)模型，從真實網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中抽象出來的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是研究復(fù)雜系統(tǒng)的一門新興學(xué)科，近幾年受到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。如今，得到廣泛研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有：互聯(lián)網(wǎng)、萬維網(wǎng)、無線通訊網(wǎng)、城市道路網(wǎng)、航空網(wǎng)、電力網(wǎng)、科研合作網(wǎng)、蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)等等。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的

2、研究不僅對人們的工作和生活至關(guān)重要，而且推動了統(tǒng)計物理、應(yīng)用數(shù)學(xué)、非線性動力學(xué)、計算機科學(xué)、社會學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科的交叉。因此，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究具有重大的理論價值。研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的目的是為了了解各種真實網(wǎng)絡(luò)的功能，而網(wǎng)絡(luò)的功能可以通過研究網(wǎng)絡(luò)上的動力學(xué)過程的特性來反映。其中交通動力學(xué)過程是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一個重要研究課題。本文中，我們對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的交通動力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括了網(wǎng)絡(luò)交通路由策略研究、網(wǎng)絡(luò)交通遲滯現(xiàn)象研究、網(wǎng)絡(luò)交通資源優(yōu)化研究和交通

3、資源有限時的優(yōu)化路由策略研究。
　　 本文的主要工作如下：分別研究了基于局部信息的局部路由策略、基于全局信息的全局路由策略。在局部路由方面，我們根據(jù)蟻群的信息素原理，提出了信息素路由策略，和前人提出的局部路由策略相比，使用信息素路由策略，網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到更大的臨界信息包產(chǎn)生率。在全局路由方面，我們提出了全局動態(tài)路由、聯(lián)合路由和全局信息素路由。(I)全局動態(tài)路由：節(jié)點之間的路徑是由路徑上節(jié)點中的信息包排隊長度決定的。和其它全局路由相比，

4、全局動態(tài)路由能大大的提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。（II）全局信息素路由：為了避免全局動態(tài)路由中不斷更新路徑列表的問題，我們探索出全局信息素路由策略。全局信息素路由屬于靜態(tài)路由，即兩個不同節(jié)點之間的路徑一旦確定，這兩個節(jié)點之間所有的信息包將始終按照該路徑進(jìn)行傳輸。和全局動態(tài)路由相比，使用全局信息素路由時，網(wǎng)絡(luò)臨界信息包產(chǎn)生率相對略小，但是全局信息素路由避免了更新路徑列表，因此節(jié)省了計算資源。（III）聯(lián)合路由策略：在現(xiàn)實交通系統(tǒng)中，信息包或車輛在

5、選擇目的地都有一定的偏好性。根據(jù)這種情況，我們提出了適應(yīng)目的地選擇偏好性的聯(lián)合路由策略，其基本思想是去不同目的地節(jié)點的信息包分別使用不同的路由策略進(jìn)行傳送，其結(jié)果使得網(wǎng)絡(luò)的臨界信息包產(chǎn)生率有了很大的提高。系統(tǒng)研究了節(jié)點容量有限時，無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的交通遲滯現(xiàn)象。我們發(fā)現(xiàn)在使用局部路由策略時，小世界網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象的原因是由于節(jié)點處理能力有限，但在無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象和節(jié)點處理能力沒有關(guān)系。在使用全局

6、路由策略時，無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)、小世界網(wǎng)絡(luò)和規(guī)則網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的遲滯現(xiàn)象和節(jié)點處理能力沒有關(guān)系，即使節(jié)點處理能力無限大，遲滯現(xiàn)象同樣會出現(xiàn)。探討了網(wǎng)絡(luò)交通資源的優(yōu)化分配。分別研究了節(jié)點處理能力資源、連邊帶寬資源和節(jié)點容量資源的優(yōu)化分配。發(fā)現(xiàn)這三種資源按節(jié)點（連邊）的介數(shù)來分配是最優(yōu)的，并且通過理論分析證明了，當(dāng)節(jié)點處理能力資源按節(jié)點介數(shù)（連邊帶寬資源按連邊介數(shù)）分配并且使用最短路徑路由時，網(wǎng)絡(luò)的臨界信息包產(chǎn)生率能達(dá)到最大值。在前人提出的節(jié)點處理能力