互聯(lián)網(wǎng)宏觀拓?fù)涞暮纳⒔Y(jié)構(gòu)研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)作為一種典型的大規(guī)模復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特征分析及建模研究是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。近年來(lái)，人們?cè)谠擃I(lǐng)域的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，然而面對(duì)龐大且復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)，研究人員不能僅僅停留在單純對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)的追求上，同時(shí)還要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。只有對(duì)拓?fù)湎嚓P(guān)特征量及其相互聯(lián)系進(jìn)行深入的了解，才能更好的建設(shè)與發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)Internet耗散結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)行為的分析及建模研究，可以幫助人們更好地理解Internet拓?fù)浣Y(jié)

2、構(gòu)以及基礎(chǔ)架構(gòu)的特點(diǎn)，這對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，及Internet相關(guān)的性能研究都將產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用，具有重要的意義。
　　本文首先對(duì)CAIDA（The Cooperative Association for Internet Data Analysis，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析合作協(xié)會(huì)）2009年1月到2011年12月三年間的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及修正，通過(guò)統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞某Ｒ?guī)特征量的演化情況及單個(gè)節(jié)點(diǎn)的特征屬性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有了

3、整體的深入了解?；ヂ?lián)網(wǎng)是由小部分核心節(jié)點(diǎn)及大多數(shù)葉子節(jié)點(diǎn)組成，隨時(shí)間的演化，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小幅增大，“熱”節(jié)點(diǎn)的重要性減弱，網(wǎng)絡(luò)趨向于扁平化，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性增強(qiáng)。從整體特征量的時(shí)間演化過(guò)程可以清晰地看到宏觀結(jié)構(gòu)的變化及其內(nèi)在連接機(jī)制，找到網(wǎng)絡(luò)特征量有明顯“突變”的節(jié)點(diǎn)。
　　其次，按k-核解析的概念，將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行層次劃分。以核數(shù)及其動(dòng)態(tài)變化為主線(xiàn)，重點(diǎn)分析層的連接分布及動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)核數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，各層同樣存在冪律特性和明顯的自相似性

4、。對(duì)網(wǎng)絡(luò)變化起主要作用的是層間連接變化。著重對(duì)層間動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)最低層節(jié)點(diǎn)連接邊數(shù)占整體的比例隨時(shí)間變化呈現(xiàn)明顯的“V”型波動(dòng)，這一現(xiàn)象是后章提出小漲落系數(shù)提供了主要依據(jù)。
　　再次，重點(diǎn)針對(duì)突變時(shí)間點(diǎn)的層次性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)連接比率差值存在周期性的變化，呈現(xiàn)“振蕩-平穩(wěn)-振蕩”的規(guī)律;突變時(shí)間點(diǎn)均處于波動(dòng)期向穩(wěn)定期過(guò)渡的時(shí)刻，網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)的跳躍性變化是一段時(shí)間的“小漲落”堆積而成的總和;突變發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生調(diào)整，層間連

5、接比率差值縮小，網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)在自我增長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)結(jié)構(gòu)代謝和自復(fù)制過(guò)程，不斷地平衡由宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化所形成的小的漲落。但如果小漲落產(chǎn)生的誤差不斷地放大，就會(huì)對(duì)Internet的宏觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的影響，反映在網(wǎng)絡(luò)特征量的跳躍性變化?！巴蛔儭碑a(chǎn)生之后，連接比率差值減小，網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定。
　　接下來(lái)，提出適用于量化Internet網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定程度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)熵概念。隨時(shí)間的演化，作為互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定程度指標(biāo)的熵緩慢增加，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的冗余連

6、接減少、依賴(lài)性減弱，節(jié)點(diǎn)傾向于跨越結(jié)構(gòu)洞去接觸非冗余的信息源。高度值節(jié)點(diǎn)跨越更多的結(jié)構(gòu)洞，更多的接觸到非冗余信息資源，占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)地向優(yōu)化、高效的狀態(tài)過(guò)渡。分析形成耗散結(jié)構(gòu)的五個(gè)必要條件，得出互聯(lián)網(wǎng)的演化規(guī)律完全滿(mǎn)足耗散結(jié)構(gòu)的形成。通過(guò)前幾章的分析結(jié)論，采用放大層間連接比率差值的辦法來(lái)量化突變產(chǎn)生可能性的特征量——小漲落系數(shù)。利用真實(shí)拓?fù)鋽?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果驗(yàn)證了小漲落系數(shù)定義的準(zhǔn)確性。
　　最后，介紹及比較了現(xiàn)有

7、幾種經(jīng)典模型的優(yōu)缺點(diǎn);以PFP模型為基礎(chǔ)，考慮到模型在核分布上與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)差別很大的情況，通過(guò)繼承其基于新節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部邊兩個(gè)方面的交互增長(zhǎng)、非線(xiàn)性?xún)?yōu)先連接的建模機(jī)理，擬合Internet實(shí)際Ark數(shù)據(jù)的新生、死亡節(jié)點(diǎn)的連接選點(diǎn)公式，提出一種新的建模方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該模型在多個(gè)主要統(tǒng)計(jì)量方面都體現(xiàn)出與實(shí)際互聯(lián)網(wǎng)相近，在保持了網(wǎng)絡(luò)冪律特性的同時(shí)，更好的體現(xiàn)核分布的相關(guān)特性，并能夠較好地體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)AS級(jí)拓?fù)涞男q落特征。該動(dòng)態(tài)建模算法可重構(gòu)I