基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲研究

蘇博群　王海坤　韓一民

【摘要】 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)階段得到大力推廣與應(yīng)用的新興學(xué)科，并隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展而得到重視。本文針對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的有關(guān)概念及參數(shù)的設(shè)定進行闡述，并分析其在計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲中的應(yīng)用情況，旨在為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于拓撲研究提供新的思路與參考方向。

【關(guān)鍵詞】 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 計算機 拓撲結(jié)構(gòu)

計算機網(wǎng)絡(luò)具備大規(guī)模、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、異質(zhì)性及動態(tài)特征強烈的特點，且隨著信息社會的來到，這一特征表現(xiàn)得尤為明顯。傳統(tǒng)的隨機網(wǎng)絡(luò)模型無法對日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲行為及特征進行客觀描述。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論相對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，對于系統(tǒng)的整體性有更足夠重視，為網(wǎng)絡(luò)行為的相關(guān)研究提供了新思路。

一、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論概述

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是指具有無標度、吸引子、自組織等多個要素中部分或全部屬性特征的一種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架形式，網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)演化、規(guī)律釋放以及系統(tǒng)模型的幾何屬性與形成機制等，是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的形成基礎(chǔ)，其中，小世界及整體性是分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的主要因素。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具備以下特點：第一，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)將無數(shù)個空間概念內(nèi)的節(jié)點進行有機結(jié)合形成小世界，并將小世界作為單位組件建立起數(shù)據(jù)與信息流通的網(wǎng)絡(luò)紋線。第二，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出明顯的交互連接趨勢。這主要是由于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)包含多個子系統(tǒng)，其自然涵蓋了子系統(tǒng)的集團性，這也就促使了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)的延伸與多元化拓展。

二、在計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲研究中的應(yīng)用

2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲模型的特點

在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，以計算機群組為主要載體的網(wǎng)絡(luò)形式即稱為計算機網(wǎng)絡(luò)，計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲優(yōu)化的主要目標是將節(jié)點間的平均距離降至最低值，并使網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)最小化。這一發(fā)展趨勢決定了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的小世界構(gòu)架，成為了計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建方向?？紤]到計算機網(wǎng)絡(luò)的空間范圍較廣，如何對在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論上構(gòu)架而成的新型網(wǎng)絡(luò)拓撲技術(shù)提供合理的理論支撐與轉(zhuǎn)換意義重大。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的小世界、低離散等特點，使計算機網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出生長性自由延伸的規(guī)律，并可優(yōu)先與規(guī)律進行連接，利用新節(jié)點對計算機網(wǎng)絡(luò)進行新型規(guī)則的創(chuàng)設(shè)，以實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。

2.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)拓撲的深入研究提供了理論支持，目前關(guān)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用思路主要包括以下幾個方面：（1）結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計學(xué)特征，對網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系的構(gòu)建、用戶資源管理與服務(wù)部署等相關(guān)問題進行分析；也可結(jié)合網(wǎng)絡(luò)體系的具體表現(xiàn)形式，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建與之對應(yīng)的高擴展性、無標度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如Web服務(wù)Overlay網(wǎng)絡(luò)或P2P網(wǎng)絡(luò)等。（2）對網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播機制進行分析，并探討其與拓撲行為相互影響、演化的具體過程，以便提出有效的防范措施。（3）在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的支持基礎(chǔ)上，對計算機網(wǎng)絡(luò)進行可靠性與防御性分析，以便構(gòu)建出一個能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)魯棒脆弱動力學(xué)進行真實模擬的模型。（4）也可對計算機網(wǎng)絡(luò)中與同步或網(wǎng)絡(luò)控制相關(guān)的問題進行研究，探討網(wǎng)絡(luò)同步現(xiàn)象與網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生機制，進而提出有效的網(wǎng)絡(luò)管理與控制措施，為用戶提供便利。

2.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對于防范網(wǎng)絡(luò)病毒擴散的應(yīng)用

現(xiàn)針對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)病毒防范中的應(yīng)用進行闡述。在傳統(tǒng)的病毒防范機制中，普遍認為網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播范圍與病毒強度有正相關(guān)關(guān)系，考慮到傳染強度一般具有最大值這一特性，只有當(dāng)其傳播強度超過這一閾值，病毒才具有長期存活性，反之病毒的感染節(jié)點將呈指數(shù)衰減。而在這一理論基礎(chǔ)上所提出的隨機免疫方法則是對節(jié)點進行隨機選取并予以判斷和處理，不具有針對性。但在實際情況中，僅僅對網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點進行隨機免疫，仍會出現(xiàn)較多的病毒泛濫傳播，防治效果不理想。

在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)病毒的擴散機制進行研究，人們的認識也有了很大程度提升。例如，在小世界網(wǎng)絡(luò)中，病毒的傳播難度明顯低于規(guī)則網(wǎng)絡(luò)；而無標度網(wǎng)絡(luò)中，病毒的傳染強度幾乎為零，雖說其影響節(jié)點數(shù)量有限，但仍會在網(wǎng)絡(luò)中長期存在，病毒大范圍傳播的風(fēng)險較高。計算機網(wǎng)絡(luò)則同時兼具小世界和無標度的特征，導(dǎo)致傳統(tǒng)的病毒防范策略失效。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建而成的完整病毒防范模型應(yīng)包括病毒傳播機制、計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)以及二者之間的關(guān)聯(lián)與相互作用三個方面。而在具體的病毒傳播阻止過程中更需對病毒的大范圍擴散加以預(yù)防，這一過程中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論發(fā)揮著積極的指導(dǎo)作用。

三、結(jié)束語

現(xiàn)階段的任何復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究的相關(guān)成果均可被很好地應(yīng)用到計算機網(wǎng)絡(luò)行為的有關(guān)研究中。因此相關(guān)研究人員應(yīng)充分結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲的自身特點，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論合理運用于有關(guān)研究中，以便更為清楚地對網(wǎng)絡(luò)拓撲行為的演變規(guī)律進行闡述，從而設(shè)計出高性能的計算機網(wǎng)絡(luò)，更好地實現(xiàn)對計算機網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)管理與利用。

參 考 文 獻

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[2] 宮鐵橋，李欣.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲探討[J].無線互聯(lián)科技，2014，（10）：19-19.