论文摘要：复杂网络中级联失效的防护

    随着网络化社会基础设施（电力网络、因特网以及金融系统等）结构或功能依赖性的增强，级联失效逐渐成为社会基础设施的主要失效模式。级联失效的防护修复是整个网络化社会基础设施大灾难防御体系不可或缺的一部分。为对系统级联失效进行有效防护，人们提出了不同的维修防护技术和方法。现存的防护修复手段大多是针对级联失效前或者级联失效后的，对级联失效过程中的防护修复研究很少。然而，过程防护修复/自愈将是挽救处于级联失效边缘的系统并避免失效危害扩大的有效手段。

    首先，本文提出一个模型框架来考察过程防护修复的效果，其中主要考虑了防护修复的时机和强度，并进一步考虑了由于防护修复行为本身所造成的干扰（修复干扰）。本文试图解决在过程防护修复中尚未解决的关键问题：在级联失效的过程中，什么时候去修复防护（修复防护时机）以及修复多少失效节点（修复防护强度）。仿真试验的相关结果表明，修复防护的效果强烈依赖于修复时机和修复强度。同时，网络系统的载荷水平和修复扰动的参数组合也对修复效果有一定的影响。本文通过理论解析进一步验证了上述仿真试验的结论。接着，本文在实际电网（美国电力网络）中进一步验证了上述过程防护修复模型框架。

    其次，在线预测和快速修复技术的发展，促进了自愈防护技术的实现。考虑到级联过载失效是实际网络中的主要失效模式之一，本文引入了针对恶意攻击复杂网络引起的过载传播的自愈模型。本文特别研究了在同质（ER）和异质（SF）网络模型中，针对级联过载失效的自愈修复策略的基本属性（修复时机和资源）的作用。本文展示了如何通过适当组合修复时机和资源来挽救处于级联失效崩溃边缘的网络。研究发现，对于给定修复资源的自愈过程，网络模型和实际网络中均存在最优修复时机。

    本文所提出的级联失效的防护修复模型框架完善了级联失效及其防护修复技术的相关研究空缺。由于级联失效遍及电网、交通运输网、金融系统等复杂系统，本文的研究对于理论领域（复杂系统，级联失效，网络鲁棒性）和工程领域（网络可靠性，智能技术）将有一定的影响。尤其是考虑到停电、交通拥堵、海啸和金融危机等级联大灾难，本文的研究对于级联失效的防护修复以及自愈等相关领域研究具有重要的促进作用。

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