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  • 小世界网络和无标度网络

    锚点的重要性

    线性网络中锚点的识别可以有许多用途,例如在具有线性拓扑的社区宽带网络中,其中一个锚点可以作为因特网的网关,进而优化社区网络中的整体传输时间。
    用于军事或者应急响应场景中时,可以通过将其中一个锚点作为中心节点来添加一些LL,从而能够创建具有小APL值的网络拓扑。
    锚点的识别也有利于车间通信。

    对于一个给定的图,最小化APL等价于最小化图的总路径长度。
    锚点的固定比例位置始终为0.2N或者0.8N.

    基于启发式方法的确定性链路添加
    两种确定性链路添加策略,即最大CC差异(MaxCCD),和顺序确定性LL添加。

    两个节点之间的接近中心性差异CCD定义为两个节点的CC值之间的差。
    MaxCCD策略在具有最大CCD的节点对之间添加LL。
    APL表示在整个网络上节点对之间的路径长度平均值。
    AEL刻画了网络上平均每条链路的长度。
    节点的BC值表示其在网络中的重要性。
    节点的CC值刻画了该节点与其他节点的接近程度。
    平均网络时延:(Average Network Delay,ANeD)度量了一组数据从源节点传播到目的节点所需的平均时间。ANeD等于传播时延和传输时延之和。
    顺序确定性L添加是另一种基于启发式的确定LL添加方法,它将正则线性网络转化为由k条LL构成的小世界网络。

    基于小世界特征的平均流容量增强启发式算法ACES
    布雷斯悖论

    小世界网络中的路由
    路由可以被定义为将网络中的特定信息从源节点转发到目的节点的过程。
    分布式路由算法
    自适应分布式路由算法
    前瞻式路由算法

    小世界网络中的容量
    网络容量定义为可以在单位时间内从网络的一部分传输到另一部分的信息量。
    增加网络容量是提高底层网络整体性能的关键挑战之一。
    可以通过两种变换方式将正则网络转为小世界网络:重连现有链路NL;添加新链路LL

    第五章 无标度网络

    自然界中广泛存在的无标度网络遵循幂律度分布。
    多种创建无标度网络的方法:通过偏好连接;通过基于适应度的模型;通过改变内在适应度;通过相似性和流行度的局部优化;使用度指数1;通过贪心的全局优化。
    简单的贪心局部优化也可以导致某些节点出现高度的相似性和流行度。

    无标度网络的特征:使复杂网络成为无标度网络的主要特征:中心节点的存在;小世界属性;超小网络直径;幂律度分布;基于邻接矩阵和基于拉普拉斯矩阵的谱分布。

    1.中心节点的存在
    无标度网络抵抗随机攻击的能力非常强大,然而,在有针对性攻击面前又十分脆弱。
    2.小世界属性
    该属性可以通过低平均路径长度APL和低到中等的平均聚类系数ACC来标识。
    APL可以定义为网络中所有节点对之间端到端跳数距离的平均值。无标度网络的渐进APL值为O(loglogN),N为网络规模。
    ACC刻画了网络中每个节点有多少邻居彼此也是邻居的平均值。
    3.网络直径
    较小的网络直径也是无标度网络的另一个关键特性。网络的直径可以定义为网络中可能的最长端到端距离。无标度网络也称为超小型网络。
    4.度分布
    网络的度分布反映了网络的整体连通情况。度分布统计了网络中具有相同度数的节点数。幂律分布也被称为长尾度分布,其中一些节点具有非常高的度,而其余节点的度则相对较低。
    5.图的谱分布
    无标度网络的谱分布具有三角形形状。

    无标度网络的形成
    在网络演进的过程中,下述的一些机制可能会形成一个无标度网络:增长和偏好连接;基于适应度的偏好连接;内在适应度的变化;相似性和流行度的优化;具有指数1的无标度网络;基于贪心全局优化的网络演进。
    1.通过偏好连接创建无标度网络:新加入网络的节点更倾向于连接到那些度数更高的节点。
    2.通过适应度建模创建无标度网络:某个节点或者几个节点在短时间内变得非常流行;
    3.通过可变内在适应度创建无标度网络:新加入的节点可以基于节点的某些特性与网络中的现有节点相连接,并使得两个节点彼此均受益;
    4.通过优化创建无标度网络:相似度用于衡量网络中的节点与新加入节点的接近程度,即如果新节点更接近网络中某一节点,则新节点连接到现有节点的机会就更高。
    5.通过指数1创建无标度网络:通过应用随机映射过程的概念即可生成r=1的无标度模型。
    6.通过贪心全局决策创建无标度网络:通过一系列贪心全局决策添加一组LL之后,即可将小世界网络转化为无标度网络,这里新添加的LL服从远程链路亲和性LRA的约束。介数中心性描述了节点位于网络中不同节点间最短路径的情况,节点的介数中心性越高,则其余新节点建立连接的亲和力就越大,进而可以演化为网络中的中心节点。
    7.BA网络演化模型通过将网络增长和新链路的偏好连接相结合。

    8,基于可变内在适应度的无标度网络创建
    这些节点之间会在互惠的基础上相互建立连接。

    流行度类似于吸引力,可以被认为是偏好连接的潜在动力;另一方面,相似度反映了网络中具有类似兴趣的群体。同质性(homophily)

    无标度网络也被称为超小世界网络。

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