专利名称：面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法
技术领域：
本发明属于复杂网络安全性中的防御和保护技术，特别是一种面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法。
背景技术：
复杂网络成为近年来很多领域科学家研究的热点，对复杂网络的研究蕴藏着巨大的潜在应用价值，然而复杂网络所表现出的脆弱性，成为其在实际应用中的一大缺陷，尤其是在面对随机攻击、蓄意攻击、协同攻击、分布式攻击等多种复杂攻击下，复杂网络的安全性越来越受到严重的威胁，对复杂网络的防御和保护方法研究是人们现在面临的热点和难点问题之一。大规模通信网络可视为复杂网络，这种拥有不同类型的节点、链路和其它资源的复杂通信网络往往会引起流量负载分布不均匀，网络中拥塞常常出现在某些关键节点上。关键节点拥有更多的连接，也因此承担了更多的流量传输任务，由此出现了节点间负载的严重不平衡，关键节点成为最容易使网络产生拥塞的节点，同样为了防御关键节点的拥堵，许多研究者从新路由方法的角度入手，提出一些基于负载均衡的路由方法来防御高负载的攻击，从而保护关键节点。Yang Junlong 等(Yang Junlong, Yu Heffe1.0ptimizing Mult1-Path Routingby Avoiding Key Nodes.[C].Proceedings of IC-BNMT2009.2009.)提出通过避免关键节点的多路径路由方法，他们给出了一个简单有效的探测关键节点并且避免它们的方法，模拟结果显示了该方法在获取不相交路径上有很好的性能，能有效地减缓关键节点的拥塞，提高了网络的可靠性。中科大的Gang Yan等(Gang Yan, Tao Zhou, Bo Hu, Zhong-QianFu,Bing-Hong Wang.Efficient routing on complex networks[J].Phys.Rev.E, 73:046108.2006.)提出了有效路径路由策略，该有效路径路由策略并不是像最短路径路由算法那样寻找最短的路径，而是寻找“有效路径”，所谓“有效路径”就是在有效的路径中避开那些可能产生拥塞的关键节点。除此之外，还可以通过增加新的保护链路来提高网络自身防御攻击能力。在对关键节点保护过程中，由于实际中受成本的限制，增加保护链路的数量又是有限的，因此如何在有限的预算下增加保护链路来保护关键节点是非常关键的。然而，在给定有限保护链路的条件下，如何有效分配保护链路来保护关键节点目前还没有太多研究，一般方法往往很简单的选择度数高或者低的节点进行分配保护链路，或者随机选择添加保护链路，这些方法对于分担关键节点的流量、提高复杂网络可靠性和网络效率而言还存在较大局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法。实现本发明目的的技术解决方案为:一种面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法，具体包括以下步骤:步骤1、利用复杂网络节点介数确定方法确定复杂网络G=(V，E)中所有节点介数，其中V表示节点集合，E表示边集合；步骤2、根据节点介数的值将节点从大到小排列，将排在前r%的节点作为关键节点，其中r是根据整个复杂网络规模确定的参数，5 < r ( 20，假设关键节点为m个，则关键节点集合Vk=Ivkl, vk2,...vkm},其中Vkl表示介数最大的节点，以此类推；步骤3、假设保护链路的总数为L条，其中将λ L条保护链路用于建立关键链，剩余的(1-A)L条保护链路用于建立关键平衡环，其中λ是比例参数，0≤λ≤0.5，用来控制保护链路是用于建立关键平衡环或关键链；步骤4、利用λ L条保护链路建立关键链；具体包括以下步骤:步骤4-1、对于关键节点集合Vk= {vkl, vk2,...VkJ ,确定在排名最后的X个关键节点
^ G之间增加关键链，其中x=m-y+l ；步骤4-2、对任意的两个关键节点vki, vkJ e Vkx,如果
权利要求
1.一种面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、利用复杂网络节点介数确定方法确定复杂网络G=(V，E)中所有节点介数，其中V表示节点集合，E表示边集合； 步骤2、根据节点介数的值将节点从大到小排列，将排在前r%的节点作为关键节点，其中r是根据整个复杂网络规模确定的参数，5 < r ( 20，假设关键节点为m个，则关键节点集合Vk=Ivkl, vk2, KvkJ ,其中Vkl表示介数最大的节点，以此类推； 步骤3、假设保护链路的总数为L条，其中将λ L条保护链路用于建立关键链，剩余的(1-A)L条保护链路用于建立关键平衡环，其中λ是比例参数，OS λ <0.5，用来控制保护链路是用于建立关键平衡环或关键链； 步骤4、利用λ L条保护链路建立关键链； 步骤5、利用(1-X)L条保护链路建立关键平衡环；完成面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法。
2.根据权利要求1所述的面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法，其特征在于，步骤4利用λ L条保护链路建立关键链具体包括以下步骤: 步骤4-1、对于关键节点集合Vk=Ivkl, vk2,...VkJ，确定在排名最后的X个关键节点■ vk'.= ( .，vHy^D，...^之间增加关键链，其中 x=m_y+1 ； 步骤4-2、对任意的两个关键节点vki, Vkj e Vkx,如果( ) ^ E，则在Vki和Vkj之间增加一条关键链，即(vki，vkj) e E，分配一条保护链路； 步骤4-3、重复步骤4-2，直到关键节点集Vkx中的所有关键节点(vki，vkJ)对都检查过；步骤4-4、判断是否所有λ L条保护链路分配完成，如果是，则关键链建立过程结束；否则执行步骤4-5 ； 步骤4-5、将排名在X个关键节点之前的关键节点Vk(y_D增加进来，检查新加入的关键节点Vkiy-D与后X个关键节点之间是否存在关键链，如果不存在，则增加关键链，即分配保护链路；否则不处理； 步骤4-6、判断是否所有λ L条保护链路分配完成，如果是，所有λ L条保护链路分配完成，关键链建立过程结束；否则继续增加在上次新加入关键节点之前的一个关键节点，重复执行步骤4-5。
3.根据权利要求1所述的面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法，其特征在于，步骤5中利用(1-λ )L条保护链路建立关键平衡环具体包括以下步骤: 步骤5-1、在关键节点集合Vk=Ivkl, vk2,...vkm}中,确定每一个关键节点Vki的关键环的个数Ri和最多能拥有的关键环的个数MRi ； 步骤5-2、对于关键节点Vki e Vk,使用
全文摘要
本发明针对复杂网络安全性中的防御和保护问题，公开了一种面向关键节点保护链路增加的复杂网络防护方法。本发明在保持原有网络连接不变的基础上，通过建立关键平衡环和关键链的思想，围绕关键节点建立关键平衡环和在关键节点之间增加关键保护链路的策略。采用本发明的方法，使原本一部分通过关键节点的流量绕过关键节点，使网络负载在一定程度上趋于均衡，有效的减缓关键节点的拥塞，而且增加网络中边的可靠性和容错能力，达到了对于复杂网络中的蓄意攻击和高负载攻击起到较好的防御和保护作用。
文档编号H04L12/803GK103200118SQ20131007932
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者张琨, 朱保平, 衷宜, 李千目, 田春山, 张宏 申请人:南京理工大学