專利名稱：面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)安全性中的防御和保護技術(shù)，特別是一種面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法。
背景技術(shù)：
復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成為近年來很多領(lǐng)域科學(xué)家研究的熱點，對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究蘊藏著巨大的潛在應(yīng)用價值，然而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所表現(xiàn)出的脆弱性，成為其在實際應(yīng)用中的一大缺陷，尤其是在面對隨機攻擊、蓄意攻擊、協(xié)同攻擊、分布式攻擊等多種復(fù)雜攻擊下，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的安全性越來越受到嚴(yán)重的威脅，對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的防御和保護方法研究是人們現(xiàn)在面臨的熱點和難點問題之一。大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)可視為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這種擁有不同類型的節(jié)點、鏈路和其它資源的復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)往往會引起流量負(fù)載分布不均勻，網(wǎng)絡(luò)中擁塞常常出現(xiàn)在某些關(guān)鍵節(jié)點上。關(guān)鍵節(jié)點擁有更多的連接，也因此承擔(dān)了更多的流量傳輸任務(wù)，由此出現(xiàn)了節(jié)點間負(fù)載的嚴(yán)重不平衡，關(guān)鍵節(jié)點成為最容易使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞的節(jié)點，同樣為了防御關(guān)鍵節(jié)點的擁堵，許多研究者從新路由方法的角度入手，提出一些基于負(fù)載均衡的路由方法來防御高負(fù)載的攻擊，從而保護關(guān)鍵節(jié)點。Yang Junlong 等(Yang Junlong, Yu Heffe1.0ptimizing Mult1-Path Routingby Avoiding Key Nodes.[C].Proceedings of IC-BNMT2009.2009.)提出通過避免關(guān)鍵節(jié)點的多路徑路由方法，他們給出了一個簡單有效的探測關(guān)鍵節(jié)點并且避免它們的方法，模擬結(jié)果顯示了該方法在獲取不相交路徑上有很好的性能，能有效地減緩關(guān)鍵節(jié)點的擁塞，提高了網(wǎng)絡(luò)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.)提出了有效路徑路由策略，該有效路徑路由策略并不是像最短路徑路由算法那樣尋找最短的路徑，而是尋找“有效路徑”，所謂“有效路徑”就是在有效的路徑中避開那些可能產(chǎn)生擁塞的關(guān)鍵節(jié)點。除此之外，還可以通過增加新的保護鏈路來提高網(wǎng)絡(luò)自身防御攻擊能力。在對關(guān)鍵節(jié)點保護過程中，由于實際中受成本的限制，增加保護鏈路的數(shù)量又是有限的，因此如何在有限的預(yù)算下增加保護鏈路來保護關(guān)鍵節(jié)點是非常關(guān)鍵的。然而，在給定有限保護鏈路的條件下，如何有效分配保護鏈路來保護關(guān)鍵節(jié)點目前還沒有太多研究，一般方法往往很簡單的選擇度數(shù)高或者低的節(jié)點進行分配保護鏈路，或者隨機選擇添加保護鏈路，這些方法對于分擔(dān)關(guān)鍵節(jié)點的流量、提高復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性和網(wǎng)絡(luò)效率而言還存在較大局限性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法，具體包括以下步驟:步驟1、利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點介數(shù)確定方法確定復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)G=(V，E)中所有節(jié)點介數(shù)，其中V表示節(jié)點集合，E表示邊集合；步驟2、根據(jù)節(jié)點介數(shù)的值將節(jié)點從大到小排列，將排在前r%的節(jié)點作為關(guān)鍵節(jié)點，其中r是根據(jù)整個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定的參數(shù)，5 < r ( 20，假設(shè)關(guān)鍵節(jié)點為m個，則關(guān)鍵節(jié)點集合Vk=Ivkl, vk2,...vkm},其中Vkl表示介數(shù)最大的節(jié)點，以此類推；步驟3、假設(shè)保護鏈路的總數(shù)為L條，其中將λ L條保護鏈路用于建立關(guān)鍵鏈，剩余的(1-A)L條保護鏈路用于建立關(guān)鍵平衡環(huán)，其中λ是比例參數(shù)，0≤λ≤0.5，用來控制保護鏈路是用于建立關(guān)鍵平衡環(huán)或關(guān)鍵鏈；步驟4、利用λ L條保護鏈路建立關(guān)鍵鏈；具體包括以下步驟:步驟4-1、對于關(guān)鍵節(jié)點集合Vk= {vkl, vk2,...VkJ ,確定在排名最后的X個關(guān)鍵節(jié)點
^ G之間增加關(guān)鍵鏈，其中x=m-y+l ；步驟4-2、對任意的兩個關(guān)鍵節(jié)點vki, vkJ e Vkx,如果
權(quán)利要求
1.一種面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點介數(shù)確定方法確定復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)G=(V，E)中所有節(jié)點介數(shù)，其中V表示節(jié)點集合，E表示邊集合； 步驟2、根據(jù)節(jié)點介數(shù)的值將節(jié)點從大到小排列，將排在前r%的節(jié)點作為關(guān)鍵節(jié)點，其中r是根據(jù)整個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定的參數(shù)，5 < r ( 20，假設(shè)關(guān)鍵節(jié)點為m個，則關(guān)鍵節(jié)點集合Vk=Ivkl, vk2, KvkJ ,其中Vkl表示介數(shù)最大的節(jié)點，以此類推； 步驟3、假設(shè)保護鏈路的總數(shù)為L條，其中將λ L條保護鏈路用于建立關(guān)鍵鏈，剩余的(1-A)L條保護鏈路用于建立關(guān)鍵平衡環(huán)，其中λ是比例參數(shù)，OS λ <0.5，用來控制保護鏈路是用于建立關(guān)鍵平衡環(huán)或關(guān)鍵鏈； 步驟4、利用λ L條保護鏈路建立關(guān)鍵鏈； 步驟5、利用(1-X)L條保護鏈路建立關(guān)鍵平衡環(huán)；完成面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法，其特征在于，步驟4利用λ L條保護鏈路建立關(guān)鍵鏈具體包括以下步驟: 步驟4-1、對于關(guān)鍵節(jié)點集合Vk=Ivkl, vk2,...VkJ，確定在排名最后的X個關(guān)鍵節(jié)點■ vk'.= ( .，vHy^D，...^之間增加關(guān)鍵鏈，其中 x=m_y+1 ； 步驟4-2、對任意的兩個關(guān)鍵節(jié)點vki, Vkj e Vkx,如果( ) ^ E，則在Vki和Vkj之間增加一條關(guān)鍵鏈，即(vki，vkj) e E，分配一條保護鏈路； 步驟4-3、重復(fù)步驟4-2，直到關(guān)鍵節(jié)點集Vkx中的所有關(guān)鍵節(jié)點(vki，vkJ)對都檢查過；步驟4-4、判斷是否所有λ L條保護鏈路分配完成，如果是，則關(guān)鍵鏈建立過程結(jié)束；否則執(zhí)行步驟4-5 ； 步驟4-5、將排名在X個關(guān)鍵節(jié)點之前的關(guān)鍵節(jié)點Vk(y_D增加進來，檢查新加入的關(guān)鍵節(jié)點Vkiy-D與后X個關(guān)鍵節(jié)點之間是否存在關(guān)鍵鏈，如果不存在，則增加關(guān)鍵鏈，即分配保護鏈路；否則不處理； 步驟4-6、判斷是否所有λ L條保護鏈路分配完成，如果是，所有λ L條保護鏈路分配完成，關(guān)鍵鏈建立過程結(jié)束；否則繼續(xù)增加在上次新加入關(guān)鍵節(jié)點之前的一個關(guān)鍵節(jié)點，重復(fù)執(zhí)行步驟4-5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法，其特征在于，步驟5中利用(1-λ )L條保護鏈路建立關(guān)鍵平衡環(huán)具體包括以下步驟: 步驟5-1、在關(guān)鍵節(jié)點集合Vk=Ivkl, vk2,...vkm}中,確定每一個關(guān)鍵節(jié)點Vki的關(guān)鍵環(huán)的個數(shù)Ri和最多能擁有的關(guān)鍵環(huán)的個數(shù)MRi ； 步驟5-2、對于關(guān)鍵節(jié)點Vki e Vk,使用
全文摘要
本發(fā)明針對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)安全性中的防御和保護問題，公開了一種面向關(guān)鍵節(jié)點保護鏈路增加的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)防護方法。本發(fā)明在保持原有網(wǎng)絡(luò)連接不變的基礎(chǔ)上，通過建立關(guān)鍵平衡環(huán)和關(guān)鍵鏈的思想，圍繞關(guān)鍵節(jié)點建立關(guān)鍵平衡環(huán)和在關(guān)鍵節(jié)點之間增加關(guān)鍵保護鏈路的策略。采用本發(fā)明的方法，使原本一部分通過關(guān)鍵節(jié)點的流量繞過關(guān)鍵節(jié)點，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載在一定程度上趨于均衡，有效的減緩關(guān)鍵節(jié)點的擁塞，而且增加網(wǎng)絡(luò)中邊的可靠性和容錯能力，達到了對于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的蓄意攻擊和高負(fù)載攻擊起到較好的防御和保護作用。
文檔編號H04L12/803GK103200118SQ20131007932
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者張琨, 朱保平, 衷宜, 李千目, 田春山, 張宏 申請人:南京理工大學(xué)