复杂系统的信息脆性风险研究及在网络通信系统中的应用

论文摘要

近年来,随着通信网络规模迅速扩大,网络新业务的不断出现、网络拓扑结构的日益复杂化,系统环境的不确定性的增加,网络通信系统的信息脆性问题越来越引起相关专家学者的关注。本文以复杂系统作为研究对象,提出脆性同非线性、层次性、涌现性一样,是复杂系统的本质属性,其具体表现为系统在某种条件下的突然崩溃,把系统运行过过程中这种突然崩溃的风险称为脆性风险。本文将复杂系统这种脆性风险分析方法应用到网络通信系统中,对网络通信系统进行脆性风险研究,得出网络通信系统脆性风险分析模型。首先,在已建立的复杂系统脆性定义和脆性特点的基础上,将其引申到网络通信系统脆性分析中。复杂系统脆性特点是重点强调崩溃的连锁效应,即由于复杂系统中的某一子系统的崩溃,引发的连锁的崩溃效应,会使整个复杂系统崩溃。由此,以复杂系统脆性定义为基础,对网络通信系统进行脆性分析,根据信息论的信息率失真和信息传输理论可知信息率失真函数以及热力学中熵增大定理有着巧妙联系,在通信系统中建立了脆性测度函数的概念,脆性测度函数反映了信息在通信前后脆性变化情况,对导致通信系统崩溃起着重要作用。其次,复杂系统中信息脆性的度量既和系统自身相关,也和系统的外部环境相关。由此从复杂系统脆性风险的内因和外因两方面进行分析,建立复杂系统信息脆性风险模型,且定义和构造了脆性风险熵的概念。脆性风险熵可以衡量系统脆性风险的总体不确定性。复杂系统脆性问题的最大难点在于难以定量研究,本文从传统熵理论出发,分析脆性风险熵的一系列性质,为进一步定量研究复杂系统脆性问题打下基础。再次,在网络通信系统的脆性风险分析中由于系统风险的复杂性,存在着诸多不确定的影响因素,建立了基于多级模糊综合评判法的网络通信系统脆性分析模型。用Delphi法辨识出影响通信网络脆性的脆性因子,借助于层次分析法确定网络层次结构中脆性风险影响因素的崩溃系数,同时采用模糊综合评判的方法实现了系统信息脆性风险评价。最后,结合系统信息剩余度和信息极限熵的概念,在整个连续时间域上对一个具体通信网络脆性风险过程进行分析。分析结果指出影响通信系统脆性风险大小既和系统脆性状态(环境)关系紧密,又和系统脆性结构关系有关,从而找出相应的策略降低系统脆性风险。结果说明该方法不仅可以量化通信系统的脆性风险,而且为网络通信系统的脆性评估提供了可行性的分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题简介
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 系统科学研究
• 1.4 网络通信系统
• 1.4.1 信息系统的定义和特征
• 1.4.2 通信系统的安全风险
• 1.5 国内外相关领域的发展和研究状况
• 1.6 研究对象和内容
• 1.6.1 研究对象
• 1.6.2 研究内容和方法
• 第2章 复杂系统的脆性及在网络通信系统中的脆性分析
• 2.1 引言
• 2.2 复杂系统的脆性理论基础
• 2.2.1 复杂系统脆性的定义
• 2.2.2 复杂系统脆性的特点
• 2.3 网络通信系统的脆性分析
• 2.3.1 网络通信系统的描述
• 2.3.2 单符号离散信源的脆性测度函数
• 2.3.3 多符号离散信源的脆性测度函数
• 2.3.4 基于脆性测度函数的通信系统脆性分析
• 2.3.5 二元离散信源的脆性过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 复杂系统的信息脆性风险熵模型
• 3.1 引言
• 3.2 复杂系统信息脆性风险模型的研究
• 3.2.1 复杂系统信息脆性风险模型
• 3.2.2 传统熵的理论
• 3.2.3 复杂系统信息脆性风险熵
• 3.2.4 脆性风险熵的性质
• 3.3 本章小结
• 第4章 复杂系统内部信息脆性关联结构的研究
• 4.1 引言
• 4.2 复杂系统内部信息关联结构模型
• 4.2.1 系统内部信息的脆性联系
• 4.2.2 脆性在系统内部的传播模型
• 4.3 复杂系统内部信息的脆性关联结构分析
• 4.4 复杂系统脆性关联结构的若干性质
• 4.5 本章小结
• 第5章 网络通信系统的信息脆性风险评估
• 5.1 引言
• 5.2 网络通信系统的风险空间分布
• 5.3 网络通信系统的脆性模型
• 5.4 网络通信系统的模糊综合评判法
• 5.4.1 建立模糊集合
• 5.4.2 建立隶属矩阵
• 5.4.3 采用层次分析法确定权重集
• 5.4.4 各个脆性风险因素崩溃系数的确定
• 5.4.5 网络通信网络系统脆性风险评估
• 5.5 网络通信系统的信息脆性风险评价实例
• 5.5.1 网络通信系统脆性风险层次结构
• 5.5.2 基于信息的可用性系统脆性风险评价
• 5.5.3 基于信息的可靠性系统脆性风险评价
• 5.6 网络通信系统的信息脆性风险分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历