基于元胞自动机的无线传感网络整体行为研究

探讨自组织通信网络中局部行为与系统整体行为的关联, 对于相关系统的设计和控制具有重要应用价值. 利用二维元胞自动机模型对无线传感网络的拓扑控制过程进行模拟, 可以分析节点间局部交互作用规则对网络整体行为的影响. 研究表明, 在不同的局部演化规则作用下, 该系统呈现出复杂的时空演化现象, 发现系统整体行为空间中存在振荡、衰减、稳定等基本模式, 并且该模型可以反映系统内不同全局目标之间的折中关系, 为进一步研究无线传感网络整体行为的控制问题提供一种新的途径. 关键词： 自组织 元胞自动机 通信网络 无线传感网络     

用户需求行为对互联网动力学整体特性的影响

由Internet构成的复杂网络的动力学特性主要受到用户需求行为的影响,具备时域的统计规律性. 通过对区域群体用户需求行为的时域实验统计分析,发现用户对Web网站的访问频度及其生成的二分网络的入度分布也呈现幂律分布和集聚现象,其幂指数介于1.7到1.8之间. 建立了虚拟资源网络VRN和物理拓扑网络PTN双层模型,分析了双层模型映射机理,并对网络用户需求行为进行建模. 虚拟资源网络VRN对物理拓扑网络PTN映射过程的不同机理,模拟了Internet资源网络到物理网络的不同影响模式. 幂律分布的用户需求特性会 关键词： 复杂网络 无标度拓扑 用户需求 相变     

城市道路U形转向交通流特性模拟分析

以NaSch模型为基础建立设置U形转向的路段交通流模型,对其特性进行模拟分析. 结果表明,U形转向路口对交通流影响显著,会导致在较小进车概率时发生自由流状态到拥挤状态的相变,相应的临界流量也随之降低. 设置双U形转向系统的相变、临界流量等交通流特性与单转向系统具有明显差异,其系统效率较高. 在实际交通规划与管理时应避免设置单转向系统,以减小U形转向的负面影响. 关键词： 交通流 元胞自动机 U形转向 相变     

动作电位动态变化对螺旋波演化行为的影响

在心脏病患者的心脏中观察到心室不同部位的心肌细胞动作电位时长(APD)恢复曲线陡峭程度差别很大,而陡峭的APD恢复曲线既可以在某些情况下导致螺旋波破碎和心室纤维性颤动,也可能在另一些情况下不导致螺旋波破碎,螺旋波动力学行为与陡峭的APD恢复曲线的关系仍未完全清楚,因此需要深入研究.本文采用二维可激发介质元胞自动机模型,研究陡峭程度不同的APD恢复曲线下螺旋波的动力学行为,数值模拟结果表明:陡峭的APD恢复曲线可以使漫游螺旋波稳定,也可以促进螺旋波漫游或引起破碎,甚至使螺旋波消失,观察到在APD恢复曲线总平均斜率大于1情况下螺旋波仍维持稳定或漫游,在APD恢复曲线总平均斜率比1小很多的情况下螺旋波出现破碎;在APD恢复曲线总平均斜率大于1的情况下观察到多普勒失稳、爱克豪斯失稳和APD交替变化三种螺旋波破碎方式,其中APD交替变化导致的螺旋波破碎可在APD恢复曲线总平均斜率比1小很多的情况下发生.观察到螺旋波通过漫游出系统边界和遇到传导障碍消失.此外,还发现通过增大元胞APD有利于防止螺旋波破碎.对产生这些现象的物理机制进行解释.     

成对行为对行人疏散动力学的影响研究

熟悉的行人之间经常存在着聚集运动的整体跟随行为现象.为了研究这种行为对疏散过程的影响,考虑了行人的并排成对、前后成对、混合成对三种方式,建立了一个新的元胞自动机模型,研究了三种成对方式对双出口房间内行人疏散过程的影响,并分析、讨论了不同参数下成对方式之间的差异. 关键词： 行人流 元胞自动机 成对疏散 计算机模拟     

用CA方法模拟界面能各向异性对胞晶生长形态的影响

用元胞自动机（CellularAutomaton,CA）模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固胞晶的生长形态的影响,建立了判定胞晶生长达到稳态的判据．结果显示,当界面能各向异性强度非常小时,胞晶尖端很容易分岔,胞晶形态不容易稳定．而当界面能各向异性强度足够大时,容易形成稳定的胞晶形态,同时界面能各向异性强度会显著影响稳定胞晶的形态,界面能各向异性越强,稳态胞晶间距越小,胞晶尖端半径越小,尖端半径与胞晶间距的比值越小,固液界面前沿的浓度与过冷度越小．     

网络条件下列车追踪模型及延迟传播的研究

描述了一种移动闭塞下考虑不同类型列车混跑时基于元胞自动机的列车追踪模型.将该模型应用到铁路网，模拟了网络条件下列车运行情况.应用该模型模拟了移动闭塞下列车延迟传播的现象.分析了发车间隔松弛时间、初始延迟时间等因素对列车延迟的影响.将该模型的模拟结果和理论公式的计算结果进行了比较，验证了模型的可靠性和有效性. 关键词： 元胞自动机 铁路网络 列车追踪模型 移动闭塞     

十字交叉路口对混合交通流的影响

在单车道元胞自动机交通流FI模型的基础上,不考虑车辆在交叉口转向和随机减速,采用周期性边界条件,研究了十字路口对由不同长度和不同最大行驶速度的车辆构成的混合交通流的影响。     

开放边界条件下改进的Nagel-Schreckenberg交通流模型的研究

在开放边界条件下,采用改进的NagelSchreckenberg交通流模型,数值模拟了在不同参数下的交通流基本图,结果表明,改进的NagelSchreckenberg模型的交通流量较原来的模型有明显提高,并分析和讨论了从自由运动相转化为最大流量相或从阻塞相转化为自由运动相的特性及其临界点变化规律 关键词： 元胞自动机 交通流 开放边界条件 相变     

速度限制对交通流的影响

运用元胞自动机模型研究单车道路面上设立限速区对交通流的影响.计算机模拟结果显示,在交通流与密度的基本图中存在饱和交通流量,其大小取决于限速区的最大速度.限速区的设立导致不同相的分离.在确定性的模型中,当车辆密度较低时,存在两种不同的自由流相;而当车辆密度较高时,出现最大交通流相和自由流相.在随机模型中,车辆密度较高时,出现最大交通流相-堵塞相-自由流.对交通流以及临界密度等量给出一些解析结果.     

量子细胞神经网络的超混沌特性研究

研究了由量子点细胞自动机构成的量子细胞神经网络的非线性动力学特性.以量子点细胞的极化率和量子相位作为状态变量，对3个细胞耦合的量子细胞神经网络进行了理论分析和计 算机仿真研究.结果表明，该网络系统呈现复杂的混沌动力学行为，混沌振荡产生非常容易. 由数值计算得到的两个最大正Lyapunov指数证实了该系统具有超混沌特性. 关键词： 量子点细胞自动机 极化率 量子细胞神经网络 超混沌     

Graph dynamical networks for forecasting collective behavior of active matter

After decades of theoretical studies, the rich phase states of active matter and cluster kinetic processes are still of research interest. How to efficiently calculate the dynamical processes under their complex conditions becomes an open problem. Recently, machine learning methods have been proposed to predict the degree of coherence of active matter systems. In this way, the phase transition process of the system is quantified and studied. In this paper, we use graph network as a powerful model to determine the evolution of active matter with variable individual velocities solely based on the initial position and state of the particles. The graph network accurately predicts the order parameters of the system in different scale models with different individual velocities, noise and density to effectively evaluate the effect of diverse condition. Compared with the classical physical deduction method, we demonstrate that graph network prediction is excellent, which could save significantly computing resources and time. In addition to active matter, our method can be applied widely to other large-scale physical systems.     

States and transitions in mixed networks

A network is named as mixed network if it is composed of N nodes, the dynamics of some nodes are periodic, while the others are chaotic. The mixed network with all-to-all coupling and its correspond- ing networks after the nonlinearity gap-condition pruning are investigated. Several synchronization states are demonstrated in both systems, and a first-order phase transition is proposed. The mixture of dynamics implies any kind of synchronous dynamics for the whole network, and the inixed networks may be controlled by the nonlinearity gap-condition pruning.     

Irregular collective behavior of heterogeneous neural networks

We investigate a network of integrate-and-fire neurons characterized by a distribution of spiking frequencies. Upon increasing the coupling strength, the model exhibits a transition from an asynchronous regime to a nontrivial collective behavior. Numerical simulations of large systems indicate that, at variance with the Kuramoto model, (i) the macroscopic dynamics stays irregular and (ii) the microscopic (single-neuron) evolution is linearly stable.     

Percolation on networks with dependence links

As a classical model of statistical physics, the percolation theory provides a powerful approach to analyze the network structure and dynamics. Recently, to model the relations among interacting agents beyond the connection of the networked system, the concept of dependence link is proposed to represent the dependence relationship of agents. These studies suggest that the percolation properties of these networks differ greatly from those of the ordinary networks. In particular,unlike the well known continuous transition on the ordinary networks, the percolation transitions on these networks are discontinuous. Moreover, these networks are more fragile for a broader degree distribution, which is opposite to the famous results for the ordinary networks. In this article, we give a summary of the theoretical approaches to study the percolation process on networks with inter- and inner-dependence links, and review the recent advances in this field, focusing on the topology and robustness of such networks.     

All‐optical virtual private network in passive optical networks

We review recent progress on all‐optical virtual‐private‐network (VPN) schemes in passive optical networks (PONs). PON is a promising candidate in future access areas to provide broadband services with low cost. With all‐optical virtual private network (VPN) function, PON can support efficient internetworking among end users with dedicated optical channels, thus enabling guaranteed bandwidth and enhanced security at the physical layer. Here, we discuss and compare existing schemes of all‐optical VPNs in time‐division‐multiplexed (TDM) PONs, and also recently proposed schemes for deployment in wavelength‐division‐multiplexed (WDM) PONs and two‐stage TDM/WDM PONs.     

Shuttle-run synchronization in mobile ad hoc networks

In this work, we study the collective dynamics of phase oscillators in a mobile ad hoc network whose topology changes dynamically. As the network size or the communication radius of individual oscillators increases, the topology of the ad hoc network first undergoes percolation, forming a giant cluster, and then gradually achieves global connectivity. It is shown that oscillator mobility generally enhances the coherence in such networks. Interestingly, we find a new type of phase synchronization/clustering, in which the phases of the oscillators are distributed in a certain narrow range, while the instantaneous frequencies change signs frequently, leading to shuttle-run-like motion of the oscillators in phase space. We conduct a theoretical analysis to explain the mechanism of this synchronization and obtain the critical transition point.     

基于一维元胞自动机的复杂网络恶意软件传播研究

基于一维元胞自动机,研究复杂网络恶意软件传播行为.利用信息网络节点全局交互的特点,建立元胞自动机邻域和状态转换函数,提出恶意软件传播模型,研究在多种网络拓扑下恶意软件传播的概率行为.研究表明,该模型能够准确描述在最近邻耦合网络（nearest-neighbor coupled network, NC）,Erdos-Renyi（ER）随机网络,Watts-Strogatz（WS） 小世界网络和Barabasi-Albert（BA）幂率网络等拓扑下的传播动力学行为,不仅能反映恶意软件传播的平均趋势,而且可以描述病毒消亡和渗透等稀有概率事件,有效克服基于平均场方法建立的微分方程模型只能反映传播的平均趋势,只适合对传播作整体预测的局限性.同时,研究指出网络中度分布的异质化程度和网络的局域空间交互特征是影响传播及免疫行为的关键要素. 关键词： 复杂网络 恶意软件传播 元胞自动机 状态转换函数