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互联网是一种典型的大规模复杂系统,在很多方面都表现出复杂网络行为,互联网复杂网络行为的不确定性,使人们对互联网行为的预测、分析和建模,以及设计开发网络协议和应用形成巨大的挑战。深入研究互联网的复杂网络行为特征,对于网络的发展具有重要意义。
本文提出了一种无尺度元胞自动机模型来对数据包传输过程进行仿真,并对互联网数据包传输的网络行为进行分析,采用互联网中的拥塞控制机制等作为无尺度元胞自动机模型的交互机制,能更真实地研究互联网中数据包传输的复杂行为。通过在不同网络规模下和不同机制作用下进行仿真分析,描述网络中涌现出的复杂网络行为,发现产生此类复杂行为的关键因素,为网络行为学研究提供一种新思路。本文首先介绍了复杂网络行为研究的理论及方法和元胞自动机的基本理论,考虑互联网底层拓扑的无尺度特性,把互联网数据包传输过程抽象成无尺度元胞自动机模型,在存储转发,邻接交互,速率调整,延迟反馈,丢包等规则的作用下,对互联网数据包传输过程中的自相似性,白噪声特性,幂律分布特性,混沌特性,基尼系数,流量分布特性,占用缓存分布特性等宏观网络行为进行了分析,结果表明在简单的局部交互机制作用下可以产生宏观意义上有规律的复杂网络行为,如流量的自相似特性,流量,缓存和丢包的功率谱在高频段呈现出白噪声特性,单个元胞在不同时刻占用的缓存大小具有混沌特性等,为更深入的研究网络行为提供模型,具有较好的理论参考价值。