Random Networks for Communication pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Franceschetti, Massimo

出品人:

页数:216

译者:

出版时间:2008-2

价格:$ 87.01

装帧:

isbn号码:9780521854429

丛书系列:Cambridge Series in Statistical and Probabilistic Mathematics

图书标签:

计算机科学
随机网络
通信网络
图论
复杂网络
网络科学
随机过程
信息传播
网络建模
无线通信
网络拓扑

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具体描述

When is a random network (almost) connected? How much information can it carry? How can you find a particular destination within the network? And how do you approach these questions - and others - when the network is random? The analysis of communication networks requires a fascinating synthesis of random graph theory, stochastic geometry and percolation theory to provide models for both structure and information flow. This book is the first comprehensive introduction for graduate students and scientists to techniques and problems in the field of spatial random networks. The selection of material is driven by applications arising in engineering, and the treatment is both readable and mathematically rigorous. Though mainly concerned with information-flow-related questions motivated by wireless data networks, the models developed are also of interest in a broader context, ranging from engineering to social networks, biology, and physics.

好的，这是一本关于非随机网络结构及其在通信系统中的应用的图书简介，旨在探讨那些偏离传统随机图模型（如Erdős–Rényi模型）的复杂网络拓扑，并深入分析它们在提高通信系统性能方面的潜力。 --- 图书名称：《复杂拓扑下的通信网络：超越随机性的结构设计与性能优化》导言：网络的非平凡现实在现代通信系统的设计与分析中，网络拓扑结构的选择至关重要。传统的理论分析往往依赖于易于数学处理的随机网络模型，例如在节点间以固定概率随机连接的Erdős–Rényi图。然而，现实世界中的通信网络，无论是物理层面的光纤骨干网、无线蜂窝网络，还是应用层面的互联网路由结构，都表现出显著的非随机性和结构化特征。这些特征，如小世界效应、无标度特性、集中的枢纽节点（Hubs）以及模块化组织，极大地影响了网络的鲁棒性、信息传播效率、延迟和安全性。本书《复杂拓扑下的通信网络：超越随机性的结构设计与性能优化》正是聚焦于理解和利用这些非随机、复杂网络拓扑在通信领域中的作用。它旨在为研究人员、网络工程师和高级学生提供一个深入的理论框架和实用的分析工具，以应对当前通信网络面临的规模化、异构化和高可靠性挑战。第一部分：复杂网络拓扑的数学刻画与生成模型本部分奠定了理解复杂拓扑的基础，侧重于从数学和统计物理学的角度精确描述网络结构，并探讨如何生成具有特定结构特征的网络实例。第1章：从随机到结构：复杂网络的必要性本章首先回顾了随机图论在通信网络建模中的成功与局限性。接着，引入复杂网络理论的核心概念，包括度分布、路径长度、聚类系数（Clustering Coefficient）和社团结构（Community Structure）。重点分析了为何简单的随机模型无法捕捉到现实网络中的关键特性，例如高聚类性与长尾度分布共存的“小世界”现象。第2章：度分布的意义与无标度网络深入探讨了度分布的统计特性。重点分析无标度网络（Scale-Free Networks），如Barabási-Albert模型，其中少数核心节点（Super-hubs）承载了绝大多数的连接。详细讨论了优先连接（Preferential Attachment）机制如何驱动这些网络的形成，并分析无标度特性对信息传播的级联失败风险和路由效率的影响。第3章：小世界与模块化结构本章聚焦于连接的效率与局部特性。详细介绍Watts-Strogatz模型作为小世界网络的经典构建方法，并将其应用于分析低延迟通信的需求。随后，探讨网络中的模块化结构（社团划分），这对于构建具有高内聚性、低互联性（Low Inter-community Connectivity）的层次化通信架构至关重要。介绍识别和量化模块化的算法（如Louvain算法的变体）。第4章：拓扑生成与重构技术除了分析既有网络，本章还探讨如何基于特定的性能指标（如吞吐量或鲁棒性要求）设计和生成具有目标拓扑特征的通信网络。讨论基于仿射几何、特定生长规则以及嵌入式空间（如几何图）的网络构建方法，以及如何从观测数据中反演或重构潜在的网络拓扑结构。第二部分：复杂拓扑对通信性能的影响分析本部分将理论拓扑结构与具体的通信系统性能指标相结合，分析非随机结构如何重新定义网络的效率、鲁棒性、延迟和拥塞行为。第5章：路由与信息传播的拓扑依赖性详细分析在不同复杂网络拓扑下，信息（数据包、控制信号）传播的动态过程。研究最短路径算法（如Dijkstra, Floyd-Warshall）在高度异构度分布网络中的表现，特别关注中心性度量（介数中心性、接近中心性）如何决定关键信息节点的地位。讨论在无标度网络中，路由策略对“枢纽节点”的依赖如何导致单点故障风险的集中。第6章：网络鲁棒性与攻击/故障分析本章是核心内容之一。系统地评估不同拓扑面对随机故障和针对性攻击时的脆弱性。对比随机网络与小世界网络在节点或边级故障后的连通性衰减率（Connectivity Decay Rate）。引入“级联失效模型”（Cascading Failure Models），分析关键枢纽节点的失效如何通过依赖关系引发网络大面积崩溃，并提出基于冗余连接和抗毁性拓扑设计的防御策略。第7章：拥塞控制与负载均衡的拓扑视角在多跳通信中，拥塞往往是拓扑结构不均所致。本章分析了在具有高度聚集性的社团结构中，内部节点与外部边界节点之间的负载差异。探讨如何设计基于拓扑感知的拥塞控制算法，利用网络的模块化特性，将流量限制在局部社团内部，从而提高整体系统的吞吐量，并最小化跨社团通信带来的延迟。第8章：复杂拓扑下的资源分配与频谱效率讨论在无线通信场景中，复杂拓扑如何影响干扰图和信道分配。分析具有特定几何嵌入特性的网络（如空间图）在频谱共享中的优势。研究如何利用网络中的高聚类性来优化局部资源复用，以及如何通过引入结构化的“桥接节点”来平衡局部隔离与全局连通性之间的矛盾，以最大化频谱效率。第三部分：面向特定应用的复杂拓扑设计与优化最后一部分将理论分析转化为工程实践，探讨如何根据特定通信应用的需求，定制和优化网络拓扑结构。第9章：层次化网络与大规模网络的可扩展性讨论大型分布式系统（如数据中心网络或物联网骨干网）中对层次化拓扑的需求。分析如何通过融合不同的拓扑元素（例如，核心使用网状结构，边缘使用树状或环状结构）来构建既高效又易于管理的网络。介绍基于抽象层级（Abstraction Layers）的路由和维护机制。第10章：自组织网络（Ad-Hoc）的动态拓扑生成针对移动性高、基础设施缺失的Ad-Hoc网络和传感器网络，本章探讨基于局部信息的拓扑形成算法。关注节点如何通过度量邻居连接质量、距离约束和能量限制，动态地自发形成具有目标特性（如高连通性或低能耗）的复杂网络结构，而不是完全依赖全局控制。第11章：拓扑演化与长期维护策略通信网络不是静态的，它们会随着用户需求和设备部署而不断演化。本章研究网络的演化模型（如带有老化机制或连接断裂的生长模型），并提出前瞻性的维护策略。讨论如何通过周期性的拓扑重配置（Topology Reconfiguration）来抵抗长期演化导致的结构退化，保持网络性能在最优区间。结论与展望本书总结了复杂拓扑理论在通信工程中的关键洞察，强调了结构设计是性能优化的起点。未来的研究方向将集中于高维嵌入网络、异构节点连接的拓扑分析，以及在量子通信网络和软件定义网络（SDN）中利用可编程性来实现动态拓扑的实时优化。 --- 目标读者：通信工程、计算机网络、信息论、复杂系统科学领域的高级本科生、研究生、博士后研究人员，以及从事网络架构设计和性能优化的电信工程师。