交通運輸網絡復雜性及其相關問題分析

于梅

（萊陽市交通運輸服務中心，山東 萊陽 265200）

0 引言

交通運輸網絡涵蓋了三種網絡，分別為陸上網絡、航空網絡以及軌道交通網絡等。網絡中的點線如果存在問題就會給整個網絡帶來不利的影響，因此必須加強對交通運輸網絡復雜性以及相關問題的研究，并采取有效措施進行解決，進而保障交通運輸網絡安全。

1 網絡概念

交通運輸網絡其實就是計算機網絡連接，網絡結構非常多，包括安全規則網絡、小世界網絡、無標度網絡為最主要的結構，其中無標度網絡較為復雜，具有非常獨特的結構特性。

首先，小世界網絡特性。在其內部兩個節點間的長度不超出網絡自身。

其次，聚類性。在網絡中有大量的圈，且圈中節點具有一定聯系，具有密切性，而圈節點之間聯系不大。

最后，網絡彈性。這主要針對的是節點修改的耐受能力，通常情況下影響越小越具有較強網絡特性。交通網絡還稱為無標尺網絡，積極的研究交通運輸網絡，有助于完善網絡的性能并進一步優化。

2 交通運輸網絡的復雜性

2.1 復雜網絡理論

隨機網絡不僅作為復雜網絡理論研究的基礎還作為實踐的基礎，但是就當前研究的情況得知，真實網絡結構具有一定的復雜性，基于此，在進行交通運輸網絡復雜性研究期間還可積極的探索其他研究方向，在交通運輸網絡中所包含的實物相對而言比較多，要想實現網絡的構建，不同實物之間的相互作用與密切聯系為主要的前提條件。通過統計物理學實現網絡結構分析，把動力學特征作為重點，以平均路徑的長度和集散系數為指標。除此之外，網絡中是否有小世界效應，通過路徑長度和集散系統來進行相應的判斷，在無標尺特征的判斷這方面還應把分布指標作為依據。

2.2 航空網絡

航空網絡復雜性研究在短時間內難以實現，而且所涉及的面比較大，其范圍非常的廣，研究方面主要以靜態結構復雜特點和網絡演化規律分析為主。在進行靜態結構復雜特征分析的過程中，從研究人員的角度上來看，應明確好空間的尺度，通常情況下會選擇國家范圍內，進而便于對航空網絡結構特點的總結。除此之外，還應把演化規律發生機制作用作為分析網絡演化規律作為一項主要內容，加大研究力度，圍繞著其他內容全面的開展。不同航空網絡的規模包含的節點數量不同，但是在網絡中不管節點多少，都能讓這種小世界效應均以體現。且超空間網絡結構空間特性集中表現形式的超平面和小世界效應有一定聯系，且具有密切性。在不同尺度條件下，航空網絡的網絡結構存在區別，而且網絡演化的過程中很容易受空間經濟和社會因素的影響。

2.3 軌道交通網絡

對于軌道交通網絡而言主要有兩部分構成，一部分是地鐵，另一部分是鐵路。有必要加大分析力度，圍繞著鐵路和地鐵網絡的復雜性進行全面的實施。在具體研究期間注重拓撲統計性質分析的同時，還應注重網絡特征分析，并把這兩者作為重點。其中，在分析拓撲統計性質的過程中，分析對象通常情況下以設施網絡與運輸組織網絡為主。地鐵設施網絡分布主要以樹狀結構為主，而且要想將地鐵設施網絡小世界特征充分的體現出來，運輸網絡是最主要的一種方式。在鐵路網絡的復雜性研究的過程中應做好相應的分析，分析期間需要根據研究的實際需要來進行。在進行網絡特性分析的衡量特性指標方面，主要把運輸率作為主要依據，在進行地鐵網絡運行率特征研究分析過程中，不同的城市具有不同的特征。在拓撲網絡統計分析期間應實現對地理空間特征分析，與此同時加強對其結構特征影響的研究，進而為網絡結構分析更加正確提供重要的保障。對于軌道交通運輸網絡而言，由于研究時間不是很長，所以在這方面還應著重的研究，進一步推動交通運輸網絡復雜性分析發展。

2.4 城市交通網絡

城市交通運輸網絡在運輸網絡中占據重要的地位，在城市交通網絡復雜性研究方面，城市公交網絡是項重點內容，其復雜性均在網絡靜態復雜特征上體現。在網絡靜態復雜特征分析的過程方面，把多個城市公交網絡拓步結構特征的復雜性作為重點。通常在結構復雜對比期間，主要分析不同城市公交網絡的拓撲關系，與此同時歸納各個城市公交網絡的特征并總結，在長期研究的過程中，獲取城市公交網絡拓撲關系的特殊性。

在城市公交網絡構造研究的過程中，專家和學者總結出不同結構相同的特點。其中，二部圖法和設施網絡法作為網絡構建的主要方法。但分類體系還不夠合理，研究結果不僅缺少對比性，還缺少參考價值。在進行城市公交網絡復雜性分析中，對不同城市進行比較分析研究，從某種程度上來看可以不斷地提高研究的準確性。但在研究過程中發現，如果過度的重視既定目標，不利于提高研究結果的實用性。

3 交通運輸網絡復雜性分析的發展方向

隨著交通運輸網絡研究的增多，在具體研究期間某些方面還存在著一定的局限性，但在研究發展方面，從某種程度上來看也確實指明了方向。不管是交通運輸網絡復雜性分析還是在研究未來發展的過程中，交通運輸行業都會進一步發展，為此有必要擴建和改善。因為這一過程的復雜性，在進行交通網絡設計的過程中需要將多種因素充分的考慮全面。從研究人員的角度上來看，應高度認識交通運輸網絡的復雜性，進行全面研究，實現資金合理分配，在現有的交通設計基礎之上不斷的改進，并加以完善，從而為交通的順暢提供重要的保障，避免受到城市環境污染。

研究人員還應注重網絡增長機制研究，多投入一些精力，與此同時，不管是在軌道交通網絡發展規劃還是在城市交通網絡發展規劃中都應作為主要的基礎。在交通運輸網絡中，還需要進行交通阻塞機制的研究，并采取有效的控制方法，從而對當前存在的交通堵塞的問題有一定改善。而且在具體研究的過程中，必須要加強城市交通運輸網絡的研究，并將其視為重點研究來落實，促進城市交通運行，不斷地提升運行的水平。還應積極地改進交通運輸的可靠性研究并加以完善，使其為交通運輸網絡的安全運行提供重要保障，進一步推動交通運輸業的發展。

4 交通運輸網絡面臨的問題

4.1 交通外場設備已經成為網絡安全保障盲點

隨著網絡不斷的發展，一些成套技術已經取得進展，尤其是傳統網絡和信息系統的各類主機、危險預警和應急響應等，并可將3D、VR 技術綜合起來應用，進而不斷地提高網絡資產管理智能化水平。但在新一代交通運輸網絡中，各種類型業務應用除了包含傳統網絡部分之外，所涉及的相對比較多，不僅有各類交通外場設施還有移動終端等，這使得交通運輸網絡具有一定特點。但由于種種原因，這些交通外場設施安全并沒有實現統一的管理，無論是各類交通外場設施的運行狀態還是面臨的安全威脅等相關內容，對其難以實現實時了解，一定程度上還難以更好地滿足智能化管理的應用需求[1]。

4.2 網絡未知威脅感知技術能力不高

在交通運輸網絡中，無論是對特有的交通設備還是監控設備、氣象設備等，并沒有實現對攻擊特征的積累，如果遭到網絡上的攻擊難以更好地進行防御。與此同時，安全產品從某種程度上來說已經不具備應對和處置網絡攻擊能力，但通過先進攻擊手段基于特征簽名的檢測能更好地規避，因此網絡環境的生存性帶來新的挑戰。如果內部威脅增多，網絡邊界開始漸漸的模糊化，網絡攻擊一般會通過多種綜合的攻擊手法，還會運用一些惡意的軟件，因此，規則的安全產品檢測能有效地繞開類似問題[2]。針對這種高級威脅，傳統安全防護產品不能及時發現，而且防護能力不高。

4.3 海量安全數據技術挖掘能力還需要不斷改進

在攻擊形式日益變得復雜化的情況下，要想更好地應對，以往單一的防護已經不能及時發現，且不能更好地適應已知規則監測，需要進行數據分析，并充分考慮借助大數據和行為異常檢測分析理念。大數據不管是形式還是內容由于其多樣性，會增加大數據獲取和分析難度。同時網絡安全事件隨時都有可能發生，其具有突發性，實時感知的海量數據存在一系列的問題，尤其是噪音大的問題，一定程度上不利于實現大數據分析和處理，所以有必要提高海量安全數據挖掘技術能力，并加以改進。

5 交通運輸網絡安全問題的有效應對策略

5.1 促進交流外場設施設備指紋庫和漏洞庫的形成

在交通信息化迅速發展背景下，一些外場設備逐漸的接入交通專網，但是這種外場設備并沒有實現安全管理，而且缺少安全管理的手段。因此，有必要加強對交通外場設施指紋庫的構建，與此同時加大整合力度，圍繞著行業漏洞信息全面的開展，實現對交通運輸行業漏洞庫的構建，并高度的重視漏洞收集和分析，進一步擴大收集和分析渠道，避免存在信息安全事件，使其更好地研究交通運輸網絡漏洞問題，不斷提升安全預警能力，保障交通運輸網絡安全[3]。

5.2 加強對基于分布式特征的交通網絡探針技術的形成

由于交通行業具有點多、線長和面廣的特點，再加上外場設施具有較多的種類，所以有必要加大研究力度，積極探究相應的技術，而且所研究的技術要適用于交通數據流的深度包檢測DPI 技術，并從現有交通運輸網絡關鍵節點處入手實施，尤其是報文重組、數據還原以及代碼檢測分析，可對監測流量加強過濾控制，進而實現對協議字段和樣本文件獲取，最終為實現各種功能提供底層數據采集支撐，尤其是時間指紋、模式特征、異常行為和安全威脅場景等。DPI 在交通運輸網絡中起著一定的作用，不僅可接收此網絡中的流量，還能提供配置，實現對網絡協議字段獲取，就獲取的協議字段信息和后端管理端之間的安全數據傳輸提供相應的支持，把捕獲分析的數據給數據分析模塊多個引擎進程各一位數據源，并實施一系列環節，如協議識別、分析、組合、組流等，匹配比對不同節點的特征規則和過濾策略，而且不管是網絡數據流量的異常內容還是攻擊來源以及行為等內容能實現全面的檢測[4]。

DPI 主要以分布式流式數據處理框架為主，通過并行計算方法把事件關聯規則分布到多個處理節點上，如果存在網絡上的攻擊能做到及時發現[5]。

5.3 基于交通大數據的安全態勢分析技術研究

就研究海量大數據對網絡安全事件關聯分析技術，不管是在處理響應實時性還是在關聯規則復雜度這方面都應明確提出相應的要求。研究大數據實時事件關聯分析技術主要以分布式流式數據處理框架為主，通過并行計算方法把事件關聯規則將其在多個處理節點上分布，進而在海量數據環境下對低延遲事件流處場景使其更好地滿足，如果出現安全問題便于及時發現。要想更好地探測和感知交通行業未知安全威脅，可通過安全態勢感知幫助解決，進而做到事前發現安全問題，及時的將這一信息傳達給管理人員進行完善，一定程度上實現安全事件控制[6]。經過對交通運輸網的全流量信息的分析，基于時間流的算法，全面地監測各個方面的內容，尤其是流量的異常和事件行為以及攻擊來源等，以可視化的界面呈現在管理人員面前，進而促使管理人員充分的掌握網絡安全態勢，避免出現交通運輸網絡安全問題，確保交通運輸網絡的安全運行。

在交通控制網絡中，加大采集力度，就交通設備、氣象設備和邊坡設備的流量信息進行全面的采集，就交通網絡安全事件系統依托各種特征信息開展分析，如資產庫、漏洞庫、危險情報庫等特征信息，其中資產識別分析和文件檢測分析等應作為主要的分析內容，進而使其實現交通控制網絡態勢感知。

6 結語

總而言之，在交通運輸新模式迅速發展背景下，信息技術已經得到廣泛應用，有必要分析交通運輸網絡的復雜性以及其復雜性的發展方向，并高度重視交通運輸網絡安全的問題，采取有效的措施進行應對和防范，進而保障交通運輸網絡安全。