1、近年來，隨著電子商務、網絡服務的發(fā)展，特別是手機上網的進一步普及，使Internet用戶數迅猛增長，對網絡速度和網絡服務質量提出了新的要求，使Internet硬件設施和軟件設計面對新的挑戰(zhàn)。目前對Internet的研究是當前研究的熱點問題和主要內容，受到了國際學術界的廣泛關注，取得了豐碩的成果。
　　對Internet的研究主要分為兩個方面，一方面是通過微觀角度（路由協(xié)議再設計、接入網關選擇等方法、擁塞控制策略設計）分析及解決問題

2、;另一方面是通過宏觀拓撲結構角度（Internet的聚集系數分布、度分布、介數分布等維度）來解析Internet的結構，獲取相應的特征，發(fā)現(xiàn)并總結Internet發(fā)展規(guī)律。本文以第二種角度即統(tǒng)計學角度出發(fā)，通過對海量Internet數據的分析，抽象出Internet的宏觀拓撲在演化過程中的進化、自復制和突變特征，并依據以上特征開展研究與分析，對下一代互聯(lián)網的設計，物聯(lián)網的建設以及互聯(lián)網安全防御研究都將產生巨大的促進作用。
　　本文

3、首先獲取到CAIDA15個探測節(jié)點探測的Intetnet AS級、路由級及IP級數據。對相關數據修正補全后進行合并處理，從而有效的彌補單點測量所引起的節(jié)點和邊的遺漏問題，降低了數據探測誤差，為后面章節(jié)的分析工作提供了正確的數據支撐。
　　其次，分析Internet IP級拓撲新生與消亡節(jié)點度演化特征，通過對CAIDA Ark項目授權的IP級采集數據進行研究，揭示了IP級拓撲新生與消亡節(jié)點度分布的冪律特性。對新生節(jié)點鄰接點的度分布進

4、行研究，發(fā)現(xiàn)新生節(jié)點的連接“偏好”并不符合優(yōu)先連接。對新生節(jié)點產生的兩種類型的邊進行分析，分析結果表明，穩(wěn)定邊數的概率分布具有穩(wěn)定性，揭示了Internet連接機制的普適性規(guī)律。以κ-核解析作為主要分析手段，對InternetIP級拓撲新生與消亡節(jié)點的層次特性進行分析，表明Internet IP級拓撲新生與消亡節(jié)點的穩(wěn)定核數概率分布具有穩(wěn)定性，并具有一定的相似性，在此基礎上定量地分析了節(jié)點的度值與核數的關系，分析結果表明，兩者之間并沒有

5、明顯的聯(lián)系。新生與消亡節(jié)點鄰接點的核數概率分布較為相似，這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)有助于對Internet的層次結構進行控制。
　　第三，分析Internet宏觀拓撲演化過程中的進化特征，統(tǒng)計AS級Internet宏觀拓撲的多種宏觀特征，并研究各個特征之間的關系，進而通過富人俱樂部及聚類系數、度的PDF冪律分布及CCDF冪律分布研究網絡的連通性及冪律性。與早期研究結果有所不同的是，發(fā)現(xiàn)網絡的整體連通性增強。論證了核數對度量拓撲層次性的意義，說

6、明核數可以用來更精確的刻畫網絡拓撲層次。對網絡核數進行演化分析，發(fā)現(xiàn)網絡層次隨時間變化明顯加深;對節(jié)點核分布進行研究，發(fā)現(xiàn)在核數較低區(qū)域核分布符合冪律性;進一步研究節(jié)點度與核的關系、核相同的節(jié)點度分布，指出最高核節(jié)點對網絡的重要影響作用;不同核數節(jié)點集之間的連接體現(xiàn)網絡各層次間的關聯(lián)，對核間連接進行研究同樣發(fā)現(xiàn)網絡最高核是網絡的真正核心。對網絡中心化節(jié)點及節(jié)點之間的連邊的演化過程進行分析，發(fā)現(xiàn)節(jié)點中心化指標增加的原因是節(jié)點與網絡中已存在

7、節(jié)點之間連接更加緊密，三種類型的中心化節(jié)點的連邊呈現(xiàn)出不同的分布規(guī)律。
　　第四，分析Internet宏觀拓撲演化過程中的自復制特征，用核入口重整化方法粗粒度化網絡，研究了Internet路由級拓撲結構的自相似分形特征。從度分布、度相關性以及聚集性等方面分析了Internet拓撲的自相似性;通過不同KC網絡的度分布的冪律指數，累積鄰居節(jié)點平均度值等度相關性特征的標度不變性和分形維數的計算定性定量的說明了路由級網絡的部分與整體、部分

8、與部分之間存在著自相似性。從而說明了Internet路由級拓撲具有分形特征。
　　第五，分析Internet宏觀拓撲演化過程中的突變特征，根據CAIDA(The CooperativeAssociation for Internet Data Analysis)提供的2011年權威IPv6 IP級網絡數據，在時間跨度上廣泛統(tǒng)計了拓撲演化數據，提取出平緩和突變兩種演化趨勢。針對發(fā)生突變的特征量，從拓撲的細粒度角度分析突變產生的內在原

9、因。分析2011年9月和10月發(fā)生的最短路徑突變現(xiàn)象，得出是由長邊與節(jié)點數變化引起的結論。并且，經研究發(fā)現(xiàn)，Internet拓撲的突變現(xiàn)象與影響廣泛的社會事件關系密切，做出在社會事件爆發(fā)階段Internet IP級拓撲更易發(fā)生突變的推斷，并根據2011年埃及革命和日本地震期間的IPv6 IP級拓撲數據給予了證明。
　　本文對Internet宏觀拓撲結構演化過程中的進化、自復制和突變特征進行研究，所得出的結論為理解互聯(lián)網演化機制、預