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Análise de vulnerabilidade de redes de comunicações por meio de métricas estruturais e espectrais de conectividade / Analysis of vulnerability of communication networks by means of structural and spectral connectivity metrics

Teixeira, Antônio Celso Guimarães 10 August 2015 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-20T16:53:20Z No. of bitstreams: 1 2015_ AntônioCelsoGuimarãesTeixeira.pdf: 7869582 bytes, checksum: f809a580e2f23b97c183c7e6af55c942 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-13T16:46:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_ AntônioCelsoGuimarãesTeixeira.pdf: 7869582 bytes, checksum: f809a580e2f23b97c183c7e6af55c942 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-13T16:46:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_ AntônioCelsoGuimarãesTeixeira.pdf: 7869582 bytes, checksum: f809a580e2f23b97c183c7e6af55c942 (MD5) / As redes de telecomunicações são muito resistentes a falhas distribuídas aleatoriamente na topologia, mas são altamente vulneráveis a falhas correlacionadas com a geografia ou a ataques dirigidos a seus pontos críticos. O impacto da perda de certas estações ou enlaces pode ter um efeito em cascata, extensivo a toda essa infraestrutura crítica. Este trabalho investiga meios de estimar a capacidade de sobrevivência das redes a tais impactos, em termos de conectividade. Para se obter medições apropriadas, as redes são representadas em forma de grafos, sobre os quais pode-se aplicar métricas estruturais e espectrais. Essas métricas são baseadas em invariantes subjacentes à topologia das redes, modelando sua operação. Uma composição dessas métricas é aplicada a modelos de redes brasileiras, de maneira a identificar seus nós e enlaces mais críticos. Em seguida, a mesma composição é aplicada para comparar diferentes redes brasileiras e outras redes de dimensões continentais entre si, de forma a classificá-las por ordem de sua vulnerabilidade esperada. Como resultados não esperados, constata-se que, nem os pontos críticos, nem o ranking de vulnerabilidade das redes, são os mais óbvios. A nosso conhecimento, este é o primeiro estudo que, com base em métricas estruturais e espectrais de grafos, quantifica a vulnerabilidade das redes de telecomunicações brasileiras, tratadas como backbones autônomos. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Telecommunication networks are very resistant to faults randomly distributed in topology,, but they are highly vulnerable to geographic correlated failures or targeted attacks to their critical points. The impacts of the loss of certain stations or links may have a cascading effect extended over this entire critical infrastructure. This work investigates ways to estimate the survivability of networks to such impacts, in terms of connectivity. In order to get appropriate measurements, the networks are represented in form of graphs, on which we can implement structural and spectral metrics. Such metrics are based on invariants underlying the topology of networks, modelling its operation. A composition of these metrics is applied to models of Brazilian networks, in order to identify the most critical nodes and links. Thereafter, the same composition is applied to compare different Brazilian networks and other continental networks together, in order to rank them according to their expected resilience. As unexpected results, we note that, neither critical points, nor the ranking of vulnerability of networks, are the most obvious. To our knowledge, this is the first study that, based on structural and spectral metrics using graphs, quantifies the vulnerability of Brazilian telecommunications networks, treated as autonomous backbones.

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