Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Кульминский Д. Д., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д. Управление коллективной динамикой в многослойных сетях бистабильных генераторов с задержкой с переключаемыми связями // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 310-319. DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-4-310-319, EDN: OARRCC

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.11.2022
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 118)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.86
EDN: 
OARRCC

Управление коллективной динамикой в многослойных сетях бистабильных генераторов с задержкой с переключаемыми связями

Авторы: 
Кульминский Данил Дмитриевич, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН
Пономаренко Владимир Иванович, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН
Прохоров Михаил Дмитриевич, Саратовский филиал Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН
Аннотация: 

Исследование сложной коллективной динамики в сетях связанных осцилляторов и управление ею является актуальной задачей для многих научных дисциплин. Объектом исследования в работе являются мультиплексные сети, содержащие три связанных между собой кольца, каждое из которых состоит из связанных идентичных бистабильных осцилляторов с запаздыванием. Рассмотрены случаи однонаправленных и взаимных, изменяющихся во времени связей между кольцами (слоями) сети. Управление коллективной динамикой в трехслойных сетях проведено в радиофизическом эксперименте, где в качестве узловых элементов сети использованы радиотехнические генераторы с запаздывающей обратной связью. Для реализации связей между генераторами сети использован подход, при котором связи в экспериментальной установке задаются программным образом. Управление химерными состояниями в сети реализовано за счет соответствующего выбора начальных условий для бистабильных генераторов и изменения топологии связей между слоями сети. Показано, что при сильной однонаправленной связи между слоями сети химерное состояние копируется из слоя в слой за счет явления вынужденной синхронизации. При двунаправленной связи между слоями сети можно наблюдать как явление клонирования химерного состояния, так и разрушение химерных состояний в зависимости от выбора начальных условий бистабильных генераторов.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 22-22-00150, https://rscf.ru/project/22-22-00150/).
Список источников: 
  1. Watts D. J. Small Worlds: The Dynamics of Networks between Order and Randomness. Princeton : Princeton University Press, 1999. 280 p.
  2. Strogatz S. H. Exploring complex networks // Nature. 2001. Vol. 410. P. 268–276. https://doi.org/10.1038/35065725
  3. Boccaletti S., Latora V., Moreno Y., Chavez M., Hwang D. Complex networks: Structure and dynamics // Phys. Rep. 2006. Vol. 424. P. 175–308. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2005.10.009
  4. Osipov G. V., Kurths J., Zhou C. Synchronization in Oscillatory Networks. Berlin : Springer, 2007. 370 p.
  5. Abrams D. M., Strogatz S. H. Chimera states for coupled oscillators // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 93. Article number 174102. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.174102
  6. Parastesh F., Jafari S., Azarnoush H., Shahriari Z., Wang Z., Boccaletti S., Perc M. Chimeras // Phys. Rep. 2021. Vol. 898. P. 1–114. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2020.10.003
  7. Hizanidis J., Kouvaris N. E., Zamora-López G., DíazGuilera A., Antonopoulos C. G. Chimera-like states in modular neural networks // Sci. Rep. 2016. Vol. 6. Article number 19845. https://doi.org/10.1038/srep19845
  8. Maksimenko V. A., Makarov V. V., Bera B. K., Ghosh D., Dana S. K., Goremyko M. V., Frolov N. S., Koronovskii A. A., Hramov A. E. Excitation and suppression of chimera states by multiplexing // Phys. Rev. E. 2016. Vol. 94. Article number 052205. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.94.052205
  9. Andrzejak R. G., Ruzzene G., Malvestio I. Generalized synchronization between chimera states // Chaos. 2017. Vol. 27. Article number 053114. https://doi.org/10.1063/1.4983841
  10. Majhi S., Perc M., Ghosh D. Chimera states in a multilayer network of coupled and uncoupled neurons // Chaos. 2017. Vol. 27. Article number 073109. https://doi.org/10.1063/1.4993836
  11. Strelkova G. I., Vadivasova T. E., Anishchenko V. S. Synchronization of chimera states in a network of many unidirectionally coupled layers of discrete maps // Regul. Chaotic Dyn. 2018. Vol. 23. P. 948–960. https://doi.org/10.1134/S1560354718070092
  12. Sawicki J., Omelchenko I., Zakharova A., Schöll E. Synchronization scenarios of chimeras in multiplex networks // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2018. Vol. 227. P. 1161–1171. https://doi.org/10.1140/epjst/e2018-800039-y
  13. Bukh A. V., Strelkova G. I., Anishchenko V. S. Synchronization of chimera states in coupled networks of nonlinear chaotic oscillators // Russ. J. Nonlinear Dyn. 2018. Vol. 14, № 4. P. 419–433.
  14. Rybalova E. V., Vadivasova T. E., Strelkova G. I., Anishchenko V. S., Zakharova A. S. Forced synchronization of a multilayer heterogeneous network of chaotic maps in the chimera state mode // Chaos. 2019. Vol. 29. Article number 033134. https://doi.org/10.1063/1.5090184
  15. Богатенко Т. Р., Бух А. В., Анищенко В. С., Стрелкова Г. И. Эффекты синхронизации двухслойной сети нелокально связанных хаотических отображений с диссипативной и инерционной связью // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2020. Т. 20, вып. 1. С. 42–54. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2020-20-1-42-54
  16. Shepherd G. M. The Synaptic Organization of the Brain. Oxford : Oxford University Press, 2004. 719 p.
  17. Масленников О. В., Некоркин В. И. Адаптивные динамические сети // УФН. 2017. Т. 187, № 7. С. 745–756. https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.10.037902
  18. Касаткин Д. В., Емельянова А. А., Некоркин В. И. Нелинейные явления в осцилляторных сетях Курамото с динамическими связями // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2021. Т. 29, № 4. С. 635–675. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2021-29-4-635-675
  19. Пономаренко В. И., Кульминский Д. Д., Прохоров М. Д. Экспериментальное исследование синхронизации неидентичных нейроподобных осцилляторов с адаптивной запаздывающей связью // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44, вып. 17, С. 11–18. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.17.46565.17366
  20. Некоркин В. И., Касаткин Д. В., Дмитричев А. С. Переходная динамика в малом ансамбле синаптически связанных нейронов Морриса – Лекара // Изв. вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53, № 1. С. 51–59.
  21. Kasatkin D. V., Nekorkin V. I. Synchronization of chimera states in a multiplex system of phase oscillators with adaptive couplings // Chaos. 2018. Vol. 28. Article number 093115. https://doi.org/10.1063/1.5031681
  22. Eser M. C., Medeiros E. S., Riza M., Zakharova A. Edges of inter-layer synchronization in multilayer networks with time-switching links // Chaos. 2021. Vol. 31. Article number 103119. https://doi.org/10.1063/5.0065310
  23. Anwar M. S., Rakshit S., Ghosh D., Bollt E. M. Stability analysis of intralayer synchronization in time-varying multilayer networks with generic coupling functions // Phys. Rev. E. 2022. Vol. 105. Article number 024303. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.024303
  24. Дмитричев А. С., Щапин Д. С., Некоркин В. И. Клонирование химерных состояний в мультиплексной сети двухчастотных осцилляторов с линейными локальными связями // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 108, вып. 8. С. 574–579. https://doi.org/10.1134/S0370274X18200109
  25. Dmitrichev A., Shchapin D., Nekorkin V. Cloning of chimera states in a large short-term coupled multiplex network of relaxation oscillators // Front. Appl. Math. Stat. 2019. Vol. 5. Article number 9. https://doi.org/10.3389/fams.2019.00009
  26. Кульминский Д. Д., Пономаренко В. И., Прохоров М. Д. Клонирование химерных состояний в двухслойной сети бистабильных генераторов с запаздывающей обратной связью // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47, вып. 2. С. 32–35. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.02.50543.18543
  27. Ponomarenko V. I., Kulminskiy D. D., Prokhorov M. D. Chimeralike states in networks of bistable time-delayed feedback oscillators coupled via the mean field // Phys. Rev. E. 2017. Vol. 96. Article number 022209. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.022209
  28. Кульминский Д. Д., Пономаренко В. И., Сысоев И. В., Прохоров М. Д. Новый подход к экспериментальному исследованию больших ансамблей радиотехнических генераторов со сложными связями // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46, вып. 4. С. 26–29. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.04.49046.18018
Поступила в редакцию: 
16.06.2022
Принята к публикации: 
30.08.2022
Опубликована: 
30.11.2022