关联基础设施网络的脆弱性研究

基础设施网络的脆弱性研究是关系到国计民生的重大问题，近年来受到了各国政府及学术界的普遍重视。目前，相关研究主要针对单一基础设施网络展开，而对关联网络进行系统研究的还不多见；另外，复杂网络从结构的角度研究网络脆弱性，网络功能模型从功能的角度研究网络脆弱性，但将两者结合起来分析关联基础设施网络脆弱性的研究才刚起步。.　　本项研究拟综合国内外基础设施网络研究成果，借鉴复杂网络理论与方法，归纳并提出关联基础设施网络脆弱性研究的相关概念体系；构建关联基础设施网络研究模型；进而从结构和功能两个角度分析关联基础设施网络的脆弱性，设计网络调整策略；并以2008年我国南方雪灾为案例进行实证研究，利用仿真检验研究成果的正确性。本项研究不仅能够丰富复杂网络、复杂系统的研究方法和内容，还能为我国基础设施网络系统的保护和改进提供理论依据，提高我国基础设施网络系统应对突发事件的能力。

基础设施网络的脆弱性问题是关乎国计民生的重大研究课题，倍受各国政府及学术界重视。在青年科学基金项目（60903174）资助下，本项目组已在单个基础设施网络建模、关联基础设施网络建模、以及它们在各种随机与蓄意攻击下的脆弱性分析等方面取得了一定的成绩, 发表相关学术论文13篇，其中SCI收录9篇，EI收录4篇。按照基金申请书中的研究内容，主要完成了一下四点工作：1、关联基础设施网络脆弱性研究相关概念体系的建立。 项目组对关联基础网络脆弱性研究所涉及到的相关概念进行了明确的定义，具体包括基础设施网络环境的界定、基础设施网络关联关系的定义和分类、关联基础设施网络脆弱性的定义以及攻击方式的定义和分类等。从方法论的角度给出了关联基础设施网络脆弱性分析的框架；2、关联基础设施网络的建模。 项目组对多类单个基础设施网络（如电网、供水网、天然气网、铁路网等），以及关联基础设施网络（如电网与供水网、电网与天然气网、电网与地铁网等）进行了拓扑结构建模与功能建模。建立了武汉市关联电网与供水网的功能模型，并提出了两个网络之间关联结构的设计策略；建立了虚拟的关联电网与天然气网的拓扑结构模型和功能模型，并提出了两种模型的融合框架；对自组织网络进行了研究，建立了研究自组织网络相继故障特性的网络化模型，并以美国西部电网为例，分析了其在蓄意攻击（即重要节点故障）下的脆弱性。 3、关联基础设施网络的脆弱性分析及调整策略设计。 项目组研究了关联基础设施网络脆弱性的各类评估指标，分析在随机攻击以及蓄意攻击方式下这些指标的变化情况，并设计了网络调整策略，以降低关联基础设施网络的脆弱性。对上海地铁网进行了脆弱性分析，分别从网络的连通脆弱性、运输功能脆弱性和线路脆弱性三个方面讨论了地铁网络的脆弱性；研究了关联电网与供水网在节点相继故障下的脆弱性，并分析了不同扰动策略以及不同关联结构设计策略对网络性能的影响；利用投入产出模型从经济的角度讨论了关联基础设施网络的脆弱性。4、关联基础设施网络脆弱性的实证研究及仿真。 以武汉市2008年遭遇的雪灾为背景，收集了雪灾爆发期间详细的气象信息以及基础设施网络的受损数据，以验证上述关联基础设施网络脆弱性分析方法。