本书内容来源于作者在关键基础设施系统保护领域的相关研究成果，是对已有研究成果的系统深化。研究单一关键基础设施系统网络脆弱性，仿真分析关键基础设施网络保护策略；构建关联关键基础设施相互作用动力学模型，分析相互作用的连锁反应机制及修复策略；分析关键基础设施系统服务的脆性传导关系网络，提出综合度量系统脆弱性分布的脆性云分布模型
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目 录
第1章 关键基础设施系统相互作用与保护1
1.1关键基础设施系统及其相互作用1
1.2关键基础设施系统风险及保护8
1.3本书研究内容12
第2章 理论与方法15
2.1复杂系统建模与仿真21
2.2复杂网络理论与方法28
2.3博弈论概述34
第3章 单一关键基础设施网络脆弱性仿真与保护34
3.1关键基础设施复杂网络脆弱性38
3.2关键基础设施网络结构脆弱性仿真——以交通网络为例48
3.3关键基础设施网络功能脆弱性仿真——以电力网络为例53
3.4关键基础设施网络保护策略59
第4章 关联关键基础设施系统相互作用建模及脆弱性分析59
4.1关联关键基础设施系统相互作用模型及修复策略71
4.2关联关键基础设施系统脆弱性分析85
第5章 关键基础设施系统脆弱性云分布85
5.1关键基础设施系统服务的脆性传导关系网络92
5.2单一关键基础设施系统脆弱性云分布102
5.3关联关键基础设施系统脆弱性云分布102
第6章 关键基础设施选址建模与仿真——以反恐应急设施为例121
6.1反恐应急设施选址动态博弈模型121
6.2能力约束条件下反恐应急设施选址动态博弈模型134
6.3失效风险下反恐应急设施选址动态博弈模型143
第7章 总结与展望153
7.1主要结论153
7.2研究展望155
参考文献157
《关键基础设施系统保护建模与仿真》：
1.3本书研究内容
本书主要研究内容分为4部分。
1.单一关键基础设施网络脆弱性仿真与保护
拓扑结构对于分析了解网络全局抗毁性、健壮性和稳定性等具有重要意义。复杂网络脆弱性研究的对象包括基于理论模型和现实世界的网络。研究表明，无标度网络在随机失效下比随机网络具有更强的容错性，在选择性攻击下则异常脆弱，在很大程度上改变和拓展了对网络抗毁性的认识。目前研究多从“共性”人手，试图揭示复杂网络脆弱性的一般规律，忽视了不同应用背景下网络脆弱性的“特殊性”。因此，以实际关键基础设施系统工程为背景的抗毁性建模、仿真和优化，将是研究关键基础设施系统脆弱性的重要方法和内容。复杂网络研究的一个重要目的是设计出更安全和优越的网络，拓扑结构及性质对于寻找网络重要元件和控制网络行为非常重要。现实工程网络内部交叉渗透，交互作用，从工程结构单体出发，难以确定对系统全局具有重要影响的防护对象。从关键基础设施系统工程网络的拓扑结构和内在特征分析人手，挖掘隐藏在网络拓扑中的重要局域结构或不同局域间的安全边界，并构建合理配置资源的保护手段，使系统即使在遭受攻击后仍可完成关键任务。
第3章基于复杂网络脆弱性理论及相关研究成果，确立关键基础设施工程网络脆弱性表征，考虑系统被攻击和入侵的常态性，针对各类突发事件拟定工程网络的节点和边在随机干扰或蓄意破坏下的9种仿真策略。基于Matlab平台编程，仿真分析世界城市地铁网络和中国国家关键基础设施工程网络结构的脆弱特征，并比较分析共性和个性特征。建立累积有效性能模型，描述电力网络的功能特性，设置随机去除节点、按度数由大到小去除节点和按介数由大到小去除节点3种攻击模式，分析电力网络在不同耐受性系数和临界时间下的功能脆弱性。基于网络化数据挖掘和可视化工具Netdraw，提出分别针对节点和边重要性进行的骨干网和社团网的优化策略，以中国国家高速公路网络为例，探究关键基础设施系统工程网络的保护方式。
2.关联关键基础设施系统相互作用建模及脆弱性分析
由于关键基础设施间在物理、地理、信息和逻辑等方面存在关联，内部扰动或外部干扰必然在关联基础设施间传播，引发相互作用，降低系统功能和恢复力。相互作用研究最早关注网络遭受突发故障和蓄意攻击后拓扑结构的变化，针对结构损坏的干扰方式，分析拓扑结构与网络抗毁性的关系。之后，Rinaldi等综合结构和功能依赖两方面，依据干扰传播机制，将关键基础设施相互作用分为同因失效、升级失效和级联失效三类。其中，同因失效是指基础设施在同一时刻、因同一原因发生的组分失效；升级失效是指基础设施组分受损，加重其他组分或关联基础设施受损和加剧修复困难的过程；级联失效是指基础设施组分受损，引发其他组分或关联基础设施连续失效的过程。
第4章将关键基础设施系统的工程特性、相互作用和抗毁性等分别抽象为网络运行机制、层次关系及脆弱性等问题。基于复杂系统、复杂网络理论方法，建立关键基础设施网络表述框架，提出关键基础设施系统的相互作用表示方法、关联关键基础设施系统的脆弱性分析方法，并通过实例仿真分析，研究揭示关联关键基础设施系统的相互作用机理和脆弱性特征。
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