多失效机理耦合的复杂网络相继故障建模及抗毁性研究

As one of the most basic theory of the disaster precaution and management, the couple of multiple failure mechanisms are critical to solve the problem of cascading failure model and robustness of complex networks. This program is to improve the tolerance robustness of networks, setting out from the couple mechanism between network elements and between sub-networks to establish the cascading failure models, to propose the basic strategy against cascading process and design one strong network structure. The major contents include: 1)Cascading failure modeling of single sub-network based on the couple of multiple failure mechanisms, taking the mechanism of common cause failure, overload failure and interdependent failure as example; 2)Cascading failure modeling of multiple sub-networks based on the couple of multiple failure mechanisms; 3) Analyze the cascading process based on random failure and attacks to propose measures to control the disaster spreading; 4)Study the optimization and design method to establish strong structure of high tolerance robustness. This program is of great significance to control the disaster spreading in critical infrastructure networks.. .

具有多种失效机理的关键基础设施网络级联失效建模与抗毁性问题，是网络灾害预防、管理与控制问题的重要理论基础。课题以提高网络应对级联失效的容错抗毁性为目标，从网络基本单元之间及子网之间的耦合机制出发，通过构建多种失效机理共同作用下的网络级联失效模型，研究网络抵御相继故障的基本策略，并构建不同耦合机制下的最优网络架构。主要内容：1）基于关键基础设施网络各子网本身的失效机理，构建多种失效机理耦合的单层网络级联失效模型（以共因失效、过载机制与依赖机制耦合失效为例）；2)根据子网之间的耦合关系，构建主网的级联失效模型, 研究跨系统级联效应；3）对网络上的随机故障和故意打击导致的级联失效过程进行分析，提出预防、控制灾害传播的措施；4）研究抵御级联失效容错抗毁性较好的关键基础设施网络架构方法。课题的研究对控制灾害在网络中的传播，提高网络的容错能力，降低级联失效导致的灾难后果及损失，具有十分重要的意义。

近年来网络上频频发生的灾难事故，越来越表现出多种失效机理耦合和跨网传播的特性。本项目以以往单层次网络上某些相继故障模型及结论为基础，从影响网络相继故障演化的重要因素出发，构建更加符合实际系统失效机理的相继故障模型，分析网络上的全局相继故障现象，探讨合理有效的网络防护、抵制相继故障的策略，并以提高跨领域复杂网络的容错抗毁性为目标，构建坚强网络架构。主要内容：1）基于关键基础设施网络各子网本身的失效机理，构建多种失效机理耦合的单层网络相继故障模型；2)根据子网之间的耦合关系，构建主网的相继故障模型, 研究跨系统级联效应；3）对网络上的随机故障和故意打击导致的失效传播过程进行分析，提出预防、控制灾害传播的措施。由于网络上的失效传播行为与网络上的动力学行为紧密相关，我们重点研究了网络上一般动力学行为的建模问题，并在此基础上，集中主要力量对一般动力学传播行为和失效跨网传播的耦合机制进行了研究，利用渗流理论给出了失效传播的临界条件，并给出了网络失效的一级相变与二级相变的关键点解析公式。课题的研究对控制灾害在网络中的传播，提高网络的容错能力，降低相继故障导致的灾难后果及损失，具有十分重要的意义。