融合动态复杂网络的级联动力学行为机制研究

Due to the lack of the research on cascading dynamics of the interdependent and dynamical complex networks, the project will center on studying the behavior mechanism of the dynamics of interdependent and dynamical complex networks, break through the previous bondage and limitations of studying the single networks, and reveal orderly the rules of cascading dynamics of interdependent and dynamical complex networks by developing the models of the dynamics of interdependent and dynamical complex networks. First, we will study the influence of the static characters and dynamical behaviors of complex networks on the cascading dynamics of the interdependent and dynamical complex networks and mine the key components and backbone network in complex networks by exploring the correlations between the broken forms and the vulnerability of network components. Second, we will investigate the evolutional rules of dynamics in the different process of cascade from emerging, turbulence to spreading. Based on the work above, by constructing the "network range", we will establish the methods of analyzing the situation and trend for the abnormal state of the network and the methods of tracking the source of abnormal behaviors. Then we will study the methods and response strategies of controling the cascade failures caused by abnormal behaviors in networks under different situations, simulate a variety of emergency response strategies for the real data, and finally form a set of cascading-control response deployment and emergency response mechanism with coordination and priority under different situations. Through the project, we will obtain a series of original achievements, which provides important theoretical basis and technical support for the protection of critical infrastructure networks.

针对当前对相互依存的融合网络动力学研究的缺乏和不足，本项目围绕研究"融合动态复杂网络的级联动力学行为机制"为核心，突破以往对单一网络研究的束缚和局限性，通过建立多种融合动态网络动力学模型，分阶段、有步骤地揭示相互融合动态网络的级联动力学行为规律。主要内容包括：研究网络静态特征和动态行为对网络级联动力学行为的影响模式；通过探索网络破碎形式和网络组件脆弱性之间的内在相关性，挖掘网络的关键组元或骨干网络；揭示融合网络级联反应在涌现、震荡、蔓延等阶段过程中呈现出的动力学演化规律。在之前研究的基础上，构建"靶场"，研究提出网络异常行为分析和追踪溯源方法；研究不同情况下的级联控制和应急策略，针对真实数据，模拟演练，形成一套不同情境下具有优先级的级联控制响应部署和协同应急处理机制。通过本项目的研究，形成一系列原创性研究成果，为保护关键基础设施网络提供重要理论依据和技术支撑。

关键基础设施网络如电力网络、通信网络、计算机网络、金融网络等（统称为复杂网络）在国家安全、社会稳定和人民生活等诸多方面发挥越来越重要的作用。一个小的异常事件行为往往导致一系列的“连锁反应”，造成大规模的网络系统破坏、业务中断。因此，这种网络异常所导致的关键基础设施网络的安全性（可生存性）问题，越来越事关国家安全和发展战略，已经引起了各个国家、政府和科研机构的高度重视。发达国家政府先后启动了一系列研究计划，加强对其关键基础设施的保护。此外，国内外许多大学、研究机构也纷纷开展了网络可生存性方面的研究。. 在此背景下，项目组开展了“融合复杂动态网络的级联动力学行为机制”这一研究。在执行过程中，项目成员密切协作、科学分工，按照研究计划，扎扎实实地开展工作，定期讨论课题研究内容和研究进展，积极参加国内外研讨性会议和学术会议，并邀请国内外本领域的专家研讨交流。在研究思路上，针对目前对于融合网络上的级联反应研究的缺乏，突破了以往对单一网络研究的束缚，以相互融合的复杂网络为研究对象，分阶段、有步骤地研究揭示了相互融合、相互关联的动态网络的动力学行为的演变、衍生规律与特征。. 经过3年的努力研究，项目在大规模骨干网络和关键组件发现、融合网络级联演化规律发现、网络级联异常行为分析与追踪、应急策略等方面取得了一系列具有原创性的重要成果，相关成果已初步形成体系，较好地完成了预定任务。在理论研究方面，在《Plos One、Chaos, Solitons & Fractals、Physics Letter A》等国内外重要期刊、会议上发表相关论文13篇，其中进入SCI检索9篇，EI检索10篇，有3篇论文获优秀论文奖，Google Scholar他引最高达24次；在成果应用方面，相关成果应用于国内通信行业，撰写了3项中国通信标准化协会标准，已公布；在人才培养方面，培养了1名在读博士后、4名博士、1名硕士，3人成为所在单位的学术骨干，1人当选为山东省网络空间安全专委会委员，经过3年的密切合作，培育形成了一支年轻有活力、具有较高粘合度和研究水平的研究队伍。. 该项目取得研究成果对保护国家关键基础设施网络如电力网、交通网、通讯网、Internet等安全运行提供了重要的理论依据和技术支撑，同时也为在日益开放、复杂、动态的网络环境下，研究异常行为导致的网络安全问题提供了新的理论和方法。