动态多重网络阻断问题研究

Network Interdiction (fortification) is an important network optimization problem related to game theory and network characteristics, which is significant to national security and military strategy. Many real-world networks such as infrastructures as well as military systems can be modeled as dynamic multi-layer network with complex inter-network relationships and reactive fault-tolerant mechanisms. However, current studies mainly focus on network interdiction against singer-layer network, or statistical rules on network robustness. Through studies on topological model, behavioral model of dynamic multi-layer networks as well as its network interdiction models and algorithms, this proposal aims to make breakthrough on key techniques on dynamic multi-layer network interdiction, and give answers to key scientific questions such as how to model topological structures, inter-network coupling relationships as well as dynamic behaviors, how to make effective interdiction/fortification against dynamic multi-layer networks. This proposal will build a research framework for this study, propose models and algorithms, draw conclusions on typical case studies, which will provide theoretical and methodology bases for vulnerability analysis, target selection and optimization on networks with complex inter-network relationships and adaptive fault-tolerant mechanisms.

网络阻断/防护问题是一个带有博弈特点、与网络结构密切相关的优化问题，是网络优化领域的重要问题，对国家安全、军事战略等具有重要理论和应用价值。各类基础设施、军事体系等大量系统（体系）均可建模为具有网间依赖关系以及动态抗毁特性的动态多重网络，但现有研究大多针对单层、静态网络进行阻断或防护优化，或仅从统计角度分析网络脆弱性、抗毁性的一般规律。本项目通过对多重网络拓扑结构、动力学行为、阻断/防护模型和高效求解算法的研究，突破动态多重网络阻断/防护建模和求解关键技术，解决如何刻画动态多重网络拓扑结构、网间耦合关系与动态调整行为，如何对动态多重网络进行有效阻断/防护等科学问题，建立问题研究的方法框架，提出对应的模型和高效求解算法，获取典型动态多重网络的阻断/防护实验结论，为具有复杂网间交互关系与动态抗毁特性的多重网络中脆弱点分析、目标选择、攻防优化等问题提供理论与方法支撑。

网络阻断/防护问题是一个带有博弈特点、与网络结构密切相关的优化问题，是网络优化领域的重要问题，对国家安全、军事战略等具有重要理论和应用价值。本项目开展了多重网络拓扑结构、动力学行为、阻断/防护模型和高效求解算法的研究，建立了问题研究的方法框架，提出对应的模型和高效求解算法，获取典型动态多重网络的阻断/防护实验结论，主要结果如下：.（1）在动态多重网络拓扑结构模型方面，提出了基于超网的多重网络结构模型以及对应的拓扑特征参数，为多重网络的结构分析提供依据；提出了基于元路径的多重网络结构特征分析方法，有效利用多重网络中节点、边的类型信息，提高了多重网络结构分析的准确性。.（2）在动态多重网络动力学模型方面，提出了多重网络中的失效反馈模型，给出了或、与及混合型等反馈关系，以及反馈稳态阶段的定义；提出了基于博弈的网络演化模型，构建连续时间的马尔科夫链，基于图演化的微分方程组，刻画网络博弈演化行为。.（3）在动态多重网络的单回合网络阻断/防护模型方面，提出了双目标阻断、阈值约束下的阻断、双层网络阻断等新模型及对应的求解算法，并进行了理论分析。.（4）在动态多重网络的多回合网络阻断/防护模型方面，提出了对手目的不确定、行为可变化条件下的多阶段动态网络阻断模型，并将意图识别引入模型求解中，给出了动态阻断模型的求解算法。.（5）在动态多重网络阻断/防护实验研究方面，通过仿真数据和实网数据，针对交通网络、双层耦合网络、赛博空间等开展了网络阻断/防护计算实验，得到了有关算法性能、优劣的比较结论，以及关于典型网络的实验结论。. 本项目的研究为具有复杂网间交互关系与动态抗毁特性的多重网络中脆弱点分析、目标选择、攻防优化等问题提供理论与方法支撑。