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低空无人机群自组织网络弹性综述

科学技术与工程 2023年第20期23卷 8504-8514页

作者：刘继新张新珏蒋伶潇刘禹汐南京航空航天大学民航学院南京210016

传统无人机(unmanned aerial vehicles,UAV)群评价指标缺少对系统遭受扰动后性能变化的全过程描述,弹性作为能够凸显系统动态变化的特有属性可以集中反映无人机群运行态势,围绕无人机群弹性概念、弹性评估方法、提升系统弹性措施3个方... 详细信息

传统无人机(unmanned aerial vehicles,UAV)群评价指标缺少对系统遭受扰动后性能变化的全过程描述,弹性作为能够凸显系统动态变化的特有属性可以集中反映无人机群运行态势,围绕无人机群弹性概念、弹性评估方法、提升系统弹性措施3个方面进行全面综述。从自组织网络弹性概念展开,通过复杂网络对无人机群建模并进行弹性度量,分析了目前主要的弹性评估方法,同时从吸收能力和恢复能力两方面归纳网络弹性的提升措施。最后,综合无人机群弹性研究中亟待解决的关键问题,展望了未来研究方向,为无人机群安全高效运行提供科学指引。

关键词：空中交通管理复杂网络无人机(UAV)群网络弹性

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基于ADS-B数据的高空航路网络弹性研究

基于ADS-B数据的高空航路网络弹性研究

作者：肖烈军内蒙古工业大学

学位级别：硕士

中国民航正在不断完善信息物理融合系统来实施中国民航空管现代化战略,进一步全面建成民航强国。但是空中交通网络经常面临着多变的环境,如频繁的恶劣天气和有序的军事活动,因此需更具弹性的空中交通网络,来保障航空器安全和高效的飞行... 详细信息

中国民航正在不断完善信息物理融合系统来实施中国民航空管现代化战略,进一步全面建成民航强国。但是空中交通网络经常面临着多变的环境,如频繁的恶劣天气和有序的军事活动,因此需更具弹性的空中交通网络,来保障航空器安全和高效的飞行。本文基于复杂网络理论,对空中交通网络的弹性展开研究,主要工作如下:针对长短期攻击事件在大多数情况下扰动局部空域的网络弹性的问题,采用网络科学的方法建立由区调扇区网络、高空航路网络和局部机场网络组成的多层SWA（Sector-Waypoint-Airport）网络模型,研究局部空中交通网络受到节点、链接和权重攻击下的结构弹性,此外分析新机场节点增加对原空中交通网络的影响。在研究网络结构弹性的基础上,进一步引入广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）数据研究高空航路网络流量弹性。对ADS-B数据库进行预处理和特征提取,以建立高空航路网络流量关联矩阵,通过三种不同攻击策略来研究高空航路网络的流量弹性。空中交通网络上的信息流不仅取决于静态网络拓扑,还取决于表征节点之间相互作用的非线性动力学。为了解决单个动力学模型不足以描述多层网络的传播的问题,通过已建立的多层SWA网络模型,引入种群动力学、互惠动力学和传染动力学模型到各层网络中,从定性分析和定量实验角度来研究网络拓扑结构和动力学模型之间的关系。通过设计9组匹配实验,研究扇区网络、航路网络和机场网络受到中心节点扰动后的网络传播时间,并结合实际ADS-B监测数据来验证仿真结果。此外,以天津受到雾霾恶劣天气攻击为案例,研究并集区域的空中交通网络受天津滨海国际机场中心节点攻击后的网络传播方式。结果表明,所提出的方法应用于京津冀和呼包鄂的局部空中交通网络,网络受长短期事件攻击后,京津冀区域网络弹性比呼包鄂区域较好。同时,网络受到中心节点扰动后,在扇区网络表现为长时间由外到内的传播方式,而航路网络表现为由内到外的短时间传播,最后机场网络的节点按预期进行快速随机传播。

关键词：空中交通网络网络弹性传播动力学 ADS-B 高空航路

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海上丝绸之路集装箱运输网络弹性研究

海上丝绸之路集装箱运输网络弹性研究

作者：杨艺大连海事大学

学位级别：硕士

共建“21世纪海上丝绸之路”理念是“一带一路”倡议的重要组成部分。海上丝绸之路的开辟与拓展让沿线国家与我国互惠互利共赢,进而推动全球化发展。随着海上丝绸之路经济带的延伸,海上交通运输系统的研究范围逐渐扩大。由于世界政治经... 详细信息

共建“21世纪海上丝绸之路”理念是“一带一路”倡议的重要组成部分。海上丝绸之路的开辟与拓展让沿线国家与我国互惠互利共赢,进而推动全球化发展。随着海上丝绸之路经济带的延伸,海上交通运输系统的研究范围逐渐扩大。由于世界政治经济格局处于剧烈的震荡和重组中、自然灾害、疫情和运河堵塞等突发事件频发,对海上交通运输系统的安全性和经济性造成了很多负面影响。为帮助航运公司更好组织货物运输,推进海上丝绸之路沿线国家的贸易顺畅;为辅助国家政府进行科学决策,提高运输稳定性、降低运输过程中的成本损失。针对海上丝绸之路集装箱班轮运输,构建了21世纪海上丝绸之路集装箱海运网络,从海运网络弹性的角度展开了深入研究。本文的主要研究内容包括:(1)对海上丝绸之路集装箱海运网络的结构特征进行了分析。收集航运公司2021年的班轮运输航线信息,筛选出属于海上丝绸之路研究范围内的集装箱港口目标航线的班轮数据。基于“图论”构建了有向航次加权的海上丝绸之路集装箱海运网络,依据复杂网络相关理论对海运网络的拓扑特征和中心性特征进行了分析,揭示了海运网络的结构特征。结果表明集装箱海运网络是一个平均路径长度较小的,聚类系数较大的小世界网络。同时加权度分布符合幂律分布,符合无标度网络的特征。(2)评估海上丝绸之路沿线的集装箱港口的重要度,找出关键港口。从港口自身通航能力、中转能力和抗干扰能力出发,提出一种结合熵权法和TOPSIS法的基于港口自身多属性的综合评估模型;考虑网络中所有港口对目标港口重要度贡献的影响,提出一种基于信息传递的港口全局属性评估模型。分别对400个集装箱港口进行重要性评价,并验证两种评价方法的合理性和相关性。结果表明:新加坡港、鹿特丹港、巴生港、中国的香港港、宁波港和上海港在集装箱海运网络中具有极高的重要性。基于节点全局属性评估法识别出的重要港口对集装箱海运网络的影响力更大,港口失效时,对海运网络的破坏性更强。(3)结合级联失效及恢复过程对集装箱海运网络的弹性进行了研究。首先建立有向加权集装箱海运网络级联失效模型,通过观察不同攻击策略下海运网络节点存活率的变化趋势来研究如何减少级联失效过程中网络性能的损失,从而提高网络弹性。其次根据重要度排序结果提出加权概率修复策略。最后以缩短海运网络的修复时间和降低运营损失成本为目标、构建了弹性-成本模型。通过观察失效和恢复两阶段的网络全局效率变化情况来研究如何提高网络弹性。结果表明,级联失效时优先保护航次频率较大的港口,恢复时采用基于全局属性的重要度排序的加权概率修复策略可以提高海运网络弹性。

关键词：海上丝绸之路集装箱海运网络复杂网络节点重要性网络弹性

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大风作用下高速铁路网络弹性能力研究

大风作用下高速铁路网络弹性能力研究

作者：邢鸿飞北京交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路网络建设的不断完善,快速、便捷、安全、高效的高铁网络在旅客运输过程中发挥出越来越重要的作用。然而,我国幅员辽阔,高速铁路网络跨越多种气候区及复杂的自然地理环境,环境与风、雨、雪等气象要素相互作用引发的自然... 详细信息

随着我国高速铁路网络建设的不断完善,快速、便捷、安全、高效的高铁网络在旅客运输过程中发挥出越来越重要的作用。然而,我国幅员辽阔,高速铁路网络跨越多种气候区及复杂的自然地理环境,环境与风、雨、雪等气象要素相互作用引发的自然灾害严重干扰高铁网络的正常运行。为保障高速铁路网络在非正常条件下的旅客服务能力,本文针对大风作用下高铁网络的运行状况展开研究,以期提高大风作用下高铁网络的客流服务保障能力。本文一方面从事前监测及隐患排查的角度入手,分析对高速铁路运行产生影响的大风的时空分布特征以及大风可能存在的衍生风险;另一方面,从疏散受阻客流的角度出发,分析大风在局部产生灾害后,全局车流分布及客流重分配情况。最后,结合两部分内容,分析大风全年可能造成的损失期望,从而为有针对性地防范大风风险提供建议。首先,本文综合大风的强度和频率特征,建立大风风险时空分布模型,依据大风造成影响强度及防范措施的不同将大风风险划分为持续型大风风险及冲击型大风风险,并对我国两种大风风险时空分布进行描述。其次,针对各地自然环境的不同,结合全国地理信息数据,对各大风风险区域可能形成的衍生风险分布进行分析,并对衍生风险的防范措施进行介绍。再次,利用高速铁路基础设施网络及列车运行时刻表,建立由物理网、功能网、需求网组成的高速铁路网络运行模型。通过该模型对中国高速铁路网络的车流、客流分布进行充分细致的描述,并构建弹性评估方法,用于分析高速铁路网络路段被破坏后,允许客流转移条件下的网络服务保持能力。最后,本文基于大风的强度、频率、衍生风险以及对路段造成的损失,建立大风作用下高速铁路网络弹性损失评估模型。其中大风作用下的弹性能力体现在不同强度大风的衍生风险,事后基础设施的恢复速度以及网络自身的客流转移能力三个方面。研究结果表明,青藏铁路的吐哈至哈密路段大风风险最高,衍生风险以风沙为主;华北地区由于经过大量北方旱地地区,主要面临由大风引起的轻质异物侵限风险;东南沿海地区的大风风险主要来自于低压热带气旋及台风,以广东省受台风影响最为严重。图42幅,表30个,参考文献69篇。

关键词：高速铁路大风风险评价网络弹性客流损失

网络弹性及NIST SP 800-160(Ⅱ)框架解析

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中国质量与标准导报 2022年第2期 19-23页

作者：董坤祥谢宗晓甄杰山东财经大学中国金融认证中心重庆工商大学

对不同组织和学者提出的网络弹性的概念进行了比较分析,提出狭义和广义的网络弹性概念及其构建要求;并对NIST SP 800-160(Ⅱ)的网络弹性框架从概念、架构选择与优先级、实践和过程分析三个方面进行了详细描述。

关键词：网络弹性 NIST SP 800-160(Ⅱ)

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网络弹性与恢复机制的研究综述

信息安全学报 2021年第4期6卷 44-59页

作者：刘青霞王邦华中科技大学电子信息与通信学院武汉430074

当网元故障或遭受攻击而失效时,网络性能下降,网络的拓扑结构也被破坏甚至崩溃。网络弹性描述在网元失效时网络功能和结构的恢复能力。针对不同网络类型和失效模式,研究者提出了多种网元恢复机制用于增强网络弹性,并建模分析如何减少网... 详细信息

当网元故障或遭受攻击而失效时,网络性能下降,网络的拓扑结构也被破坏甚至崩溃。网络弹性描述在网元失效时网络功能和结构的恢复能力。针对不同网络类型和失效模式,研究者提出了多种网元恢复机制用于增强网络弹性,并建模分析如何减少网络失效的可能性,这对于现实系统的管理和维护具有重要的指导意义。本文首先简要介绍了网络失效和网络弹性的相关概念;其次从自发性恢复和指向性恢复两个方面介绍了当前主要的网络恢复机制;接着介绍了网络恢复机制在现实基础设施网络中的应用;最后总结讨论了今后发展方向。

关键词：复杂网络网络弹性网络保护网络恢复基础设施网络

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工业控制系统网络弹性增强方法探讨

工业信息安全 2022年第5期 48-54页

作者：饶志波刘邦周磊姜双林北京安帝科技有限公司北京100125

当前针对工业控制系统(ICS)的网络攻击日趋增多,产生的后果也愈发严重。事实表明,传统的网络安全手段已不足以保证ICS的网络安全,这将严重危害工业组织的业务运营。因此,对ICS网络弹性的需求应运而生,系统在遭受网络攻击后能够快速恢复... 详细信息

当前针对工业控制系统(ICS)的网络攻击日趋增多,产生的后果也愈发严重。事实表明,传统的网络安全手段已不足以保证ICS的网络安全,这将严重危害工业组织的业务运营。因此,对ICS网络弹性的需求应运而生,系统在遭受网络攻击后能够快速恢复且能够保持业务连续运营,变得至关重要。本文首先阐述网络弹性的定义及目标,其后介绍ICS网络弹性的重要性及其带来的诸多好处,最后从预防、防御、响应和恢复四个方面着重分析ICS弹性增强的方法。

关键词：工业控制系统网络弹性增强方法

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内生安全赋能网络弹性研究

信息通信技术 2023年第4期17卷 4-11页

作者：邬江兴季新生贺磊曹植纲谢宇中国工程院国家数字交换系统工程技术研究中心中国人民解放军战略支援部队信息工程大学网络通信与安全紫金山实验室

引言,随着数字化转型的深入及数字经济的蓬勃发展,网络空间迅速扩张到生产生活的方方面面。网络技术的普及与进步,一方面降低了成本,促进了生产;另一方面,网络空间因其复杂的依赖关系又呈现出前所未有的不稳定性和风险。网络威胁表现出... 详细信息

引言,随着数字化转型的深入及数字经济的蓬勃发展,网络空间迅速扩张到生产生活的方方面面。网络技术的普及与进步,一方面降低了成本,促进了生产;另一方面,网络空间因其复杂的依赖关系又呈现出前所未有的不稳定性和风险。网络威胁表现出的不可预测性。

关键词：网络空间不可预测性网络威胁数字化转型网络弹性内生安全不稳定性依赖关系