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马永驰编著的《关键基础设施网间脆弱性分析与保护》共分6章。第1章识别了关键基础设施保护的核心科学问题及其挑战，并在梳理和评述现有研究的基础上指明研究内容。第2章对关键基础设施保护进行概念建模，构建了关键基础设施保护的行为建模框架。第3章探讨了关键基础设施的网络物理属性、服务流模式和系统服务绩效之间的关联关系，给出了基于网络流重分布的网络绩效测量方法和网络流均衡的两种判定准则。第4～6章分别针对离散型基础设施、网络型基础设施和相互关联的多重基础设施建立了确定型和随机型的脆弱性分析模型和保护规划模型，并给出了相应的求解算法和实例仿真。
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| 內容簡介： |
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《关键基础设施网间脆弱性分析与保护》旨在为关键基础设施保护方案的制订提供一整套定量化的分析方法。通过重点围绕关键基础设施保护的资源分配、外部威胁与系统服务水平之间的三元动态关系，在博弈论的框架下，运用数学规划、网络分析、蒙特卡洛模拟和计算机仿真相结合的方法，对关键基础设施网络的脆弱性分析和保护规划问题进行建模与仿真研究，提出了关键基础设施保护的行为建模框架，给出了不同类型的基础设施系统攻防博弈模型及其求解算法。
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| 目錄：
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目录
第1章绪论
1?1关键基础设施保护的核心科学问题
1?2关键基础设施保护研究的核心挑战
1?3关键基础设施保护的研究进展
1?3?1国家战略层面上的总进展
1?3?2对基础设施网络的认知和理解
1?3?3基础设施风险管理的相关研究概述
1?3?4相互依赖关键基础设施的建模与仿真
1?3?5外部威胁下工程系统的可靠性研究
1?3?6网络脆弱性阻断分析及智能攻击研究
1?3?7研究进展评述
1?4本书的主要内容与结构
第2章关键基础设施保护的行为建模框架
2?1关键基础设施的网间脆弱性
2?1?1脆弱性
2?1?2复杂工程系统的脆弱性
2?1?3物理层之间的相互依赖与脆弱性
2?1?4数字层的依赖与脆弱性
2?2关键基础设施的可靠性
2?2?1可靠性
2?2?2基础设施系统的多态性与可靠性
2?3关键基础设施保护的攻防博弈行为建模框架
2?3?1基础设施外部威胁不确定性分类与攻击策略
2?3?2基础设施的组件攻防行为建模
2?3?3关键基础设施系统的攻防关联响应行为建模
2?3?4行为建模框架的参数选择与特定化
2?4本章小结
第3章关键基础设施的网络属性与绩效测量
3?1关键基础设施的基本拓扑结构
3?1?1电力网络的拓扑结构
3?1?2电信网络的拓扑结构
3?1?3其他城市生命线系统的拓扑结构
3?2关键基础设施的网络属性测量
3?3网络绩效的测量
3?3?1不同类型的网络与绩效测量
3?3?2网络连通性测量
3?3?3变动运送成本下的网络绩效测量
3?3?4不同测量方式的比较
3?4本章小结
第4章离散型基础设施系统的脆弱性分析与保护
4?1离散型基础设施的运作优化与脆弱性分析介绍
4?1?1离散型基础设施的运作优化
4?1?2离散型基础设施的脆弱性分析
4?2离散型基础设施系统的攻防博弈分析
4?2?1离散型基础设施系统同时行动攻防博弈模型
4?2?2离散型基础设施系统序贯行动攻防博弈模型
4?2?3脆弱点组合与最优保护策略的甄别困境
4?3基于启发式的基础设施保护策略甄别方法
4?3?1总体的思路
4?3?2破除组合困境的基本思想
4?3?3启发式基础设施保护策略甄别算法
4?4应用：某供应链终端设施系统的攻防博弈分析
4?4?1最优设施运作地点的确定
4?4?2脆弱性分析
4?4?3序贯行动攻防博弈分析及其均衡
4?4?4同时行动攻防博弈分析及其均衡
4?5本章小结
第5章网络型基础设施系统的脆弱性分析与保护
5?1网络的解构
5?2基于确定阻断的基础设施网络脆弱性评价模型
5?2?1基于网络连通性的脆弱性评价模型介绍
5?2?2基于网络流重新分布的脆弱性分析模型
5?3基于确定阻断的网络型基础设施攻防博弈模型
5?3?1网络型基础设施系统同时行动攻防博弈模型
5?3?2网络型基础设施系统序贯行动攻防博弈模型
5?3?3应用：某互联网主干网络的攻防博弈分析
5?4基于随机阻断后果的网络型基础设施攻防博弈分析
5?4?1基于随机阻断后果的基础设施网间脆弱性分析模型
5?4?2自然灾害下网络型基础设施的保护规划模型
5?4?3自适应威胁下网络型基础设施的保护规划模型
5?5网络型基础设施攻防博弈蒙特卡洛模拟演化算法
5?5?1模型求解的基本思路
5?5?2脆弱性分析模型蒙特卡洛模拟算法
5?5?3自然灾害型保护规划蒙特卡洛模拟算法
5?5?4自适应威胁型保护规划蒙特卡洛模拟算法
5?6应用：西气东输天然气网络的脆弱性分析与保护规划
5?6?1西气东输工程简介
5?6?2西气东输天然气主干网络的拓扑属性分析
5?6?3自然灾害威胁下西气东输网络的保护规划
5?6?4自适应威胁下西气东输网络的保护规划
5?7本章小结
第6章多重基础设施系统的脆弱性分析与保护
6?1基于外界不确定性驱动的多重基础设施网间脆弱性分析
6?1?1列昂惕夫投入?产出模型
6?1?2构造列昂惕夫对偶系统对多重基础设施进行建模
6?1?3构造列昂惕夫系统的对偶问题
6?1?4相互关联基础设施系统的动态方程
6?1?5与Haimes失效容量输入?输出模型的对比
6?1?6仿真模型
6?1?7仿真示例
6?2基于网络流的多重基础设施网间脆弱性分析
6?3相互关联基础设施系统间的依赖关系
6?4数据结构的构造
6?4?1单个基础设施网内的结构描述
6?4?2基础设施网间依赖结构的描述
6?4?3约束条件
6?5多重基础设施网络运作模型
6?6多重基础设施网络智能攻击模型
6?7多重基础设施网间保护模型
6?8本章小结
参考文献
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关键基础设施保护的核心科学问题
国家的福利与公共安全高度依赖于关键基础设施。美国的官方文献中对关键基础设施有如下评述：“基础设施是一些系统和资产的总称，这些系统和资产，无论是有形的还是无形的，对国家而言都非常重要，以至于它们的任何损害或失效都会对社会安全、国家经济安全或是民众的健康与安全产生严重的负面影响。”［1］基础设施涵盖了大量的部门，包括国家电网、石油和天然气生产、电信与信息系统、水系统、交通网络、银行与金融系统、化学工业、农业与实物系统和公众健康网络。1998年5月，美国第63号总统决议令明确定义了电力、电信、交通、水供给与水处理、石油与天然气、紧急响应、银行与金融系统，以及政府为国家“八大关键基础设施”［2］。尽管各国对关键基础设施的定义与分类可能不尽相同，但大致都包括以上几个核心部门。
近20年来，随着信息技术在基础设施工业部门的广泛应用，关键基础设施间的关联性日益增长。这种关联和耦合，一方面提升了关键基础设施的整体协同能力和运作效率，但同时也将关键基础设施的复杂性和整体行为推向了一个更高、更难以理解的层面，使得关键基础设施正在不断地遭受着“复杂的、系统性的失效事件”（表1?1）。在该相互关联的系统中，无论是来自系统内的局部状态波动、组件老化失效，还是来自系统外部的恶意攻击、自然灾害破坏，都有可能引发难以预料的连锁反应，造成基础设施跨部门、跨区域的大面积受损与失效，进而危及公众安全、社会安全乃至国家安全近年来关键基础设施的典型失效事件事件诱因基础设施的连锁失效1998年银河四号卫星失效［4］太阳风暴卫星失效→电信服务中断→ATM机与信用卡交易中断→加油站无法收银→公路交通变差
北美地区８０％的寻呼机无法使用，金融服务陷入脱机状态2001年美国加利福尼亚州能源危机［3］停电停电→天然气减产→重油开采缺乏蒸汽注入→重油减产
停电→原油管线输送中断→炼油厂减产→汽油、航空燃油短缺→公路交通、空中交通变差
停电→灌溉泵无法工作→农作物歉收→财政损失续表事件诱因基础设施的连锁失效2001年巴尔的摩隧道大火［5］火车脱轨后起火货车脱轨后起火→大量有毒浓烟→周围的公共设施被迫停用交通主干道被封锁
货车脱轨后起火→隧道内光纤电缆被烧焦→本地通信、互联网中断→全国互联网变慢
货车脱轨后起火→隧道上方主干水网被烧爆→居民停水大水喷出→附近电力设施遭水淹破坏→停电2001
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