網(wǎng)絡(luò)科學(xué)：國家基礎(chǔ)設(shè)施和軍事網(wǎng)絡(luò)（第4卷）

第1章  引言 1
1.1  網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的定義 1
1.2  新世紀(jì)對網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的迫切需求 2
1.2.1  世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求 3
1.2.2  網(wǎng)絡(luò)社會崛起對網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求 4
1.2.3  軍事指揮控制網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)及網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)對網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求 4
1.2.4  事關(guān)世界各國安危的網(wǎng)絡(luò)安全對網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的需求 7
1.3  網(wǎng)絡(luò)科學(xué)發(fā)展歷史回顧 8
1.3.1  網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的來源 8
1.3.2  規(guī)則網(wǎng)絡(luò)理論 10
1.3.3  社會網(wǎng)絡(luò)圖和社會網(wǎng)絡(luò)分析 11
1.3.4  隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論 11
1.3.5  從阿帕網(wǎng)、因特網(wǎng)到萬維網(wǎng) 12
1.3.6  從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究的新進(jìn)展 14
1.3.7  百家爭鳴和百花齊放的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究 18
1.3.8  新世紀(jì)初網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的新進(jìn)展 21
1.4  網(wǎng)絡(luò)科學(xué)研究方法及體系的初步框架簡介 27
1.5  網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的子學(xué)科 28
參考文獻(xiàn) 30
第2章  從發(fā)展軍事網(wǎng)絡(luò)到探索軍事網(wǎng)絡(luò)科學(xué) 34
2.1  概述：軍事網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史回顧 34
2.1.1  長城 34
2.1.2  驛站 36
2.1.3  燈塔 37
2.1.4  13世紀(jì)蒙古帝國軍隊(duì)的指揮通信網(wǎng)絡(luò) 38
2.1.5  信鴿用于軍事通信 38
2.1.6  15世紀(jì)中國鄭和艦隊(duì)的指揮控制網(wǎng)絡(luò) 40
2.1.7  16世紀(jì)英國將燈塔網(wǎng)絡(luò)用于海戰(zhàn)預(yù)警 40
2.1.8  第一次世界大戰(zhàn)前后的指揮通信網(wǎng)絡(luò) 41
2.1.9  第二次世界大戰(zhàn)前軍用無線電通信裝備迅速發(fā)展 42
2.1.10  英國創(chuàng)建軍用雷達(dá)網(wǎng)并成功用于第二次世界大戰(zhàn) 42
2.1.11  美軍研制預(yù)警飛機(jī)和數(shù)據(jù)鏈 45
2.1.12  冷戰(zhàn)時(shí)期美軍建設(shè)的防空網(wǎng)絡(luò) 47
2.1.13  美國建設(shè)全球指揮控制系統(tǒng)WWMCCS 50
2.1.14  軍事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò) 50
2.1.15  美國的全球信息網(wǎng)格 54
2.1.16  世界各國的導(dǎo)彈防御系統(tǒng) 54
2.1.17  在生物武器防御作戰(zhàn)中使用的網(wǎng)絡(luò) 56
2.2  美軍建設(shè)大型網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和有爭議問題 56
2.2.1  美軍防空司令部指揮控制網(wǎng)絡(luò)的虛警事故 56
2.2.2  美軍對伊拉克軍事指揮控制網(wǎng)絡(luò)的攻擊效果不佳 57
2.2.3  伊拉克戰(zhàn)爭暴露出美軍通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的弱點(diǎn) 57
2.2.4  美軍建設(shè)的全球最大內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)未達(dá)標(biāo) 58
2.2.5  美軍通信網(wǎng)絡(luò)的安全漏洞 58
2.2.6  在反恐戰(zhàn)爭中美軍無人偵察通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)泄密問題 58
2.2.7  網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)既可產(chǎn)生巨大效益，也潛藏著巨大風(fēng)險(xiǎn) 59
2.2.8  在網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭中，最有可能遭受巨大損失的是美國 59
2.2.9  不可低估網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)效能評估的復(fù)雜性，特別要正確評估網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)中人的因素 60
2.2.10  既要研究網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的普遍規(guī)律，更要研究網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)中軍事網(wǎng)絡(luò)的特殊規(guī)律 61
2.3  美軍重視探索軍事網(wǎng)絡(luò)科學(xué) 62
2.3.1  軍事網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的一個(gè)基本任務(wù) 62
2.3.2  國防大學(xué)成立信息資源管理學(xué)院培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)骨干人才 63
2.3.3  組建陸軍網(wǎng)絡(luò)科學(xué)、技術(shù)與實(shí)驗(yàn)中心 64
2.3.4  在西點(diǎn)軍校建立網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中心和網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)靶場 66
2.3.5  美國國防部《網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)概念框架》 68
2.3.6  美國國防部《C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架》與《國防部體系結(jié)構(gòu)框架》 68
2.3.7  開展對于恐怖組織網(wǎng)絡(luò)的研究 69
2.3.8  國家網(wǎng)絡(luò)靶場 70
2.3.9  研究報(bào)告《陸軍網(wǎng)絡(luò)科學(xué)》 76
2.3.10  美軍2015年有關(guān)軍事網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的研究方向及項(xiàng)目 82
2.3.11  指揮與控制、研究與技術(shù)學(xué)術(shù)研討會有關(guān)軍事網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的討論專題 85
參考文獻(xiàn) 87
第3章  自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)及美軍的研究進(jìn)展 92
3.1  概述 92
3.1.1  控制復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的集體現(xiàn)象與自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同演化研究 92
3.1.2  NETSCI 2013舉辦衛(wèi)星學(xué)術(shù)研討會：自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同演化 92
3.1.3  對于網(wǎng)絡(luò)科學(xué)一些基本概念的特別說明 93
3.1.4  新出現(xiàn)的術(shù)語“自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”簡介 93
3.2  真實(shí)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò) 94
3.2.1  道路網(wǎng)絡(luò) 94
3.2.2  萬維網(wǎng) 96
3.2.3  電力網(wǎng)絡(luò) 99
3.2.4  社會生態(tài)網(wǎng)絡(luò) 100
3.2.5  人際關(guān)系網(wǎng)絡(luò) 102
3.3  自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)研究的新進(jìn)展 103
3.3.1  自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)研究的兩大方向 103
3.3.2  多學(xué)科交叉研究自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò) 104
3.4  Bak-Sneppen生態(tài)網(wǎng)絡(luò)演化模型及其改進(jìn) 106
3.4.1  食物鏈與食物網(wǎng)絡(luò) 106
3.4.2  SOC理論與Bak-Sneppen模型 107
3.4.3  Christensen對Bak-Sneppen模型的改進(jìn) 109
3.5  在布爾網(wǎng)絡(luò)中魯棒的自組織 109
3.6  耦合振子自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)研究的新發(fā)現(xiàn) 113
3.6.1  自發(fā)分工 113
3.6.2  冪律現(xiàn)象 114
3.7  自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的合作博弈 115
3.8  在民意形成和流行病傳播中的動(dòng)力學(xué)及相變 118
3.9  發(fā)現(xiàn)在各種自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中潛藏的普遍性行為、規(guī)律和規(guī)則 121
3.9.1  自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)具有普遍性的行為和規(guī)律 121
3.9.2  建立自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)規(guī)則庫的初步嘗試 122
3.9.3  開始研究自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的理論 123
3.10  美軍研究和應(yīng)用自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的新成果 124
3.10.1  美國國防部的“聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)聯(lián)合測試”與“計(jì)算機(jī)自適
應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的深度防御”項(xiàng)目 124
3.10.2  美國國防部研究項(xiàng)目：自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用于威脅和攻擊監(jiān)測或制止 127
參考文獻(xiàn) 128
第4章  利用信息理論分析、評價(jià)和優(yōu)化指揮控制網(wǎng)絡(luò) 134
4.1  霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的Scheidt獲獎(jiǎng)公告 134
4.1.1  Scheidt簡介 134
4.1.2  用信息理論優(yōu)化C2結(jié)構(gòu) 135
4.1.3  將OPISR用于無人機(jī)、無人值守地面?zhèn)鞲衅饕约扒熬€指揮控制/通信網(wǎng)絡(luò) 135
4.1.4  利用“OPISR云”組建新型指揮控制/通信網(wǎng)絡(luò)，顯著減少通信時(shí)間 135
4.2  Scheidt利用信息理論分析和優(yōu)化指揮控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)概述 136
4.2.1  敏捷的C2可以提供在作戰(zhàn)中的一個(gè)決定性優(yōu)勢 136
4.2.2  根據(jù)美軍作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，對于將無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)用于軍事提出建議 136
4.3  指揮控制系統(tǒng)的定義 137
4.4  信息理論的系統(tǒng)特性 138
4.5  信息適應(yīng)性 139
4.6  方法論 140
4.6.1  使用圖論的概念定義指揮控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 140
4.6.2  信息流模擬 142
4.6.3  驗(yàn)證新假設(shè) 143
4.6.4  信息流與執(zhí)行 144
4.7  結(jié)果 145
4.7.1  C2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對態(tài)勢感知的影響（信息流仿真） 145
4.7.2  C2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對控制效果的影響（信息流量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 147
4.8  控制 149
4.9  信息適應(yīng)性修正 149
4.10  適應(yīng)和學(xué)習(xí) 150
4.11  未來的工作 151
4.12  結(jié)論 151
附件A：信息流模擬所用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表 152
附件B：信息流與執(zhí)行仿真所用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表 153
附件C：Scheidt領(lǐng)導(dǎo)的“有組織、持久的情報(bào)，監(jiān)視和偵察（OPISR）項(xiàng)目”簡介 153
參考文獻(xiàn) 162
第5章  國家重要基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)與相互依存網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)故障 165
5.1  引言 165
5.1.1  美國和歐盟立法保護(hù)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò) 165
5.1.2  美國國防威脅降低局重視研究相互依存網(wǎng)絡(luò)的故障 165
5.1.3  網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的重要轉(zhuǎn)折：從單一網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 166
5.2  相互依存的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò) 167
5.3  兩個(gè)相互依存網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)故障的分析框架 168
5.3.1  模擬2003年在意大利電力網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)故障造成的大停電過程 169
5.3.2  模擬兩個(gè)相互依存網(wǎng)絡(luò) 170
5.3.3  使用兩個(gè)Erdos-Renyi隨機(jī)網(wǎng)絡(luò) 171
5.3.4  兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生成函數(shù) 173
5.4  N個(gè)相互依存網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)（NetONets）分析框架 174
5.4.1  通用框架 175
5.4.2  滲流規(guī)律 175
5.5  利用沙堆模型研究抑制電力網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)過載 178
5.5.1  研究2003年北美歷史上最大面積的連鎖停電事故 178
5.5.2  利用沙堆動(dòng)力學(xué)模型研究電力網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)故障 178
5.5.3  結(jié)果 183
5.6  相互依存的空間受限網(wǎng)絡(luò) 189
5.6.1  空間受限網(wǎng)絡(luò)的維數(shù) 189
5.6.2  相互依存的空間受限網(wǎng)絡(luò)的脆弱性 189
5.7  NetONets動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)展 191
5.7.1  演化博弈 191
5.7.2  同步 191
5.7.3  傳播 191
5.8  NetONets研究的簡要回顧與展望 192
參考文獻(xiàn) 194
第6章  動(dòng)態(tài)社會網(wǎng)絡(luò)分析方法在反恐戰(zhàn)爭和軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用 198
6.1 “9?11事件”后動(dòng)態(tài)社會網(wǎng)絡(luò)研究面臨迫切需求 198
6.1.1  Valdis E. Krebs對“9?11事件”恐怖組織網(wǎng)絡(luò)的分析 198
6.1.2  動(dòng)態(tài)社會網(wǎng)絡(luò)建模和分析學(xué)術(shù)會議 199
6.1.3  K. Carley對“美國大使館被炸事件”恐怖組織網(wǎng)絡(luò)的分析 202
6.2  動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析概述 207
6.2.1  社會網(wǎng)絡(luò)分析 208
6.2.2  連接分析 208
6.2.3  多代理系統(tǒng) 211
6.2.4  動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析的新進(jìn)展 212
6.3  McCulloh將縱向社會網(wǎng)絡(luò)變化檢測用于反恐及軍事訓(xùn)練 215
6.3.1  Ian McCulloh簡介 2