第1章 绪论 1
1.1关键基础设施保护的核心科学问题 1
1.2关键基础设施保护研究的核心挑战 3
1.3关键基础设施保护的研究进展 4
1.3.1国家战略层面上的总进展 4
1.3.2对基础设施网络的认知和理解 6
1.3.3基础设施风险管理的相关研究概述 9
1.3.4相互依赖关键基础设施的建模与仿真 12
1.3.5外部威胁下工程系统的可靠性研究 15
1.3.6网络脆弱性阻断分析及智能攻击研究 17
1.3.7研究进展评述 21
1.4本书的主要内容与结构 22
第2章 关键基础设施保护的行为建模框架 25
2.1关键基础设施的网间脆弱性 25
2.1.1脆弱性 25
2.1.2复杂工程系统的脆弱性 28
2.1.3物理层之间的相互依赖与脆弱性 28
2.1.4数字层的依赖与脆弱性 30
2.2关键基础设施的可靠性 31
2.2.1可靠性 31
2.2.2基础设施系统的多态性与可靠性 31
2.3关键基础设施保护的攻防博弈行为建模框架 32
2.3.1基础设施外部威胁不确定性分类与攻击策略 34
2.3.2基础设施的组件攻防行为建模 34
2.3.3关键基础设施系统的攻防关联响应行为建模 39
2.3.4行为建模框架的参数选择与特定化 42
2.4本章小结 43
第3章 关键基础设施的网络属性与绩效测量 45
3.1关键基础设施的基本拓扑结构 45
3.1.1电力网络的拓扑结构 45
3.1.2电信网络的拓扑结构 46
3.1.3其他城市生命线系统的拓扑结构 47
3.2关键基础设施的网络属性测量 47
3.3网络绩效的测量 50
3.3.1不同类型的网络与绩效测量 50
3.3.2网络连通性测量 51
3.3.3变动运送成本下的网络绩效测量 52
3.3.4不同测量方式的比较 54
3.4本章小结 57
第4章 离散型基础设施系统的脆弱性分析与保护 58
4.1离散型基础设施的运作优化与脆弱性分析介绍 58
4.1.1离散型基础设施的运作优化 58
4.1.2离散型基础设施的脆弱性分析 59
4.2离散型基础设施系统的攻防博弈分析 61
4.2.1离散型基础设施系统同时行动攻防博弈模型 62
4.2.2离散型基础设施系统序贯行动攻防博弈模型 63
4.2.3脆弱点组合与最优保护策略的甄别困境 65
4.3基于启发式的基础设施保护策略甄别方法 66
4.3.1总体的思路 66
4.3.2破除组合困境的基本思想 66
4.3.3启发式基础设施保护策略甄别算法 66
4.4应用：某供应链终端设施系统的攻防博弈分析 71
4.4.1最优设施运作地点的确定 72
4.4.2脆弱性分析 73
4.4.3序贯行动攻防博弈分析及其均衡 75
4.4.4同时行动攻防博弈分析及其均衡 78
4.5本章小结 79
第5章 网络型基础设施系统的脆弱性分析与保护 81
5.1网络的解构 81
5.2基于确定阻断的基础设施网络脆弱性评价模型 82
5.2.1基于网络连通性的脆弱性评价模型介绍 82
5.2.2基于网络流重新分布的脆弱性分析模型 84
5.3基于确定阻断的网络型基础设施攻防博弈模型 86
5.3.1网络型基础设施系统同时行动攻防博弈模型 87
5.3.2网络型基础设施系统序贯行动攻防博弈模型 88
5.3.3应用：某互联网主干网络的攻防博弈分析 89
5.4基于随机阻断后果的网络型基础设施攻防博弈分析 92
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 94
5.4.2自然灾害下网络型基础设施的保护规划模型 94
5.4.3自适应威胁下网络型基础设施的保护规划模型 95
5.5网络型基础设施攻防博弈蒙特卡洛模拟演化算法 96
5.5.1模型求解的基本思路 96
5.5.2脆弱性分析模型蒙特卡洛模拟算法 96
5.5.3自然灾害型保护规划蒙特卡洛模拟算法 98
5.5.4自适应威胁型保护规划蒙特卡洛模拟算法 98
5.6应用：西气东输天然气网络的脆弱性分析与保护规划 101
5.6.1西气东输工程简介 101
5.6.2西气东输天然气主干网络的拓扑属性分析 102
5.6.3自然灾害威胁下西气东输网络的保护规划 103
5.6.4自适应威胁下西气东输网络的保护规划 111
5.7本章小结 118
第6章 多重基础设施系统的脆弱性分析与保护 119
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 119
6.1.1列昂惕夫投入-产出模型 119
6.1.2构造列昂惕夫对偶系统对多重基础设施进行建模 120
6.1.3构造列昂惕夫系统的对偶问题 121
6.1.4相互关联基础设施系统的动态方程 122
6.1.5与Haimes失效容量输入-输出模型的对比 123
6.1.6仿真模型 125
6.1.7仿真示例 127
6.2基于网络流的多重基础设施网间脆弱性分析 133
6.3相互关联基础设施系统间的依赖关系 134
6.4数据结构的构造 135
6.4.1单个基础设施网内的结构描述 136
6.4.2基础设施网间依赖结构的描述 137
6.4.3约束条件 138
6.5多重基础设施网络运作模型 140
6.6多重基础设施网络智能攻击模型 142
6.7多重基础设施网间保护模型 144
6.8本章小结 145
参考文献 147