项目提出的背景
科技界对复杂系统的最新研究方法是将其表达为复杂网络,而复杂网络在自然,社会和技术领域具有广泛的实际背景,同时也与国防建设密切相关.研究者们从复杂系统的基本理论出发,采用数学建模的方法,运用计算数学,统计物理,凝聚态物理,计算机科学,仿生学,管理科学领域的理论和技术从整体,综合,交叉的思路研究问题.
现代战争是高科技的战争,也是战略战术思想之间的博弈或对抗,最近几次局部战争中掌握主动权的一方都是精确打击了对方与指挥,通讯,后勤,军工生产乃至人民生活息息相关的复杂系统,确切说来是复杂网络,而使对方丧失抵抗能力.在伊拉克战争中,美国为首的多国部队发起"斩首行动",首先打击萨达姆本人及其指挥机构,大当量的连续空袭使伊方通讯指挥系统陷于瘫痪.在搜捕萨达姆过程中,美方灵活运用了复杂网络中"复杂网络搜索"的"小世界效应",实现了高效率寻的.在南联盟战争中,北约不仅轰炸了军事目标,还使用"炭丝炸弹"成功地摧毁了全联盟输电网络,从而使各种与电能相关的军用民用系统全部失灵.
复杂网络在平时正常的社会经济生活中的关键地位同样不可低估.2003年8月18日美国北方和加拿大部分地区的大电网突然停电,傍晚和晚间的几个小时,到处一片黑暗.这对于社会正常生活秩序的打击自不必说,倘若这时有敌对方乘机发动突然袭击或恐怖活动,后果真是不堪设想.事后的调查发现,多年精心设计的输电网络竟然在一系列级联反应下土崩瓦解,而且第一次事故是由于偶然因素引起还是由网络本身的结构或功能的缺陷产生,至今并无定论.2000年5月4日,"爱虫"病毒在Internet上大肆传播,一天之内造成全球数十亿美元的经济损失.研究发现,www, Internet和输电网都具有复杂网络性质,显示无标度网络模型的特点,而这类网络具有容错和抗袭击能力.当遭遇对其80%比例的格点的攻击时,系统是鲁棒的,但是,当外来攻击针对其中只占5%-10%关键集散点生效时,这些人工网络极易崩溃.近几年中,曾经发生过中美两国民间黑客网络大战的事件,中方有人竟"黑进"了五角大楼系统.人们对美方黑客专业技术的精湛叹为观止,同时也对中方黑客的人数之众大跌眼镜.由美方军方开发的特设通讯网——ad hoc原先为少数高级指挥人员所用.它是一种多跳的,无中心的,自组织的,无基站网络,适用于节点快速移动,拓扑结构频繁变化,连接短暂的系统,非常适用于构建军用动态网络.大规模ad hoc网已成为国内外军民两用开发的热点,IEEE的期刊和网站上出现了大量相关的研究文献.各专业的人士都已经意识到应用复杂网络理论分析其全局性质和提高其安全性可靠性的重要价值.
另外,城市地面交通的拥堵问题,SARS,禽流感等传染病在人群中的传播问题,国防后勤保障系统的优化设计,大型复杂交互动态软件的设计(群集智能),大型国防科技与工程建设的组织管理等等,都涉及到复杂网络内部或复杂网络之间的动力学过程,如自适应,博弈与对抗,同步等等.
以上各项具体问题都已经引起当前国内外研究者的密切关注.近几年来,各国政府部门,包括美国军方,NASA,NATO,美国能源部和自然科学基金委均已拨款资助这类研究项目.据我们不完全搜索,已发现三十余篇由美国国防相关部门资助的研究论文.
立项的必要性
1. 本项目研究具有广泛的应用价值.
(1)对军事网络的攻击是现代战争的重要战术手段.通过对复杂网络拓扑结构以及网络上的动力学过程的研究,可以找出对方军事网络包括有线,无线通讯网络,军事管理网络,以及后勤保障和物流网络中的关键节点以及关键的连接.针对这些关键目标的攻击能够通过最少的代价获得最大的攻击效果.
(2)面对网络的攻击战术,对己方军事网络的防御就显得极为重要.复杂网络的研究表明网络由于受攻击而产生毁灭性的损失主要是由于级联效应造成的.网络虽然只有一小部分损坏,这种效应却会造成网络的整体瘫痪.级联效应造成的灾难在民用设施中也时有发生,北美大停电就是一个典型事例.为避免这种毁灭性崩溃发生,复杂网络的研究可以提供很好的科学依据,通过研究可以找到由于受到攻击可能产生级联现象的节点或边,对其进行重点保护就能够尽可能的避免最严重的后果.
(3)军事信息网络中信息传输的效率和网络的功能也是关系到现代战争胜败的重要因素.网络上的交通流和信息流的研究主要关注网络的使用效率和网络的容量问题.对大规模的网络,信息在其上的传输可以基于局域信息的优化路由方法,从而使已存在的网络上的信息传递效率和网络上能容纳的信息量同时达到最大化.中小规模的网络可以采用全局信息优化路由的方法,宏观调控从而尽可能使网络的功能最大化.原先由美国军方开发的特设通讯网——ad hoc网适用于节点快速移动,拓扑结构频繁变化,连接短暂的系统,非常适合于构建军用动态网络.现在大规模ad hoc网已成为国内外军民两用开发的热点,专业人士都已经意识到应用复杂网络分析其全局性质和提高其安全性可靠性的重要价值.

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