基于复杂交互网络的武器装备体系安全性分析方法
发布时间：2020-10-15 23:25
武器装备体系通过诸多子系统的交互协同来实现一定作战目标,完成武器装备单独运行难以完成的使命任务。然而其通过集成和相互作用产生新能力的同时,也可能产生新的安全问题。如武器装备体系整体的脆弱性问题;系统间交互关系可能面临的威胁风险;单个系统的故障、失效在体系中的传播、转化带来的级联效应;多个系统异常在体系中消极涌现的组合效应等。这些体系级的安全问题,与体系整体结构以及多系统的复杂交互有关,在武器装备集成到武器装备体系之前,一般不会出现也不属于单一装备系统安全的考虑范畴;另外武器装备体系安全问题涉及多方系统,难以在系统级考虑和解决。而传统的装备安全分析方法对武器装备体系安全问题分析存在不足,尤其是对武器装备体系整体的脆弱性、多系统交互关系异常、系统或链路异常在体系中的级联效应、组合效应等分析能力有限。因此需提出适应于武器装备体系安全性模型和分析方法,研究武器装备体系级的安全问题,为查找体系中的薄弱环节,分析评价体系威胁风险提供技术支撑。论文在明确武器装备体系安全性相关概念的基础上,基于体系工程有关涌现和复杂交互关系的思想,结合复杂网络、功能依赖网络等网络分析技术,从体系内部系统之间复杂交互关系的角度,提出面向武器装备体系的安全性建模分析方法,以此筛选、分析装备体系内的脆弱点、识别可能的威胁、分析不同威胁的风险后果等,为降低事故、规避风险、安全防护改进提供决策依据。论文的主要工作及创新成果如下:(1)明确了武器装备体系安全性概念和体系威胁分类。体系安全问题虽然已经引起了广泛的关注,但当前尚没有系统完整的定义或统一认可的描述。为此,在武器装备体系概念基础上,提出了较为完整、系统的装备体系安全性概念;并给出了武器装备体系威胁额4个分类,包括组合威胁、传播威胁、交互威胁和演化威胁;从不同方面对比了体系安全性与传统系统安全性的区别;探索了武器装备体系安全性与复杂交互关系、消极涌现的本质关系。(2)提出了基于复杂交互网络的武器装备体系安全性分析框架。提出了基于复杂交互网络的装备体系安全性分析框架,从宏观的脆弱性和具体威胁风险两方面对体系安全性进行建模分析,更全面的把握装备体系安全要素。宏观的体系脆弱性分析得到了对武器装备体系安全较为关键的节点和链路,回答了“谁是最容易出现异常的对象?”和“谁最容易导致体系崩溃?”的问题;具体的威胁风险风险得到了对体系安全影响较为关键的威胁,回答了“体系面临哪些新的威胁?”和“谁是最需要防护的威胁?”的问题。(3)提出了基于CNEA的武器装备体系脆弱性分析方法针对纯拓扑分析方法可能存在的不足,在复杂网络的统计特征、拓扑结构、抗毁性等研究成果的基础上,结合其它评估技术如模糊综合评价等,提出了基于复杂网络-综合效能评估(Complex NetworksComprehensive Effectiveness Assessment,CNEA)的体系脆弱性分析方法,从拓扑结构和非拓扑因素两方面全面分析装备体系的脆弱性。拓扑脆弱性分析以度中心性、介数中心性、特征向量中心性等统计指标为依据,给出了脆弱性节点和边筛选以及体系是否拓扑脆弱的判断方法,并定义了体系拓扑脆弱性指标,对体系网络总体的拓扑安全性进行评价。非拓扑结构方面的安全性分析,以专家经验法、层次分析法、模糊评估方法等定性半定性或模糊方法为主。借鉴系统安全性评价中有关风险发生概率和风险后果的处理方法,通过易出异常和易造破坏两个指标及相关子指标来评价节点或链路在安全防护中的重要程度,从而筛选出关键节点和链路。(4)提出了基于FDNA的武器装备体系威胁分析模型为更好描述、分析传播威胁、组合威胁、交互威胁等装备体系安全问题,通过改进功能依赖网络分析技术(Functional Dependency Network Analysis,FDNA),提出了基于FDNA的威胁分析模型。针对FDNA的不足,从概念、参数、关系、计算机辅助等方面对其进行了适当扩展和完善,使其能够更便于描述、分析传播威胁、组合威胁和交互威胁的传播过程、影响范围和影响程度。之后,明确了基于FDNA的体系威胁模型构建过程,主要包括:明确体系组成、体系关键能力分析、通信和交互关系描述、模型转换等步骤。(5)提出了基于MATE的武器装备体系威胁风险评价方法武器装备体系的威胁风险评价需兼顾多种组件、关系、决策者、用户等众多因素,根据威胁发生的后果、概率、代价等进行评价。在FDNA模型基础上,提出了基于多属性权衡空间探索(Multi-attribute Tradespace Exploration,MATE)的威胁评价方法,从价值属性的角度对各装备或链路面临的威胁,根据其对FDNA能力节点的影响,综合评价其对体系整体安全性的影响值,并在统一的权衡空间内对不同威胁进行分析和比较。基于MATE的威胁评价理论包括基于效用理论的价值描述、基于表格分析法和HAZOP的威胁辨识、基于MATE的威胁评价等核心内容。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：E91;E92
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和问题
1.1.1 武器装备体系安全事件及启示
1.1.2 武器装备体系安全性分析的难点
1.1.3 问题和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 系统安全性模型发展
1.2.2 体系安全性及相关方法
1.2.3 武器装备体系安全性及相关方法
1.2.4 研究现状总结
1.3 论文研究内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 组织结构
1.3.3 主要创新点
第二章 武器装备体系安全性概念及分析框架研究
2.1 武器装备体系安全性基本概念
2.1.1 武器装备体系
2.1.2 武器装备体系安全性
2.1.3 武器装备体系安全性分析
2.1.4 武器装备体系安全性与系统安全性
2.2 武器装备体系安全问题的本质
2.2.1 武器装备体系安全与涌现
2.2.2 涌现与体系内部交互关系
2.3 武器装备体系安全性分析框架
2.3.1 现有方法的不足
2.3.2 武器装备体系安全性分析要求
2.3.3 基于复杂交互网络的分析框架
2.4 本章小结
第三章 基于CNEA的武器装备体系脆弱性分析
3.1 基本概念和分析框架
3.1.1 基本概念
3.1.2 分析框架
3.2 面向拓扑结构的武器装备体系脆弱性分析
3.2.1 节点重要度指标
3.2.2 链路重要度指标
3.2.3 拓扑脆弱性指标
3.3 面向非拓扑因素的武器装备体系脆弱性分析
3.3.1 脆弱点重要度评价
3.3.2 非拓扑脆弱性评价
3.4 武器装备体系脆弱性综合分析
3.5 本章小结
第四章 基于FDNA的武器装备体系威胁分析模型
4.1 基于FDNA-MATE的武器装备体系威胁分析方法
4.2 功能依赖网络方法基础
4.2.1 功能依赖网络的基本原理
4.2.2 FDNA方法的应用
4.2.3 FDNA的适用性
4.2.4 功能依赖网络方法的不足
4.3 功能依赖网络的完善和扩展
4.3.1 概念完善
4.3.2 参数扩展
4.3.3 环形依赖关系消除
4.3.4 计算机辅助分析
4.4 基于FDNA的建模过程
4.4.1 明确武器装备体系组成
4.4.2 武器装备体系关键能力分析
4.4.3 系统间交互关系描述
4.4.4 实体关联模型转化为FDNA模型
4.4.5 建模示例
4.5 本章小结
第五章 基于MATE的武器装备体系威胁风险评价
5.1 分析框架
5.1.1 定义价值属性
5.1.2 辨识单一威胁
5.1.3 生成组合方式
5.1.4 提出威胁评价指标
5.1.5 建立系统模型
5.1.6 计算威胁后果
5.1.7 综合评价和排序
5.2 基于效用理论的价值描述
5.2.1 明确使命任务
5.2.2 确定利益相关者和决策者
5.2.3 描述感兴趣的属性
5.2.4 多属性决策
5.3 基于表格分析法和HAZOP的威胁辨识
5.3.1 系统威胁辨识
5.3.2 链路威胁辨识
5.3.3 威胁筛选
5.4 基于MATE的威胁评价分析
5.4.1 威胁评价指标体系
5.4.2 威胁评价方法
5.5 本章小结
第六章 BMDS体系安全性分析示例
6.1 BMDS概述
6.1.1 BMDS基本组成和作战过程
6.1.2 BMDS分系统角色及交互关系
6.1.3 BMDS体系结构
6.1.4 分析目的及假设
6.2 基于CNEA的BMDS脆弱性分析
6.2.1 面向拓扑结构的脆弱性分析
6.2.2 面向非拓扑结构的脆弱性分析
6.2.3 面向脆弱性的安全性综合分析
6.3 基于FDNA-MATE的BMDS威胁风险分析
6.3.1 基于FDNA的BMDS威胁分析模型
6.3.2 基于MATE的BMDS威胁风险分析
6.3.3 对比分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文主要贡献
7.2 下一步研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 缩略语中英文对照表
本文编号：2842395
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：E91;E92
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和问题
1.1.1 武器装备体系安全事件及启示
1.1.2 武器装备体系安全性分析的难点
1.1.3 问题和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 系统安全性模型发展
1.2.2 体系安全性及相关方法
1.2.3 武器装备体系安全性及相关方法
1.2.4 研究现状总结
1.3 论文研究内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 组织结构
1.3.3 主要创新点
第二章 武器装备体系安全性概念及分析框架研究
2.1 武器装备体系安全性基本概念
2.1.1 武器装备体系
2.1.2 武器装备体系安全性
2.1.3 武器装备体系安全性分析
2.1.4 武器装备体系安全性与系统安全性
2.2 武器装备体系安全问题的本质
2.2.1 武器装备体系安全与涌现
2.2.2 涌现与体系内部交互关系
2.3 武器装备体系安全性分析框架
2.3.1 现有方法的不足
2.3.2 武器装备体系安全性分析要求
2.3.3 基于复杂交互网络的分析框架
2.4 本章小结
第三章 基于CNEA的武器装备体系脆弱性分析
3.1 基本概念和分析框架
3.1.1 基本概念
3.1.2 分析框架
3.2 面向拓扑结构的武器装备体系脆弱性分析
3.2.1 节点重要度指标
3.2.2 链路重要度指标
3.2.3 拓扑脆弱性指标
3.3 面向非拓扑因素的武器装备体系脆弱性分析
3.3.1 脆弱点重要度评价
3.3.2 非拓扑脆弱性评价
3.4 武器装备体系脆弱性综合分析
3.5 本章小结
第四章 基于FDNA的武器装备体系威胁分析模型
4.1 基于FDNA-MATE的武器装备体系威胁分析方法
4.2 功能依赖网络方法基础
4.2.1 功能依赖网络的基本原理
4.2.2 FDNA方法的应用
4.2.3 FDNA的适用性
4.2.4 功能依赖网络方法的不足
4.3 功能依赖网络的完善和扩展
4.3.1 概念完善
4.3.2 参数扩展
4.3.3 环形依赖关系消除
4.3.4 计算机辅助分析
4.4 基于FDNA的建模过程
4.4.1 明确武器装备体系组成
4.4.2 武器装备体系关键能力分析
4.4.3 系统间交互关系描述
4.4.4 实体关联模型转化为FDNA模型
4.4.5 建模示例
4.5 本章小结
第五章 基于MATE的武器装备体系威胁风险评价
5.1 分析框架
5.1.1 定义价值属性
5.1.2 辨识单一威胁
5.1.3 生成组合方式
5.1.4 提出威胁评价指标
5.1.5 建立系统模型
5.1.6 计算威胁后果
5.1.7 综合评价和排序
5.2 基于效用理论的价值描述
5.2.1 明确使命任务
5.2.2 确定利益相关者和决策者
5.2.3 描述感兴趣的属性
5.2.4 多属性决策
5.3 基于表格分析法和HAZOP的威胁辨识
5.3.1 系统威胁辨识
5.3.2 链路威胁辨识
5.3.3 威胁筛选
5.4 基于MATE的威胁评价分析
5.4.1 威胁评价指标体系
5.4.2 威胁评价方法
5.5 本章小结
第六章 BMDS体系安全性分析示例
6.1 BMDS概述
6.1.1 BMDS基本组成和作战过程
6.1.2 BMDS分系统角色及交互关系
6.1.3 BMDS体系结构
6.1.4 分析目的及假设
6.2 基于CNEA的BMDS脆弱性分析
6.2.1 面向拓扑结构的脆弱性分析
6.2.2 面向非拓扑结构的脆弱性分析
6.2.3 面向脆弱性的安全性综合分析
6.3 基于FDNA-MATE的BMDS威胁风险分析
6.3.1 基于FDNA的BMDS威胁分析模型
6.3.2 基于MATE的BMDS威胁风险分析
6.3.3 对比分析
6.4 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 论文主要贡献
7.2 下一步研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 缩略语中英文对照表
本文编号：2842395
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