1.1　研究背景

本節從相依網絡和網電空間兩個方面分別介紹了全書的研究背景，以明確研究對應的現實問題。

1.1.1　相依網絡

復雜網絡是復雜性學科的重要分支，強調通過系統的拓撲結構描述和研究復雜系統，為人們分析理解各類復雜系統和現象提供了一個強有力的理論工具。經過幾十年的研究，尤其是在20世紀90年代到21世紀初，該領域取得了許多令人矚目的成果，很多成熟模型和仿真手段得到了廣泛應用。但隨著以互聯網為代表的信息技術的不斷發展，有關理論在應用中仍面臨不小的挑戰[2-4]。因為之前的大部分研究結論都建立在孤立網絡基礎之上，但現實世界中網絡化系統總是以這樣或那樣的方式與另一些系統進行聯系，如常見的物理依附、邏輯依賴、能量或信息交換等。社會生活中網絡存在關聯的例子屢見不鮮，以電力和通信網絡為例：電力網絡與通信網絡之間存在相互依賴關系——電力網絡需要通信網絡傳遞控制信號和調度指令，而通信網絡又需要電力網絡提供電力支持[5]；類似的情況還有電力網絡和鐵路交通網絡，現代鐵路交通網絡通常需要電力網絡提供電力支持，而一些電力網絡節點（如火電廠）又需要鐵路交通網絡輸送發電能源與物資設備。這樣的網絡系統稱為相依網絡（Interdependent Networks）系統。隨著信息技術的不斷進步，網絡之間，尤其是各類基礎設施網絡之間的耦合和依賴關系變得越來越強，相依網絡系統也變得越來越普遍。

在相依網絡中，某個子網絡中發生的輕微擾動有可能通過子網絡間的依賴關系傳播出去，觸發其他子網絡的失效，這樣又可能反過來影響其自身功能，極端情況下一個很小的故障就可能對整個系統產生災難性影響。這方面的案例在電力網絡方面有很多。2003年8月，北美地區發生史上最大規模的停電事故，導致空中和地面交通幾近癱瘓、支付系統癱瘓，導致商店無法營業、通信中斷、社會秩序一片混亂，造成數百億美元的損失。2003年9月28日，意大利發生電網大面積停電事故，導致全國約95%的地區停電，數千萬人生活受到影響。經調查，事故原因竟然是某個供電節點偶然故障導致由其供電的控制網絡節點斷電失效，使得整個控制系統失去了對電力網絡的有效調控能力，控制網絡節點的失效又使更多電力網絡節點失效，最終導致全國規模的停電事故[6]。這類事故的原因都是各網絡間存在的相依性放大了故障的影響，因此研究相依網絡的性質有非常重要的實踐意義。

相依網絡中存在很多迥異于孤立網絡的性質，如故障的跨網絡傳播和一階相變的滲流過程。相依網絡中的節點失效引發的故障通常會比孤立網絡中的節點失效引發的故障規模更大，這是因為依賴邊的存在使故障得以在子網絡間跨網絡傳播，從而引發比孤立網絡中更加劇烈的級聯失效過程。此外，單個網絡中的滲流過程通常表現為二階相變，這意味著對于孤立網絡，當節點失效時網絡的連通性是逐漸降低的；而對于相依網絡，當節點的失效比例達到某一特定閾值時，整個相依網絡的連通性會發生急劇下降[7]，失效函數在圖形上表現為階躍形式。認識和理解相依網絡的此類性質有助于設計更為健壯的網絡系統，也有助于提出更有針對性的防御方法，并提升網絡化系統抵御各種失效和風險的能力。

1.1.2　網電空間

事實上，相依網絡不僅存在于社會生活層面，軍事領域中也存在多種形式的相依網絡。網絡相依性對軍事作戰的影響不容忽視，隨著信息技術的不斷發展，未來戰爭以網絡化形式、依靠網絡化作戰力量展開的可能越來越大。在這種戰爭形態下，網絡將成為作戰能力的主要載體，網絡化也將成為未來提高戰斗力的最重要因素。

網電空間又稱為網絡電磁空間、賽博空間，是隨著信息技術的發展而提出的新概念，英文源詞Cyberspace最早是在20世紀80年代由加拿大科幻作家William Gibson在其科幻小說《神經漫游者》中提出的，用于描述20世紀90年代的虛擬網絡世界。近年來，這個概念被不斷賦予新的內涵。從目前常見的定義來看，網電空間是一種以信息為主導、虛實結合、動態演化的網絡環境。具體地講，網電空間是由承載物理世界中客觀存在的對象實體（如計算機、通信設施設備，這種設備可以獨立存在，也可以依附其他實體存在，如搭載在武器裝備上的信息設備），以及依托這些實體組成的網絡結構（如通信網、傳感網、指揮網、互聯網等）共同構成的人類活動空間[8]。根據網電空間包含的對象和功能的不同，可以將其劃分為物理域、信息域、認知和社會域等多個層次，這部分內容將在第2章進行詳細分析，第2章還對本書的研究背景進行了細化，即網電空間的物理域和信息域。

恩格斯曾指出，人類以什么方式生產，就會以什么方式作戰。作為一個隨著信息技術的發展而產生并逐漸滲透到政治、經濟、軍事等各方面的人類活動域，網電空間安全關系國家安全、社會穩定、經濟發展，正在成為世界大國相互角力的新戰場。網電空間作戰是指以網電空間為主戰場，以信息技術、電磁頻譜為手段，對信息域實施的一系列控制行動。目前，在軍事領域，網電空間已成為與陸地、海洋、天空、太空并列的第五維作戰域。在這五維空間中，網電空間起著連接其他維度的作用，它可以將分散于其他維度的人員、武器裝備等作戰力量通過通信設施、指揮控制系統整合為有機整體，是戰爭力量的倍增器。其他維度的作戰優勢也可以通過網電空間的優勢得到發揮和放大，甚至在某種程度上可以說，網電空間內的作戰優勢決定著其他維度的優勢。現階段，網電空間相關技術仍在迅速而深刻地改變著未來的戰爭形態。目前，各軍事強國都紛紛加大在網電空間方面的投入，制定網電空間作戰的指導思想，發展相關作戰能力，試圖搶占未來戰爭的制高點。

相依性是網電空間存在的基礎。在網電空間內，各種類型的網絡相互交織，它們之間或多或少地存在著物質、信息、能量等形式的關聯，這種關聯就是網電空間的相依性。同時，網電空間作戰是以網絡為中心的，網電空間作戰行動的落腳點和行動效果的擴散都是以網絡結構為依托的。因此，相依性也可以認為是網絡化作戰、體系破擊戰等網電空間作戰樣式的理論基礎之一。隨著現代社會網絡化進程的逐漸加快，網電空間中各種網絡間的聯系也會變得愈加緊密，相依性對網電空間作戰行動的影響將越來越大。這種影響對網電空間作戰而言是一把雙刃劍，一方面相依性增加了己方網電空間作戰系統的脆弱性；另一方面相依性對己方作戰行動也有幫助。通過偵察探測得到對方網絡化作戰系統的拓撲信息，就有可能找到誘發級聯失效的少量關鍵節點，作戰時僅需要針對這些關鍵節點展開攻擊，就可能引起對方作戰系統的大范圍失效乃至完全崩潰，達到事半功倍的作戰效果；在針對己方網絡化系統的防御時，只需要加強對關鍵節點的防護就能有效提高網絡化作戰系統面臨對方攻擊時的戰場存活率。但到目前為止，仍鮮有研究者針對這方面課題開展研究。