1.1　研究背景

本节从相依网络和网电空间两个方面分别介绍了全书的研究背景，以明确研究对应的现实问题。

1.1.1　相依网络

复杂网络是复杂性学科的重要分支，强调通过系统的拓扑结构描述和研究复杂系统，为人们分析理解各类复杂系统和现象提供了一个强有力的理论工具。经过几十年的研究，尤其是在20世纪90年代到21世纪初，该领域取得了许多令人瞩目的成果，很多成熟模型和仿真手段得到了广泛应用。但随着以互联网为代表的信息技术的不断发展，有关理论在应用中仍面临不小的挑战[2-4]。因为之前的大部分研究结论都建立在孤立网络基础之上，但现实世界中网络化系统总是以这样或那样的方式与另一些系统进行联系，如常见的物理依附、逻辑依赖、能量或信息交换等。社会生活中网络存在关联的例子屡见不鲜，以电力和通信网络为例：电力网络与通信网络之间存在相互依赖关系——电力网络需要通信网络传递控制信号和调度指令，而通信网络又需要电力网络提供电力支持[5]；类似的情况还有电力网络和铁路交通网络，现代铁路交通网络通常需要电力网络提供电力支持，而一些电力网络节点（如火电厂）又需要铁路交通网络输送发电能源与物资设备。这样的网络系统称为相依网络（Interdependent Networks）系统。随着信息技术的不断进步，网络之间，尤其是各类基础设施网络之间的耦合和依赖关系变得越来越强，相依网络系统也变得越来越普遍。

在相依网络中，某个子网络中发生的轻微扰动有可能通过子网络间的依赖关系传播出去，触发其他子网络的失效，这样又可能反过来影响其自身功能，极端情况下一个很小的故障就可能对整个系统产生灾难性影响。这方面的案例在电力网络方面有很多。2003年8月，北美地区发生史上最大规模的停电事故，导致空中和地面交通几近瘫痪、支付系统瘫痪，导致商店无法营业、通信中断、社会秩序一片混乱，造成数百亿美元的损失。2003年9月28日，意大利发生电网大面积停电事故，导致全国约95%的地区停电，数千万人生活受到影响。经调查，事故原因竟然是某个供电节点偶然故障导致由其供电的控制网络节点断电失效，使得整个控制系统失去了对电力网络的有效调控能力，控制网络节点的失效又使更多电力网络节点失效，最终导致全国规模的停电事故[6]。这类事故的原因都是各网络间存在的相依性放大了故障的影响，因此研究相依网络的性质有非常重要的实践意义。

相依网络中存在很多迥异于孤立网络的性质，如故障的跨网络传播和一阶相变的渗流过程。相依网络中的节点失效引发的故障通常会比孤立网络中的节点失效引发的故障规模更大，这是因为依赖边的存在使故障得以在子网络间跨网络传播，从而引发比孤立网络中更加剧烈的级联失效过程。此外，单个网络中的渗流过程通常表现为二阶相变，这意味着对于孤立网络，当节点失效时网络的连通性是逐渐降低的；而对于相依网络，当节点的失效比例达到某一特定阈值时，整个相依网络的连通性会发生急剧下降[7]，失效函数在图形上表现为阶跃形式。认识和理解相依网络的此类性质有助于设计更为健壮的网络系统，也有助于提出更有针对性的防御方法，并提升网络化系统抵御各种失效和风险的能力。

1.1.2　网电空间

事实上，相依网络不仅存在于社会生活层面，军事领域中也存在多种形式的相依网络。网络相依性对军事作战的影响不容忽视，随着信息技术的不断发展，未来战争以网络化形式、依靠网络化作战力量展开的可能越来越大。在这种战争形态下，网络将成为作战能力的主要载体，网络化也将成为未来提高战斗力的最重要因素。

网电空间又称为网络电磁空间、赛博空间，是随着信息技术的发展而提出的新概念，英文源词Cyberspace最早是在20世纪80年代由加拿大科幻作家William Gibson在其科幻小说《神经漫游者》中提出的，用于描述20世纪90年代的虚拟网络世界。近年来，这个概念被不断赋予新的内涵。从目前常见的定义来看，网电空间是一种以信息为主导、虚实结合、动态演化的网络环境。具体地讲，网电空间是由承载物理世界中客观存在的对象实体（如计算机、通信设施设备，这种设备可以独立存在，也可以依附其他实体存在，如搭载在武器装备上的信息设备），以及依托这些实体组成的网络结构（如通信网、传感网、指挥网、互联网等）共同构成的人类活动空间[8]。根据网电空间包含的对象和功能的不同，可以将其划分为物理域、信息域、认知和社会域等多个层次，这部分内容将在第2章进行详细分析，第2章还对本书的研究背景进行了细化，即网电空间的物理域和信息域。

恩格斯曾指出，人类以什么方式生产，就会以什么方式作战。作为一个随着信息技术的发展而产生并逐渐渗透到政治、经济、军事等各方面的人类活动域，网电空间安全关系国家安全、社会稳定、经济发展，正在成为世界大国相互角力的新战场。网电空间作战是指以网电空间为主战场，以信息技术、电磁频谱为手段，对信息域实施的一系列控制行动。目前，在军事领域，网电空间已成为与陆地、海洋、天空、太空并列的第五维作战域。在这五维空间中，网电空间起着连接其他维度的作用，它可以将分散于其他维度的人员、武器装备等作战力量通过通信设施、指挥控制系统整合为有机整体，是战争力量的倍增器。其他维度的作战优势也可以通过网电空间的优势得到发挥和放大，甚至在某种程度上可以说，网电空间内的作战优势决定着其他维度的优势。现阶段，网电空间相关技术仍在迅速而深刻地改变着未来的战争形态。目前，各军事强国都纷纷加大在网电空间方面的投入，制定网电空间作战的指导思想，发展相关作战能力，试图抢占未来战争的制高点。

相依性是网电空间存在的基础。在网电空间内，各种类型的网络相互交织，它们之间或多或少地存在着物质、信息、能量等形式的关联，这种关联就是网电空间的相依性。同时，网电空间作战是以网络为中心的，网电空间作战行动的落脚点和行动效果的扩散都是以网络结构为依托的。因此，相依性也可以认为是网络化作战、体系破击战等网电空间作战样式的理论基础之一。随着现代社会网络化进程的逐渐加快，网电空间中各种网络间的联系也会变得愈加紧密，相依性对网电空间作战行动的影响将越来越大。这种影响对网电空间作战而言是一把双刃剑，一方面相依性增加了己方网电空间作战系统的脆弱性；另一方面相依性对己方作战行动也有帮助。通过侦察探测得到对方网络化作战系统的拓扑信息，就有可能找到诱发级联失效的少量关键节点，作战时仅需要针对这些关键节点展开攻击，就可能引起对方作战系统的大范围失效乃至完全崩溃，达到事半功倍的作战效果；在针对己方网络化系统的防御时，只需要加强对关键节点的防护就能有效提高网络化作战系统面临对方攻击时的战场存活率。但到目前为止，仍鲜有研究者针对这方面课题开展研究。