武器裝備體系通過諸多子系統(tǒng)的交互協(xié)同來實現(xiàn)一定作戰(zhàn)目標,完成武器裝備單獨運行難以完成的使命任務(wù)。然而其通過集成和相互作用產(chǎn)生新能力的同時,也可能產(chǎn)生新的安全問題。如武器裝備體系整體的脆弱性問題;系統(tǒng)間交互關(guān)系可能面臨的威脅風(fēng)險;單個系統(tǒng)的故障、失效在體系中的傳播、轉(zhuǎn)化帶來的級聯(lián)效應(yīng);多個系統(tǒng)異常在體系中消極涌現(xiàn)的組合效應(yīng)等。這些體系級的安全問題,與體系整體結(jié)構(gòu)以及多系統(tǒng)的復(fù)雜交互有關(guān),在武器裝備集成到武器裝備體系之前,一般不會出現(xiàn)也不屬于單一裝備系統(tǒng)安全的考慮范疇;另外武器裝備體系安全問題涉及多方系統(tǒng),難以在系統(tǒng)級考慮和解決。而傳統(tǒng)的裝備安全分析方法對武器裝備體系安全問題分析存在不足,尤其是對武器裝備體系整體的脆弱性、多系統(tǒng)交互關(guān)系異常、系統(tǒng)或鏈路異常在體系中的級聯(lián)效應(yīng)、組合效應(yīng)等分析能力有限。因此需提出適應(yīng)于武器裝備體系安全性模型和分析方法,研究武器裝備體系級的安全問題,為查找體系中的薄弱環(huán)節(jié),分析評價體系威脅風(fēng)險提供技術(shù)支撐。論文在明確武器裝備體系安全性相關(guān)概念的基礎(chǔ)上,基于體系工程有關(guān)涌現(xiàn)和復(fù)雜交互關(guān)系的思想,結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、功能依賴網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù),從體系內(nèi)部系統(tǒng)之間復(fù)雜交互關(guān)系的角度,提出面向武器裝備體系的安全性建模分析方法,以此篩選、分析裝備體系內(nèi)的脆弱點、識別可能的威脅、分析不同威脅的風(fēng)險后果等,為降低事故、規(guī)避風(fēng)險、安全防護改進提供決策依據(jù)。論文的主要工作及創(chuàng)新成果如下:(1)明確了武器裝備體系安全性概念和體系威脅分類。體系安全問題雖然已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注,但當(dāng)前尚沒有系統(tǒng)完整的定義或統(tǒng)一認可的描述。為此,在武器裝備體系概念基礎(chǔ)上,提出了較為完整、系統(tǒng)的裝備體系安全性概念;并給出了武器裝備體系威脅額4個分類,包括組合威脅、傳播威脅、交互威脅和演化威脅;從不同方面對比了體系安全性與傳統(tǒng)系統(tǒng)安全性的區(qū)別;探索了武器裝備體系安全性與復(fù)雜交互關(guān)系、消極涌現(xiàn)的本質(zhì)關(guān)系。(2)提出了基于復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)的武器裝備體系安全性分析框架。提出了基于復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)的裝備體系安全性分析框架,從宏觀的脆弱性和具體威脅風(fēng)險兩方面對體系安全性進行建模分析,更全面的把握裝備體系安全要素。宏觀的體系脆弱性分析得到了對武器裝備體系安全較為關(guān)鍵的節(jié)點和鏈路,回答了“誰是最容易出現(xiàn)異常的對象?”和“誰最容易導(dǎo)致體系崩潰?”的問題;具體的威脅風(fēng)險風(fēng)險得到了對體系安全影響較為關(guān)鍵的威脅,回答了“體系面臨哪些新的威脅?”和“誰是最需要防護的威脅?”的問題。(3)提出了基于CNEA的武器裝備體系脆弱性分析方法針對純拓撲分析方法可能存在的不足,在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計特征、拓撲結(jié)構(gòu)、抗毀性等研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合其它評估技術(shù)如模糊綜合評價等,提出了基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)-綜合效能評估(Complex NetworksComprehensive Effectiveness Assessment,CNEA)的體系脆弱性分析方法,從拓撲結(jié)構(gòu)和非拓撲因素兩方面全面分析裝備體系的脆弱性。拓撲脆弱性分析以度中心性、介數(shù)中心性、特征向量中心性等統(tǒng)計指標為依據(jù),給出了脆弱性節(jié)點和邊篩選以及體系是否拓撲脆弱的判斷方法,并定義了體系拓撲脆弱性指標,對體系網(wǎng)絡(luò)總體的拓撲安全性進行評價。非拓撲結(jié)構(gòu)方面的安全性分析,以專家經(jīng)驗法、層次分析法、模糊評估方法等定性半定性或模糊方法為主。借鑒系統(tǒng)安全性評價中有關(guān)風(fēng)險發(fā)生概率和風(fēng)險后果的處理方法,通過易出異常和易造破壞兩個指標及相關(guān)子指標來評價節(jié)點或鏈路在安全防護中的重要程度,從而篩選出關(guān)鍵節(jié)點和鏈路。(4)提出了基于FDNA的武器裝備體系威脅分析模型為更好描述、分析傳播威脅、組合威脅、交互威脅等裝備體系安全問題,通過改進功能依賴網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)(Functional Dependency Network Analysis,FDNA),提出了基于FDNA的威脅分析模型。針對FDNA的不足,從概念、參數(shù)、關(guān)系、計算機輔助等方面對其進行了適當(dāng)擴展和完善,使其能夠更便于描述、分析傳播威脅、組合威脅和交互威脅的傳播過程、影響范圍和影響程度。之后,明確了基于FDNA的體系威脅模型構(gòu)建過程,主要包括:明確體系組成、體系關(guān)鍵能力分析、通信和交互關(guān)系描述、模型轉(zhuǎn)換等步驟。(5)提出了基于MATE的武器裝備體系威脅風(fēng)險評價方法武器裝備體系的威脅風(fēng)險評價需兼顧多種組件、關(guān)系、決策者、用戶等眾多因素,根據(jù)威脅發(fā)生的后果、概率、代價等進行評價。在FDNA模型基礎(chǔ)上,提出了基于多屬性權(quán)衡空間探索(Multi-attribute Tradespace Exploration,MATE)的威脅評價方法,從價值屬性的角度對各裝備或鏈路面臨的威脅,根據(jù)其對FDNA能力節(jié)點的影響,綜合評價其對體系整體安全性的影響值,并在統(tǒng)一的權(quán)衡空間內(nèi)對不同威脅進行分析和比較。基于MATE的威脅評價理論包括基于效用理論的價值描述、基于表格分析法和HAZOP的威脅辨識、基于MATE的威脅評價等核心內(nèi)容。
【學(xué)位單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：E91;E92
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和問題
        1.1.1 武器裝備體系安全事件及啟示
        1.1.2 武器裝備體系安全性分析的難點
        1.1.3 問題和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 系統(tǒng)安全性模型發(fā)展
        1.2.2 體系安全性及相關(guān)方法
        1.2.3 武器裝備體系安全性及相關(guān)方法
        1.2.4 研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.3 論文研究內(nèi)容和創(chuàng)新點
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 組織結(jié)構(gòu)
        1.3.3 主要創(chuàng)新點
第二章 武器裝備體系安全性概念及分析框架研究
    2.1 武器裝備體系安全性基本概念
        2.1.1 武器裝備體系
        2.1.2 武器裝備體系安全性
        2.1.3 武器裝備體系安全性分析
        2.1.4 武器裝備體系安全性與系統(tǒng)安全性
    2.2 武器裝備體系安全問題的本質(zhì)
        2.2.1 武器裝備體系安全與涌現(xiàn)
        2.2.2 涌現(xiàn)與體系內(nèi)部交互關(guān)系
    2.3 武器裝備體系安全性分析框架
        2.3.1 現(xiàn)有方法的不足
        2.3.2 武器裝備體系安全性分析要求
        2.3.3 基于復(fù)雜交互網(wǎng)絡(luò)的分析框架
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于CNEA的武器裝備體系脆弱性分析
    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 面向拓撲結(jié)構(gòu)的武器裝備體系脆弱性分析
        3.2.1 節(jié)點重要度指標
        3.2.2 鏈路重要度指標
        3.2.3 拓撲脆弱性指標
    3.3 面向非拓撲因素的武器裝備體系脆弱性分析
        3.3.1 脆弱點重要度評價
        3.3.2 非拓撲脆弱性評價
    3.4 武器裝備體系脆弱性綜合分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于FDNA的武器裝備體系威脅分析模型
    4.1 基于FDNA-MATE的武器裝備體系威脅分析方法
    4.2 功能依賴網(wǎng)絡(luò)方法基礎(chǔ)
        4.2.1 功能依賴網(wǎng)絡(luò)的基本原理
        4.2.2 FDNA方法的應(yīng)用
        4.2.3 FDNA的適用性
        4.2.4 功能依賴網(wǎng)絡(luò)方法的不足
    4.3 功能依賴網(wǎng)絡(luò)的完善和擴展
        4.3.1 概念完善
        4.3.2 參數(shù)擴展
        4.3.3 環(huán)形依賴關(guān)系消除
        4.3.4 計算機輔助分析
    4.4 基于FDNA的建模過程
        4.4.1 明確武器裝備體系組成
        4.4.2 武器裝備體系關(guān)鍵能力分析
        4.4.3 系統(tǒng)間交互關(guān)系描述
        4.4.4 實體關(guān)聯(lián)模型轉(zhuǎn)化為FDNA模型
        4.4.5 建模示例
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于MATE的武器裝備體系威脅風(fēng)險評價
    5.1 分析框架
        5.1.1 定義價值屬性
        5.1.2 辨識單一威脅
        5.1.3 生成組合方式
        5.1.4 提出威脅評價指標
        5.1.5 建立系統(tǒng)模型
        5.1.6 計算威脅后果
        5.1.7 綜合評價和排序
    5.2 基于效用理論的價值描述
        5.2.1 明確使命任務(wù)
        5.2.2 確定利益相關(guān)者和決策者
        5.2.3 描述感興趣的屬性
        5.2.4 多屬性決策
    5.3 基于表格分析法和HAZOP的威脅辨識
        5.3.1 系統(tǒng)威脅辨識
        5.3.2 鏈路威脅辨識
        5.3.3 威脅篩選
    5.4 基于MATE的威脅評價分析
        5.4.1 威脅評價指標體系
        5.4.2 威脅評價方法
    5.5 本章小結(jié)
第六章 BMDS體系安全性分析示例
    6.1 BMDS概述
        6.1.1 BMDS基本組成和作戰(zhàn)過程
        6.1.2 BMDS分系統(tǒng)角色及交互關(guān)系
        6.1.3 BMDS體系結(jié)構(gòu)
        6.1.4 分析目的及假設(shè)
    6.2 基于CNEA的BMDS脆弱性分析
        6.2.1 面向拓撲結(jié)構(gòu)的脆弱性分析
        6.2.2 面向非拓撲結(jié)構(gòu)的脆弱性分析
        6.2.3 面向脆弱性的安全性綜合分析
    6.3 基于FDNA-MATE的BMDS威脅風(fēng)險分析
        6.3.1 基于FDNA的BMDS威脅分析模型
        6.3.2 基于MATE的BMDS威脅風(fēng)險分析
        6.3.3 對比分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 論文主要貢獻
    7.2 下一步研究展望
致謝
參考文獻
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果
附錄A 縮略語中英文對照表


本文編號：2842395