Interberoende nätverk

Studiet av ömsesidigt beroende nätverk är ett delområde av nätverksvetenskap som behandlar fenomen som orsakas av interaktioner mellan komplexa nätverk . Även om det kan finnas en mängd olika interaktioner mellan nätverk, fokuserar beroende på scenariot där noderna i ett nätverk kräver stöd från noder i ett annat nätverk.

Motivation för modellen

I naturen uppträder nätverk sällan isolerade. De är vanligtvis element i större system och kan ha icke-triviala effekter på varandra. Till exempel uppvisar infrastrukturnätverk i hög grad ömsesidigt beroende. Kraftverken som utgör elnätets noder kräver bränsle levererat via ett nätverk av vägar eller rör och styrs även via kommunikationsnätets noder. Även om transportnätverket inte är beroende av kraftnätet för att fungera, gör kommunikationsnätverket det. Således kan avaktiveringen av ett kritiskt antal noder i antingen kraftnätet eller kommunikationsnätverket leda till en serie kaskadfel över systemet med potentiellt katastrofala följder. Om de två nätverken behandlades isolerat skulle denna viktiga återkopplingseffekt inte ses och förutsägelser om nätverkets robusthet skulle kraftigt överskattas.

Beroende länkar

Länkar i ett standardnätverk representerar anslutning och ger information om hur en nod kan nås från en annan. Beroendelänkar representerar ett behov av stöd från en nod till en annan. Detta förhållande är ofta, men inte nödvändigtvis, ömsesidigt och därför kan länkarna vara riktade eller oriktade. Avgörande är att en nod förlorar sin förmåga att fungera så snart den nod den är beroende av upphör att fungera samtidigt som den kanske inte påverkas så allvarligt av att förlora en nod som den är ansluten till.

Jämförelse med många partikelsystem inom fysiken

Inom statistisk fysik kan fasövergångar endast förekomma i många partikelsystem . Även om fasövergångar är välkända inom nätverksvetenskap, är de i enstaka nätverk endast av andra ordningen. Med introduktionen av internetarbete uppstår första ordningens övergångar. Detta är ett nytt fenomen och ett med djupgående konsekvenser för systemteknik. Där systemupplösning sker efter en stadig (om brant) nedbrytning för andra ordningens övergångar, innebär förekomsten av en första ordningens övergång att systemet kan gå från ett relativt friskt tillstånd till fullständig kollaps utan avancerad varning.

Exempel

Infrastrukturnätverk . Nätet av kraftverk beror på instruktioner från kommunikationsnätet som själva kräver ström. Ett annat exempel är det ömsesidiga beroendet mellan el- och naturgassystem
Transportnätverk . Nätverken av flygplatser och hamnar är beroende av varandra på så sätt att i en given stad är den stadens flygplats förmåga att fungera beroende av resurser som erhålls från hamnen eller vice versa.
Proteinnätverk . En biologisk process som regleras av ett antal proteiner representeras ofta som ett nätverk . Eftersom samma proteiner deltar i olika processer är nätverken beroende av varandra.
Ekologiska nätverk . Näringsvävar konstruerade av arter som är beroende av varandra är beroende av varandra när samma art deltar i olika nät.
Klimatnätverk . Rumsliga mätningar av olika klimatologiska variabler definierar ett nätverk. De nätverk som definieras av olika uppsättningar av variabler är beroende av varandra.

Se även