Network Science CTA

Network Science Collaborative Technology Alliance (NS CTA) är en kollaborativ forskningsallians som finansieras av US Army Research Laboratory (ARL) och fokuserar på grundforskning om de kritiska vetenskapliga och tekniska utmaningarna som uppstår ur det nära ömsesidiga beroendet av flera genrer av nätverk som t.ex. sociala/kognitiva, informations- och kommunikationsnätverk. Det primära målet med NS CTA är att på djupet förstå de underliggande likheterna mellan dessa sammanflätade nätverk, och genom att förstå, förbättra vår förmåga att analysera, förutsäga, designa och påverka komplexa system som sammanväver många typer av nätverk.

Denna framväxande forskningsdomän, kallad nätverksvetenskap , har också potentialen att påskynda förståelsen av varje genre av nätverk genom korsbefruktning av insikter, teorier, algoritmer och tillvägagångssätt och genom att utöka sina studier till multigenrens större sammanhang (eller sammansatta ) nätverksmiljöer inom vilka var och en måste agera.

NS CTA är en allians mellan ARL, andra statliga forskare och ett konsortium av fyra forskningscentra: ett akademiskt forskningscenter (ARC) fokuserat på sociala/kognitiva nätverk (SCNARC), ett ARC fokuserat på informationsnätverk (INARC), ett ARC fokuserat på kommunikationsnätverk (CNARC), och ett Interdisciplinary Research Center (IRC) fokuserat på tvärvetenskaplig forskning och teknologiövergång. Sammantaget omfattar dessa centra ungefär hundra forskare på doktorandnivå från ett 30-tal universitet och industriella forskningslabb, engagerade med lika många doktorander och praktikanter. Alliansen förenar forskning över organisationer och forskningsdiscipliner för att ta itu med de kritiska tekniska utmaningar som armén står inför i en värld där alla uppdrag är inbäddade i och beror på många genrer av nätverk. Den förväntade effekten av dess transdisciplinära forskning inkluderar kraftigt förbättrade mänskliga prestationer för nätverksinbäddade uppdrag och kraftigt förbättrad hastighet och precision för komplexa militära operationer. Utöver detta viktiga fokus förväntas dess forskning också påskynda räckvidden och djupet av vår förståelse av de sammanvävda nätverk som så djupt påverkar alla våra liv.

Alliansen bedriver tvärvetenskaplig forskning inom nätverksvetenskap och överför resultaten av denna grundläggande forskning för att ta itu med de tekniska utmaningarna med nätverksinbäddade arméoperationer. Forskningsprogrammet NS CTA utnyttjar intellektuella synergier över sina discipliner genom att parallellt förena grundläggande och tillämpad nätverksvetenskaplig forskning. Det driver den synergistiska kombinationen av dessa tekniska områden för nätverkscentrerade och nätverksmöjliggörande förmågor till stöd för alla uppdrag som krävs av dagens militära styrkor, inklusive humanitärt stöd, fredsbevarande och stridsoperationer i alla typer av terräng, men särskilt i komplexa och urbana inställningar. Det stöder och stimulerar också tillämpningar med dubbla användningsområden av denna forskning och den resulterande tekniken för att gynna kommersiell användning.

Som en kritisk del av detta program har alliansen skapat en forskningsanläggning för nätverksvetenskap i Cambridge, MA, samt delat distribuerade experimentella resurser i hela alliansen. NS CTA betjänar också arméns tekniska behov genom en utbildningskomponent, som verkar för att öka poolen av nätverksvetenskaplig expertis i armén och nationen samtidigt som den ger större medvetenhet om arméns tekniska utmaningar till det akademiska och industriella nätverksvetenskapliga forskningssamhället. I samband med NS CTA-forskningsprogrammet finns det en separat teknologiövergångskomponent som tillhandahåller ett avtalsenligt medel för andra organisationer att finansiera arbete fokuserat på att omvandla vetenskapliga och tekniska framsteg till mer specifika tillämpningar.

Forskningsprojekt i NS CTA är designade, mycket samarbetsvilliga och multidisciplinära, oavsett om de är baserade i ett av de tre akademiska forskningscentrumen, det tvärvetenskapliga forskningscentret eller ett av de två tvärgående forskningsinitiativen (CCRI ) .

Kärnforskningsprogram

Communication Networks Academic Research Center (CNARC)

CNARC:s forskning är inriktad på att karakterisera komplexa kommunikationsnätverk, såsom de som används för nätverkscentrerad krigföring och operationer, så att deras beteende kan förutsägas korrekt och nätverk kan konfigureras för optimal informationsdelning och insamling. I synnerhet kommer CNARC att fokusera på att karakterisera och kontrollera den operativa informationsinnehållskapaciteten (OICC) i ett taktiskt nätverk. OICC är en funktion av kvaliteten och mängden information som levereras till beslutsfattare. Detta inkluderar dataleverans och säkerhetsegenskaper för nätverket. Det är alltså väldigt annorlunda än andra mått på nätverkskapacitet som traditionellt modelleras. I huvudsak behandlar CNARC-modellerna nätverket som en informationskälla.


Information Networks Academic Research Center (INARC)

INARC syftar till att utveckla den informationsnätverksteknik som krävs för att förbättra den amerikanska arméns kapacitet och förse användare med pålitlig och handlingsbar intelligens över hela spektrumet av nätverkscentrerade operationer. INARC kommer systematiskt att utveckla grunden, metoderna, algoritmerna och implementeringarna som behövs för effektiva, skalbara, hierarkiska och viktigast av allt, dynamiska och motståndskraftiga informationsnätverk för militära tillämpningar. Centret fokuserar på distribuerad och realtidsdataintegration och informationsfusion; Skalbart, människocentrerat informationsnätverkssystem; och kunskapsupptäckt i informationsnätverk.


Sociala/kognitiva nätverk Academic Research Center (SCNARC)

Den moderna militären behöver i allt högre grad förlita sig på bottom-up-nätverksprocesser, jämfört med top-down hierarkiska processer. Hur påverkar mönstret av interaktioner inom en militär enhet utförandet av uppgifter? Vilka typer av band utanför armén är nödvändiga för framgång? Hur kan vi använda massiva dataströmmar för att upptäcka motståndskraftiga nätverk? Hur kan ett socialt och kognitivt nätverk snabbt utvinna den mest meningsfulla informationen för soldaten och beslutsfattare som är användbar i alla aspekter av deras operationer från att stödja humanitära operationer till tvångsskydd och fullständiga stridsoperationer? Det här är bara ett urval av nätverksrelaterade frågor som 2000-talets armé måste brottas med. Centrets långsiktiga mål är att främja den vetenskapliga förståelsen av hur de sociala nätverken bildas, fungerar och utvecklas och hur de påverkar funktionen hos stora, komplexa organisationer såsom armén; hur motståndarnätverk gömda i stora sociala nätverk kan upptäckas, övervakas eller upplösas; och hur mänsklig kognition styr och påverkas av nätverkscentrerade interaktioner. SCNARC kommer att bedriva forskning för att få en grundläggande förståelse för den underliggande teorin, samt skapa vetenskapliga grunder för modellering, simulering, mätningar, analys, förutsägelse och påverkan av sociala/kognitiva nätverk och deras inverkan på den amerikanska armén.


Interdisciplinary Research Center (IRC)

IRC är fokuserat på att utföra tvärvetenskaplig forskning (både grundläggande och tillämpad) som spänner över intressen i alliansen och leder till tvärgående insikter om nätverksvetenskap och innovativ teknologi. IRC omvandlar grundforskning från hela konsortiet (dess eget och ARCs) till tillämpad forskning, och främjar, genom Technology Transition-komponenten, den snabba övergången av teknologi för att möta de specifika behoven hos en nätverkscentrerad armé. IRC leder utbildningskomponenten som ett samarbetsprogram över alla fyra centra. IRC driver också NS CTA-anläggningen, som stöder och koordinerar distribuerad samarbetsforskning och experiment.

Programmatiskt är IRC ledare för konsortiet, både intellektuellt (ansvarig för att fastställa forskningsriktningar för de fyra centran för att säkerställa att forskningen fokuseras på grundläggande nätverksvetenskapliga frågor som är relevanta för nätverkscentrerade operationer och arméns uppdrag) och administrativt ( ansvarig för ekonomisk förvaltning och för att följa och rapportera om konsortiets arbete).


Cross-Cutting Research Issues (CCRI)

Utöver kärnforskningen undersöker NS CTA två forskningsfrågor som i grunden går över genrer för sociala/kognitiva, informations- och kommunikationsnätverk.

Förtroende för distribuerat beslutsfattande

Målet med Trust CCRI är att förbättra arméns distribuerade beslutsfattande förmåga i samband med nätverkscentrerade operationer, i synnerhet för oregelbunden krigföring och upprorsbekämpning genom att förstå den roll förtroende spelar i sammansatta nätverk som består av stora system med komplexa interaktioner mellan kommunikation, information och sociala/kognitiva nätverk. För att öka komplexiteten kan förtroende i sig vara mycket dynamiskt med enkel- och dubbelriktade relationer som bildas, anpassas och upplöses vid flera tidsskalor. Vårt arbete tar direkt upp denna dynamik från spridning och iscensättning av data i nätverket för att stödja upprättandet av förtroende och återkallande av nätverksprivilegier eller användning i situationer av misstroende.

Förtroende är kontextuellt, och graden av förtroende i en relation kan direkt relatera till faktorer som finns i varje nätverkstyp. Upprorsbekämpning och oregelbunden krigföring ställer betydande krav på tillförlitligt taktiskt beslutsfattande, eftersom hur många sociala och kulturella faktorer som helst kan påverka relationerna med lokalbefolkningen och statliga tjänstemän. Vårt arbete med att utveckla modeller för förtroende i sammansatta nätverk kommer att identifiera dessa faktorer och utveckla förtroendemått än att exponera nytta kontra risk i specifika handlingssätt.

Förtroende är också en viktig faktor för hur soldater uppfattar och agerar utifrån information som tillhandahålls genom taktiska informationssystem. Vårt arbete med att utveckla kognitiva modeller för tillit vid gränssnittet människa-maskin (HMI), modeller för bekräftelse för att disambiguera data och användningen av argumentation som en mekanism för att stödja automatiserade förtroenderesonemang kommer direkt att påverka hur vi bygger tillförlitliga system för att förmedla information till krigskämpen.

Evolving Dynamic Integrated Networks (EDIN)

Målet med EDIN CCRI är att utveckla lämpliga matematiska representationer och modeller av dynamiska, sammansatta nätverk sammansatta av sociala, informations- och kommunikationsnätverk; och att etablera teorier för att analysera deras beteende och förutsäga utvecklingen av specifika egenskaper hos sådana nätverk över tiden. Målet med ett taktiskt nätverk kan ses som att leverera rätt information vid rätt tidpunkt till rätt användare (personer, applikationer och system) för att möjliggöra snabba och korrekta beslutsfattande och därmed uppdragsframgång. Det taktiska nätverket består av flera interagerande nätverk: kommunikationsnätverk, informationsnätverk, kommando-och-kontroll och andra sociala nätverk. Att förstå strukturen av komponentnätverken och dynamiken däri, och av de dynamiska interaktionerna mellan dessa nätverk är avgörande för utformningen av robusta tvärvetenskapliga (eller sammansatta1) nätverk vilket är ett av de primära målen för NS CTA-programmet.

Det övergripande tillvägagångssättet i EDIN är att matematiskt karakterisera de rika interaktionerna mellan sammansatta nätverk (som kan omfatta flera nätverk med olika nivåer av koppling mellan dem), och dynamiken som uppstår inom varje nätverk eller över nätverk. Exempel på viktiga tekniska tillvägagångssätt inom EDIN inkluderar utvecklingen av formella modeller för resonemang kring interagerande nätverk; utveckling av en teori om sammansatta grafer för modellering av interagerande nätverk; modellering och analys av gruppbeteenden med tekniker som sträcker sig bortom traditionell grafteori; utveckling av community discovery algoritmer; karakterisering av tidsdiagramegenskaper; utveckling av matematiskt följbara taktiska mobilitetsmodeller; utveckling av teorier om samevolution av interagerande nätverk, etc.

Att modellera utvecklingen och dynamiken i ett nätverk innebär att förstå både de strukturella egenskaperna hos dynamiska nätverk och att förstå dynamiken i processer (eller beteenden) av intresse inbäddade i nätverket. Vanligtvis påverkar dynamiken i nätverksstrukturen vissa processer (t.ex. hur information sprids genom nätverket); men samtidigt kan dynamiken i processer (eller beteenden) resultera i förändringar av nätverksstrukturer. Att få en grundläggande förståelse för sådana relationer under flera typer av nätverksdynamik är därför av yttersta vikt för att få betydande insikter i beteendet och utvecklingen av komplexa militära nätverk såväl som kontradiktoriska nätverk. EDIN kommer också att undersöka en viss typ av nätverksdynamik, dvs mobilitet (inte bara för kommunikationsenheter utan även för människor, information etc.), vilket är särskilt viktigt i militära nätverkssammanhang.

Deltagande institutioner i alliansen

Det finns cirka 30 institutioner (universitet och industriella FoU-labb) involverade i NS CTA.

NS CTA-anläggningen

BBN Technologies campus .

Anteckningar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Network_Science_CTA&oldid=887170293 "