网络系统可存活性理论的扩展及实证研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    71473243
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    G0409.公共安全与应急管理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The concept of survivability originated from the study of military survivability and nuclear deterrence strategy in the 1960s, but the currently prevalent survivability analysis and survivable network systems rapidly emerged in the last decade are near a total new scientific theory and engineering discipline, except that they preserve a core idea of survivability. The core idea is that survivable system must survive catastrophic events by either preserving critical functionalities (resistance) or quickly recover from the loss of critical functionalities (resilience). The technology and social background for the paradigms to emerge was that starting in 1990s, computer networks increasingly control a nation's critical infrastructures, whose incapacity or destruction would have a debilitating impact on defense or economic security. It was initiated as a research initiative to implement an Executive Order of the US President George Bush on the protection of critical national infrastructures in 1999, which specified 7 categories of critical infrastructures, including emergency services and continuity of government services. Since 1999, multiple US Presidents' executive orders, related to this agenda, have been issued. In recent years, research on survivability has penetrated into and also draw from other relevant fields in computer science and engineering, most notably, security, reliability, dependability, and safety. Essentially, in the US, survivability is the civilian version of information warfare or defensive information warfare. Nevertheless, there have been few significant advances in quantitative research on survivability due to its necessity in dealing with potentially drastic uncertainties such as human malicious acts. In his 2008 dissertation, Ma (2008) introduced a few novel concepts, mathematical methods, and the strategies for designing and managing survivable network systems, including UUUR (uncertain, latent, unobserved, and unobservable risks), Byzantine generals 'playing' evolutionary game, dynamic hybrid fault models, three-layer survivability, and extended evolutionary game theory. In the last few years, the work has been extended into a general modeling and simulation architecture that can be applied to the study of complex engineering, biological (ecological), and social systems, where the risk analysis and management are a core issue. The overall goal of the proposed project is to extend the results derived from Ma et al's works (2008-2011, about 20 publications in premier platforms) by harnessing the latest advances in network science, and further implement the resulted advances in a cloud computing platform. The research is expected to generate significant theoretical and technological ramifications including survivable, cloud-computing supported emergency response and management systems.
可存活性概念起源于上世纪冷战时期对军事可存活性以及核威慑战略的研究。 现今的可存活性理论虽然仍保留了军事可存活性一些核心概念,本质则是近20年来迅速发展起来的、以计算机网络为核心的、近乎全新的科学理论。 可存活性最核心概念,也是区别于其它相关概念(可靠性、可信性、安全性等)之处在于: 可存活系统必须在遭受毁灭性打击或灾难发生后依然保持或迅速恢复其核心机能。 国际间美国布什当局于1999年颁布了关于保护"应急服务""政府连续性"等7七大国家关键设施的总统政令。可存活性理论和可存活网络系统工程研究则是学术界对该政令的回应。本项目旨在扩展深化网络可存活性理论, 并通过开发必要技术在云计算环境下实证其理论扩展。重心之一是将申请人在可存活性领域的最新研究进展与复杂网络科学相结合。项目预期成果将为未来"国家经济安全关键设施保护",例如"云计算支撑的可存活应急管理系统"提供坚实的理论基础和核心技术原型。

结项摘要

本项目旨在扩展网络可靠性、可存活性、和稳定性理论, 并通过开发必要技术和软件将其应用于现实复杂系统。重心(也是特色)之一是将主持人在可存活性领域先前的创新研究与复杂网络科学相结合,研发出了一系列全新的网络分析概念、理论和技术,并开展应用示范研究。重心之二是采用了人类基因(宏基因)大数据验证其理论和技术,并探索人体菌群生态系统网络稳定性及其与疾病关系。下面列举部分重要成果:.(1)完成专著《Reliability, Survivability and Resilience: A Unified Theoretical Approach with Applications to Network, Engineering, and Socioeconomic Systems》已经与德国Springer签订出版合同。(2)提出复杂网络“Trio motif”(三角主题)的概念,并提出12个能够代表网络特征的三角主题,开发出了用于搜寻这些三角主题的软件。其发明专利已正式受理。(3)复杂网络“P/N Ratio”正负比率的概念、计算方法和软件, 其发明专利正式受理。(4)提出复杂网络“Dominance”新概念和数学模型,并开发出分析计算软件。 该成果发表在美国生态学会旗舰期刊Ecological Monographs》 SCI影响因子=9.9; 其发明专利正式受理。(5)提出基于云计算、可存活性为中心的应急管理系统设计,其论文 “A Survivability-Centered Research Agenda for Cloud Computing Supported Emergency Response and Management Systems”发表在IEEE-AIAA会议。(6)发表SCI论文20篇,累计影响因子85,单篇平均影响因子4.2。(7)受理发明专利12项。(8)三款大型软件:DBG2OLC, Sparc, HPTree.[1] DBG2OLC https://sites.google.com/site/dbg2olc/ .[2] Sparc https://sourceforge.net/projects/sparc-consensus/ .[3] HPTree http://lab.malab.cn/soft/HPtree/

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(4)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(13)
Diversity time-period and diversity-time-area relationships exemplified by the human microbiome.
以人类微生物组为例的多样性时间周期和多样性时间区域关系
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-24881-3
  • 发表时间:
    2018-05-08
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ma ZS
  • 通讯作者:
    Ma ZS
Trios-promising in silico biomarkers for differentiating the effect of disease on the human microbiome network
Trios 在计算机生物标志物中有望区分疾病对人类微生物组网络的影响
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-12959-3
  • 发表时间:
    2017-10-16
  • 期刊:
    SCIENTIFIC REPORTS
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ma, Zhanshan (Sam);Ye, Dandan
  • 通讯作者:
    Ye, Dandan
Sparc: a sparsity-based consensus algorithm for long erroneous sequencing reads.
Sparc:一种基于稀疏性的长错误测序读取共识算法
  • DOI:
    10.7717/peerj.2016
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    PeerJ
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Ye C;Ma ZS
  • 通讯作者:
    Ma ZS
Dominance network analysis provides a new framework for studying the diversity-stability relationship
优势网络分析为研究多样性-稳定性关系提供了新的框架
  • DOI:
    10.1002/ecm.1358
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    ECOLOGICAL MONOGRAPHS
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Ma, Zhanshan (Sam);Ellison, Aaron M.
  • 通讯作者:
    Ellison, Aaron M.
Quantifying the human vaginal community state types (CSTs) with the species specificity index.
使用物种特异性指数量化人类阴道群落状态类型 (CST)
  • DOI:
    10.7717/peerj.3366
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    PeerJ
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Ma ZS;Li L
  • 通讯作者:
    Li L

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其他文献

基于仿射传播聚类的富模型降维方法
  • DOI:
    10.15961/j.jsuese.2016.02.013
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    四川大学学报(工程科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张敏情;马占山;刘佳;李军
  • 通讯作者:
    李军
蚁群聚类算法在隐写分析中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机应用研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马占山;张敏情;钮可;苏光伟
  • 通讯作者:
    苏光伟
云探测卫星CloudSat
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    气象
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘奇俊;谌芸;秦琰琰;马占山
  • 通讯作者:
    马占山
人类母乳微生物菌群的生态学分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    关琼;马占山
  • 通讯作者:
    马占山
GRAPES全球模式次网格对流过程对云预报的影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    气象学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谭超;刘奇俊;马占山
  • 通讯作者:
    马占山

其他文献

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马占山的其他基金

防疫预测决策的进化博弈等模型与可存活性理论评估
  • 批准号:
    72274192
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    45 万元
  • 项目类别:
    面上项目
菌群多样性与疾病关系的生态机制及病因研究
  • 批准号:
    31970116
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
生态“舞台”与进化计算“演出”:用进化生态学原理和机制扩展进化计算
  • 批准号:
    61175071
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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