Evaluation of infrastructure network resilience using adaptive capacity

Abstract

지난 수 십 년간, 사회기반시설들이 재난 또는 테러의 위협을 받음에 따라 시스템의 회복탄력성(Resilience)을 증대시키고자 하는 연구는 중요하게 다뤄져 왔다. 전기, 물, 교통과 같은 중요 사회기반시설들은 우리 생활에 밀접한 관련이 있기 때문에 신뢰할 수 있는 시스템으로서 언제나 일정 수준 이상의 서비스를 제공 할 수 있어야 한다. 이 논문은 중요한 교통 수단 중 하나인 항공 네트워크를 예제로 네트워크의 회복탄력성을 평가하는 방법을 제시하고자 한다. 항공 네트워크는 대표적인 척도 없는 네트워크(Scale-free network)의 한 예로써, 많은 연결을 독점하는 소수의 허브가 존재한다. 이러한 네트워크는 무작위적인 에러에는 강하지만 허브에 가해지는 인위적인 공격에는 취약한 특성을 지닌다. 그 동안 많은 연구들이 노드의 취약성(Vulnerability)을 측정하고 네트워크의 견고성(Robustness)을 평가 해 왔지만, 이전 연구들은 네트워크의 성능 수준(Performance level)을 측정하는 데 있어 노드의 용량(Node capacity)을 고려하지 못했다. 이 논문에서는 각 노드가 실제 평면상에 존재하고 각각의 용량을 갖고 있는 네트워크에 집중하여 네트워크 적응능력(Adaptive capacity)을 측정 함으로써 시스템의 회복탄력성을 수치화 할 것이다. 이 논문이 제안하는 지수들은 공격당한 노드의 일을 주변 노드들이 얼마나 잘 대체할 수 있는지 수치화를 통해 네트워크의 적응능력을 나타낸다. 이 연구는 미국 연방항공청의 공개자료를 이용하여 시뮬레이션을 구축하고 미국 항공 네트워크의 회복탄력성을 평가하고자 한다. 시뮬레이션은 네트워크의 적응능력을 측정하기 위해 노드에 가해지는 개별 공격과 연속적인 공격 상황 두 부분으로 나뉜다. 시뮬레이션 결과를 분석하여 적응성이 적은 취약한 노드를 식별하고, 연속되는 공격에 회복탄력성이 붕괴되는 지역별 국부 네트워크를 찾아 낼 것이다. 결과적으로, 이 연구는 네트워크의 회복탄력성을 진단하고 향후 회복탄력성을 강화시키는 기반을 마련할 수 있을 것이다.