Safety analysis of interdependent critical infrastructure networks

• Autorzy: Blokus A. , Dziula P.

Identyfikatory

DOI

10.12716/1001.13.04.10

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Certain critical infrastructure networks show some interconnections, relations and interactions with other ones, most frequently when located and operating within particular areas. Failures arising within one critical infrastructure network, can then negatively impact not only on associated systems, societies and natural environment, but also on mutual critical infrastructure networks. Therefore, interdependent critical infrastructure networks can be determined as network of critical infrastructure networks (network of networks approach). The paper presents safety analysis of the network of critical infrastructure networks, taking into account interconnections, relations and interactions between particular ones. Critical infrastructures networks as multistate systems are considered, by distinguishing subsets of no-hazards safety states, and crisis situation states, and by analysing transitions between particular ones. Issues introduced in the article are based on the assumption that one key critical infrastructure network impacts on functioning of other critical infrastructure networks - can reduce their functionality and change level of their safety and inoperability, furthermore, other networks can impact each other, too. Safety characteristics of network of critical infrastructure networks: safety function, mean values and standard deviations of lifetimes in particular safety state subsets, are determined, taking into account interdependencies between particular networks. The results are related to various values of coefficients defining the significance of influence of interdependencies among networks.

Słowa kluczowe

EN

critical infrastructure; safety analysis; interdependent critical infrastructure networks; critical infrastructure network; safety characteristics; random interdependency matrix; critical infrastructure system; multilayer infrastructure network framework

• Wydawca: Faculty of Navigation, Gdynia Maritime University
• Czasopismo: TransNav : International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 13. no. 4
• Strony: 781--787
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Blokus A.

• Gdynia Maritime University, Gdynia, Poland

autor

Dziula P.

• Gdynia Maritime University, Gdynia, Poland

Bibliografia

• 1. Blokus‐Roszkowska, A. & Dziula, P. 2015. An approach to  identification  of  critical  infrastructure  systems.  In  T.  Simos,  Ch.  Tsitouras  (eds.),  ICNAAM  2015.  AIP Conf.  Proc. 1738. Rhodes: AIP Publishing, pp. 440006.10‐13.
• 2. Blokus‐Roszkowska, A., Dziula, P. & Kołowrocki, K. 2018.  Safety and resilience of Global Baltic Network of Critical  Infrastructure  Networks  related  to  cascading  effects. Journal of Polish Safety and Reliability Association, Summer  Safety and Reliability Seminars, Vol. 9, no 2, pp. 79‐86.
• 3. Blokus‐Roszkowska, A. & Kołowrocki, K. 2017. Modelling  safety of interconnected critical infrastructure network  cascading.  Journal  of  Polish  Safety  and  Reliability  Association,  Special  Issue  on  EU‐CIRCLE  Project  Critical  Infrastructure  Impact  Models  for  Operation  Threats  and  Climate Hazards, Part 1, Critical Infrastructure Connections,  Vol. 8, no 3, pp. 97‐114.
• 4. Bloomfield,  R.,  Popov,  P.,  Salako,  K.,  Stankovic,  V.  &  Wright, D. 2017. Preliminary interdependency analysis:  An  approach  to  support  critical‐infrastructure  riskassessment. Reliability Engineering & System Safety, Vol.  167, Elsevier, pp. 198‐217. 
• 5. Dudenhoeffer, D., Permann, M. & Manic, M. 2006. CIMS: a  framework  for  infrastructure  interdependency  modelling and analysis. In L. Felipe Perrone, Barry G.  Lawson,  Jason  Liu,  Frederick  P.  Wieland  (eds.),  Proceedings  of  the  2006  winter  simulation  conference,  Monterey: ACM Digital Library, pp. 478–485. 
• 6. Dziula, P. & Kołowrocki, K. 2017a. Modelling the operation  process  of  Global  Baltic  Network  of  Critical  Infrastructure Networks. In Marko Cepin, Radim Bris  (eds.),  Safety  and  Reliability.  Theory  and  Applications:  ESREL  2017.  London:  CRC  Press/Balkema,  pp.  24452451.
• 7. Dziula,  P.  &  Kołowrocki,  K.  2017b.  Modelling  safety  of  Global  Baltic  Network  of  Critical  Infrastructure  Networks.  Journal  of  Polish  Safety  and  Reliability  Association, Summer Safety and Reliability Seminars, Vol. 8,  no 3, pp. 73‐98. 
• 8. Dziula,  P.,  Kołowrocki,  K.  &  Rosiński,  A.  2015.  Issues  concerning  identification  of  critical  infrastructure  systems within the Baltic Sea area. In Luca Podofillini,  Bruno  Sudret,  Bozidar  Stojadinovic,  Enrico  Zio,  Wolfgang Kröger (eds.), Safety and Reliability of Complex  Engineered  Systems:  ESREL  2015.  Leiden:  CRC  Press/Balkema, pp. 119‐126.
• 9. Huang,  C.,  Liou,  J.  &  Chuang,  Y.  2014.  A  method  for  exploring  the  interdependencies  and  importance  of  critical infrastructures. Knowledge‐Based Systems, Vol. 55,  pp. 66‐74.
• 10. Kołowrocki,  K.  2014.  Reliability  of  Large  and  Complex  Systems. London: Elsevier, 2014. 
• 11. Lazari,  A.  2014.  European  Critical  Infrastructure  Protection.  Cham: Springer. 
• 12. Lee,  E.,  Mitchell,  J.  &  Wallace,  W.  2007.  Restoration  of  services  in  interdependent  infrastructure  systems:  a  network flows approach. IEEE Transactions on systems,  Man, and Cybernetics — part C: Application and Reviews,  Vol. 37(6), pp. 1303–1317.
• 13. Nagurney,  A.  &  Qiang,  Q.  2008.  A  network  efficiency  measure  with  application  to  critical  infrastructure  networks. Journal of Global Optimization, Vol. 40, Springer,  pp. 261–275. 
• 14. Ouyang, M. 2014. Review on modelling and simulation of  interdependent critical infrastructure systems. Reliability  Engineering & System Safety, Vol. 121, pp. 43‐60.
• 15. Reed, D., Kapur, K. & Christie R. 2009. Methodology for  Assessing  the  Resilience  of  Networked  Infrastructure.  IEEE Systems Journal, Vol. 3, no. 2, pp. 174‐180. 
• 16. Rinaldi,  S.,  Peerenboom,  J.  &  Kelly,  T.  2001.  Identifying,  Understanding,  and  Analysing  Critical  Infrastructure  Interdependencies. IEEE Control Systems Magazine 21(6),  pp. 11‐25. 
• 17. Rueda, D. & Calle, E. 2017. Using interdependency matrices  to mitigate targeted attacks on interdependent networks:  A  case  study  involving  a  power  grid  and  backbone  telecommunications  networks.  International  Journal  of  Critical Infrastructure Protection, Vol. 16, Elsevier, pp. 312. 
• 18. Utne, I.B., Hokstad, P. & Vatn, J. 2011. A method for risk  modeling of interdependencies in critical infrastructures.  Reliability Engineering & System Safety, Vol. 96, Issue 6, pp.  671‐678.
• 19. Wallace, W., Mendonca, D., Lee, E., Mitchell, J. & Wallace, J.  2003.  Managing  disruptions  to  critical  interdependent  infrastructures in the context of the 2001 World Trade  Center attack. In Monday J. (ed.), Beyond September 11th:  an  account  of  post‐disaster  research,  University  of  Colorado, pp. 165–198.
• 20. Yusta,  J.,  Correa,  G.  &  Lacal‐Arantegui,  R.  2011.  Methodologies  and  applications  for  critical  infrastructure protection: State‐of‐the‐art. Energy Policy,  Vol. 39, Issue 10, pp. 6100‐6119. 
• 21. Zhang,  P.  &  Peeta,  S.  2011.  A  generalized  modeling  framework  to  analyze  interdependencies  among  infrastructure  systems.  Transportation  Research  part  B:  Methodological, Vol. 45(3), Elsevier, pp. 553–579. 
• 22. Zimmerman, R. 2001. Social implications of infrastructure  network interactions. Journal of Urban Technology, Vol. 8,  pp. 97–119.