Redes interdependientes

El estudio de redes interdependientes es un subcampo de la ciencia de redes que se ocupa de los fenómenos causados ​​por las interacciones entre redes complejas. Aunque puede haber una amplia variedad de interacciones entre redes, la dependencia se centra en el escenario en el que los nodos de una red requieren el apoyo de los nodos de otra red.

Motivación para el modelo.

En la naturaleza, las redes rara vez aparecen de forma aislada. Por lo general, son elementos en sistemas más grandes y pueden tener efectos no triviales entre sí. Por ejemplo, las redes de infraestructura exhiben una gran interdependencia. Las centrales eléctricas que forman los nodos de la red eléctrica requieren que el combustible se entregue a través de una red de carreteras o tuberías y también se controlan a través de los nodos de la red de comunicaciones. Aunque la red de transporte no depende de la red eléctrica para funcionar, la red de comunicaciones sí. Por lo tanto, la desactivación de un número crítico de nodos en la red eléctrica o en la red de comunicación puede provocar una serie de fallas en cascada en todo el sistema con repercusiones potencialmente catastróficas. En particular, se afirmó que el apagón de Italia de 2003 fue el resultado de una interdependencia de este tipo entre la red de comunicaciones y la red eléctrica. Si las redes se consideraran de forma aislada, este importante efecto de retroalimentación no se vería y las predicciones sobre la solidez de la red se sobreestimarían en gran medida. Del mismo modo, dado que en muchos casos más de dos sistemas de infraestructura son interdependientes, la investigación también ha estudiado casos de múltiples redes interdependientes. Un aspecto importante a considerar en los sistemas de redes interdependientes es que tales interdependencias pueden no solo aumentar su vulnerabilidad debido a los efectos en cascada, sino que también juegan un papel fundamental en la forma en que se restauran estos sistemas.

Enlaces de dependencia

Los enlaces en una red estándar representan la conectividad y brindan información sobre cómo se puede llegar a un nodo desde otro. Los enlaces de dependencia representan una necesidad de soporte de un nodo a otro. Esta relación es a menudo, aunque no necesariamente, mutua y, por lo tanto, los vínculos pueden ser directos o no directos. Fundamentalmente, un nodo pierde su capacidad de funcionar tan pronto como el nodo del que depende deja de funcionar, mientras que puede no verse tan gravemente afectado por la pérdida de un nodo al que está conectado.

Comparación con sistemas de muchas partículas en física

En física estadística, las transiciones de fase solo pueden aparecer en muchos sistemas de partículas. Aunque las transiciones de fase son bien conocidas en la ciencia de redes, en redes individuales son solo de segundo orden. Con la introducción de la dependencia entre redes, surgen transiciones de primer orden. Este es un fenómeno nuevo y con profundas implicaciones para la ingeniería de sistemas. Cuando la disolución del sistema tiene lugar después de una degradación constante (aunque pronunciada) para las transiciones de segundo orden, la existencia de una transición de primer orden implica que el sistema puede pasar de un estado relativamente saludable al colapso completo sin previo aviso.

Ejemplos

• Redes de infraestructura. La red de centrales eléctricas depende de instrucciones de la red de comunicaciones que requieren energía ellas mismas. Otro ejemplo es la interdependencia entre los sistemas eléctricos y de gas natural. También se ha demostrado que existen interdependencias en la prestación de servicios (p. ej., atención médica, suministro de agua y combustible) en las redes de infraestructura compartida.
• Redes de transporte. Las redes de aeropuertos y puertos marítimos son interdependientes en el sentido de que en una ciudad determinada, la capacidad de funcionamiento del aeropuerto de esa ciudad depende de los recursos obtenidos del puerto marítimo o viceversa.
• Redes de proteínas. Un proceso biológico regulado por varias proteínas a menudo se representa como una red. Dado que las mismas proteínas participan en diferentes procesos, las redes son interdependientes.
• Redes ecológicas. Las redes alimentarias construidas a partir de especies que dependen unas de otras son interdependientes cuando la misma especie participa en diferentes redes.