Störungsanfälligkeit gegenseitig abhängiger Infrastrukturnetzwerke

Forschung: Unser gesellschaftliches System ist abhängig vom Funktionieren einer Vielzahl von Netzwerken. Einige dieser Netze befinden sich in einer gegenseitigen Abhängigkeit, was ihre Anfälligkeit für Störungen erhöht. Ein Beispiel aus der jüngeren Vergangenheit ist der landesweite Stromausfall in Italien im September 2003. Die Zeitschrift Nature hat sich jüngst in zwei Artikeln mit der Versagenswahrscheinlichkeit solcher abhängiger Netzwerke beschäftigt [Nature 2010 (464) 984 f. und 1025 ff.].

Einrichtungen der kritischen Infrastruktur sind häufig in ihrer Funktion gegenseitig abhängig. Ausfall von Teilen eines Netzwerks führt so auch zu Ausfällen im anderen Netzwerk und umgekehrt. Beispiele hierfür sind die Notwendigkeit des Transports von Menschen, Materialien oder Energie von einem Netzwerk in das andere (etwa Störung der Arbeitswelt bei Ausfällen der U-Bahn in Großstädten), der Austausch von Informationen zwischen Netzwerken (Telefonie über das Internet) oder geographische Abhängigkeiten bei räumlicher Nähe von Knotenpunkten verschiedener Netzwerke.

Am 28. September 2003 etwa führte der Ausfall einer Trafostation in Italien zu lokalen Ausfällen der Internetverbindung. Da das Stromnetz in Italien über das Interent gesteuert wird führte dessen Ausfall zu weiteren Abschaltungen im Stromnetz und leitete eine Kasakde ein welche letztlich zu einem Stromausfall in fast ganz Italien führte.

In der Wissenschaftszeitschrift Nature haben Autoren jetzt ein mathematisches Model zur Simulation von Störungen in gegenseitig abhängigen Netzwerken entwickelt (Nature 2010 (464) 1025-1028) und diskutiert (Nature 2010 (464) 984-985). Hierbei hat sich gezeigt, das in abhängigen Netzwerken bereits weniger Knotenpunktausfälle zu einem Kollaps des gesamten Netzwerks führen als bei funktionell isolierten Netzwerken.