关键基础设施网络是现代社会繁荣与发展的基石，其安全运行对于社会的稳定、国家的安全具有重要意义。然而，关键基础设施网络的安全稳定运行面临诸多挑战：自然灾害频发，人为失误和恶意操作不可避免，通过网络损毁物理实体成为可能，以上诸多因素使得关键基础设施网络中部分组件的失效不可避免。同时，网络的融合带来了级联失效的风险，单个组件的失效可能导致整个网络的崩溃。鲁棒性，一般定义为失效或恶意攻击下的生存能力，是衡量关键基础设施网络能否持续安全工作的重要特性。本文主要围绕关键基础设施中鲁棒性评估、增强问题展开工作，主要包括以下几个方面：
　　1.关键基础设施网络相依模型:本文构建了基于能力的关键基础设施网络相依模型。模型中加入了两种相依特性，分别是支撑能力和需求能力，同时还定义了关键基础设施网络的冗余度等概念。基于模型的仿真结果表明：（1）没有冗余相依边的关键基础设施网络极其脆弱，单个节点的失效就可能导致整个网络的崩溃；（2）保持冗余度不变，只增加相依边的数量能提高整个关键基础设施网络的鲁棒性；（3）保持相依边的数量不变，只增加冗余度同样可以提高关键基础设施网络的鲁棒性。以上结论可用于设计鲁棒的关键基础设施网络，如果冗余度是固定的，可以通过增加相依边来提高鲁棒性；如果网络结构是固定的，可以通过增加冗余度来提高鲁棒性。
　　2.关键基础设施网络威胁模型：关键基础设施网络面临多种威胁，本文从攻击对象和时间特点进行分析，主要研究了三种攻击方式，分别为共时攻击、序列攻击与组合攻击。仿真结果表明：（1）在单个的物理网络中，序列攻击可能比共时攻击带来更大的危害；（2）在相依的信息物理融合网络中，物理域与信息域的融合使得只针对信息域的序列攻击会比共时攻击更有效；（3）对于某些特定的目标集，组合攻击的效果既好于序列攻击也好于共时攻击。以上结果表明，防御方在选取关键节点时，以上三种攻击方式均需考虑在内。
　　3.关键基础设施网络增边策略：本文提出了同时考虑相连边和相依边的面向结构鲁棒性增强的关键基础设施网络增边策略。与传统的只增加相连边或只增加相依边方法不同，本文研究了如何分配有限的资源来同时增加相连边和相依边以得到最鲁棒的关键基础设施网络。仿真结果表明，与只增加相连边或只增加相依边相比，我们的增边策略能得到更鲁棒的关键基础设施网络。
　　4.基于群体智能的关键基础设施网络自愈机制：本文以电网为例，提出了基于群体智能的关键基础设施网络自愈机制。该机制以恒温电器的智能调节来达到稳定电网运行的目的。本文首次提出了用户友善度这一度量指标，并提供了恒温电器运行的调度方案来应对电网故障或受到攻击的突然冲击。实验结果表明，本文提出的自愈机制是用户友好的，且能有效地调节电网状态，使得电网持续安全稳定地运行。