Network design and defence

Infrastructure networks are a key feature of an economy. Their functionality depends on the connectivity and sizes of different components and they face a variety of threats, from natural disasters to intelligent attacks. How should networks be defended and designed to ensure the best functionality? We develop a model to study this question. There are two players, the Designer and the Adversary. The Designer forms costly links among n given nodes and chooses to protect some of them at a cost. The Adversary then allocates resources to attack nodes. Successful attack on a node leads to its elimination. We study sub-game perfect equilibria of this game. Our main finding is that if defence is affordable and reliable, then the network is sparse and heterogeneous, and either centrally or fully protected. On the other hand, if defence is relatively costly compared to linking, then dense and homogeneous networks arise in equilibrium.This work was supported by European Research Area Complexity-Net (http://www.complexitynet.eu) through grant, Resilience and interaction of networks in ecology and economics (RESINEE).This is the accepted version of the original publication in Games and Economic Behavior, available online at http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0899825613000031. Copyright © 2013 Elsevier Inc. All rights reserved

How do you defend a network?

Copyright © 2017 The Authors. Modern economies rely heavily on their infrastructure networks. These networks face threats ranging from natural disasters to human attacks. As networks are pervasive, the investments needed to protect them are very large; this motivates the study of targeted defense. What are the “key” nodes to defend to maximize functionality of the network? What are the incentives of individual nodes to protect themselves in a networked environment and how do these incentives correspond to collective welfare?. We first provide a characterization of optimal attack and defense in terms of two classical concepts in graph theory: separators and transversals. This characterization permits a systematic study of the intensity of conflict (the resources spent on attack and defense) and helps us identify a new class of networks—windmill graphs—that minimize conflict. We then study security choices by individual nodes. Our analysis identifies the externalities and shows that the welfare costs of decentralized defense in networks can be very large.Both authors thank the European Research Area Complexity Net for financial support. Marcin Dziubi ́nskiwas supported by the Strategic Resilience of Networks project realized within the Homing Plus program ofthe Foundation for Polish Science and was co-financed by the European Union from the Regional Devel-opment Fund within Operational Programme Innovative Economy (grants for innovation). Sanjeev Goyalacknowledges financial support from a Keynes Fellowship and the Cambridge INET Institute

Individual security, contagion, and network design

Individuals derive benefits from their connections, but these may expose them to external threats. Agents therefore invest in security to protect themselves. What are the network architectures that maximize collective welfare? We propose a model to explore the tension between connectivity and exposure to an external threat when security choices are decentralized. We find that both over-investment and under-investment in security are possible, and that optimal network architectures depend on the prevailing source of inefficiencies. Social welfare may be maximized in sparse connected networks when under-investment pressures are present, and fragmented networks when over-investment pressures prevail.Sanjeev Goyal and Diego Cerdeiro were supported by European Research Area Complexity-Net (http://www.complexitynet.eu) through grant, Resilience and interaction of networks in ecology and economics (RESINEE). Diego Cerdeiro acknowledges financial support from Queens' College and the Cambridge Overseas Trust. Marcin Dziubiński was supported by the Strategic Resilience of Networks project realized within the Homing Plus programme of the Foundation for Polish Science, co-financed by the European Union from the Regional Development Fund within Operational Programme Innovative Economy (“Grants for Innovation”). Sanjeev Goyal acknowledges financial support from a Keynes Fellowship and the Cambridge-INET Institute

Optimum zużycia energii podczas transportu dwufazowego GAZ- nierozcieńczony osad saturacyjny

A simple flow model of two-phase flow of non-Newtonian thixotropic fluid/gas mixture and a method for evaluating the power saving achieved by injecting air into undiluted carbonatation mud flowing in a horizontal pipe are presented.Opracowano nową metodę transportu nierozcieńczonego osadu saturacyjnego w cukrowniach Jest ona oparta na przepływie dwufazowym w przewodzie układu płyn nienewtonowski-gaz. Umożliwia ona uniknięcia wszystkich niedogodności tradycyjnej metody transportu osadu saturacyjnego (duże ilości uciążliwych ścieków, znaczne zanieczyszczenie środowiska naturalnego) oraz uzyskanie znacznych oszczędności energetycznych. Przedstawiono teoretyczny model przepływu dwufazowego w poziomej rurze układu reologicznie niestabilny płyn nienewtonowski-gaz (rys. 1). Zgodnie z zaproponowanym modelem parametr Lockharta-Martinellego ΦL jest funkcją trzech liczb bezwymiarowych: liczby strukturalnej płynu Se, zmodyfikowanej liczby Debory De oraz wlotowego udziału płynu w mieszaninie dwufazowej δL (rys. 2). Model teoretyczny przepływu był testowany eksperymentalnie. Jako media doświadczalne stosowano przemysłowy osad saturacyjny o trzech różnych stężeniach. Doprowadzenie gazu do przewodu, w którym płynie osad saturacyjny powoduje znaczne obniżenie oporów przepływu w porównaniu z oporami przepływu tej samej ilości osadu w przepływie jednofazowym. Uzyskano maksymalne obniżenie oporów przepływu wynoszące ok. 60% (rys. 3). Wyniki eksperymentalne potwierdziły słuszność zaproponowanego modelu przepływu (rys. 4). Stosując ten model przepływu opracowano prostą metodę określania minimum zużycia energii podczas transportu dwufazowego osadu saturacyjnego w cukrowniach (rys. 5)

Modelling of multi-phase flow in microchannels

W pracy przedstawiono aktualny stan badań dotyczących modelowania przepływów wielofazowych ciecz - gaz i ciecz - ciecz w mikrokanałach.The state of the art concerning multi-phase flow of gas - liquid and liquid — liquid systems in microchannels is presented in the paper

The research of simulation of the fuel's injection system Bosch Motronic

W artykule przedstawiono wyniki badań symulacyjnych wybranych urządzeń elektrycznych pojazdów samochodowych. Badania przeprowadzono dla elektronicznego układu wtrysku paliwa Motronic firmy Bosch. W ramach badań zarejestrowano czasy wtrysku paliwa oraz przeprowadzono symulacje uszkodzeń elementów mechatronicznych. Doświadczalne badania symulacyjne umożliwiają analizę poszczególnych sygnałów czujników i ich wpływ na ekologiczne aspekty procesu spalania. Badania przeprowadzono dla oryginalnego sterownika układu wtrysku paliwa MA 1.7 firmy Bosch oraz na obiekcie rzeczywistym systemu Mono-Motronic rejestrując składniki procesu spalania przy użyciu analizatora spalin.The paper presents the results of simulations of selected electrical equipment in the cars. The study was conducted for the electronic fuel injection system Bosch Motronic. The study recorded the fuel injection timing and simulation of mechatronic elements damages. The experimental simulation studies enable analysis of various sensor signals and their impact on the ecological aspects of the combustion process. The study was conducted for the original fuel injection system controller Bosch MA 1.7 and the real object Mono-Motronic system components of the combustion process by registering with the exhaust gas analyzer

Practical aspects of passive optical microrheometry

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie techniki pasywnej reologii optycznej na przykładzie porównania własnych wyników pomiarów lepkości uzyskanych tą techniką dla wody, glikolu i jego roztworów z klasycznymi pomiarami reologicznymi (Anton Paar Physica 301). Na podstawie tak dokonanych pomiarów dokonano omówienia praktycznych aspektów i problemów pomiarowych skali mikro, takich jak wpływ ścian oraz wielkości i stężenia znaczników na wartość zmierzonej lepkości cieczy.Passive optical microrheology technique on the example of viscosity measurements for water, propylene glycol and its aqueous solutions is described in the paper. Results of microrheological measurements are compared with classical rheological measurements (Anton Paar Physica 301). Practical aspects and measurement issues typical for microreology like effect of walls, particle concentration and diameter are explained and commented

Structures of two-phase flow of liquid - liquid mixtures in microchannels

Celem pracy było określenie warunków tworzenia się struktur przepływu mieszanin ciecz - ciecz w różnej geometrii mikrokanałów. Do badań użytomediów doświadczalnych o różnych właściwościach fizykochemicznych. Zbadano warunki tworzenia się struktur emulsji w mikrokanałach wykonanych z plexi oraz z szklanych kapilar o wymiarach l mm i 0,5 mm. Opracowane w literaturze mapy przepływu mieszanin dwufazowych ciecz - ciecz są nieodpowiednie dla przepływów ciecz — ciecz w mikrokanałach.Experimental results concerning condition of two-phase flow of liquid liquid mixtures in minichannels are presented. Conditions of the formation of different two-phase flow structures in minichannels of 1 and 0.5 mm in diameter were experimentally determined. Two-phase flow maps published in literature appeared to be unsuitable for two-phase flow in mini-channels

The fractional derivative rheological model and the linear viscoelastic behavior of hydrocolloids

This study was aimed at evaluating the possibility to use the Friedrich-Braun fractional derivativerheological model to assess the viscoelastic properties of xanthan gum with rice starch and sweet potato starch. The Friedrich-Braun fractional derivative rheological model allows to describe viscoelastic properties comprehensively, starting from the behaviour characteristic of purely viscous fluids to the behaviour corresponding to elastic solids. The Friedrich-Braun fractional derivative rheological model has one more virtue which distinguishes it from other models, it allows to determine the relationship between stress and strain and the impact of each of them on viscoelastic properties on the tested material. An analysis of the data described using the Friedrich-Braun fractional derivative rheological model allows to state that all the tested mixtures of starch with xanthan gum form macromolecular gels exhibiting behaviour typical of viscoelastic quasi-solid bodies. The Friedrich-Braun fractional derivative rheological model and 8 rheological parameters of this model allow to determine changes in the structure of the examined starch - xanthan gum mixtures. Similarly important is the possibility to find out the trend and changes going on in this structure as well as their causes