Redes interdependientes

El estudio de las redes interdependientes es un subcampo de la ciencia de redes que aborda los fenómenos causados ​​por las interacciones entre redes complejas . Si bien puede existir una amplia variedad de interacciones entre redes, la dependencia se centra en el escenario en el que los nodos de una red requieren apoyo de los nodos de otra red. ^{[ 1 ]}

En la naturaleza, las redes rara vez aparecen de forma aislada. Suelen ser elementos de sistemas más amplios y pueden tener efectos significativos entre sí. Por ejemplo, las redes de infraestructura presentan un alto grado de interdependencia. Las centrales eléctricas, que constituyen los nodos de la red eléctrica, requieren combustible suministrado a través de una red de carreteras o tuberías y también se controlan mediante los nodos de la red de comunicaciones. Si bien 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, ya sea en la red eléctrica o en la de comunicaciones, puede provocar una serie de fallos en cascada en todo el sistema, con repercusiones potencialmente catastróficas. Si ambas redes se trataran de forma aislada, este importante efecto de retroalimentación no se observaría y las predicciones sobre la robustez de la red se sobreestimarían considerablemente.

En una red estándar, los enlaces representan la conectividad , proporcionando información sobre cómo se puede acceder a un nodo desde otro. Los enlaces de dependencia representan la necesidad de apoyo mutuo entre nodos. Esta relación suele ser, aunque no necesariamente, recíproca, por lo que los enlaces pueden ser dirigidos o no dirigidos. Es fundamental destacar que un nodo pierde su capacidad de funcionar en cuanto el nodo del que depende deja de funcionar, mientras que la pérdida de un nodo al que está conectado puede no afectarle tan gravemente.

En física estadística , las transiciones de fase solo pueden aparecer en sistemas de muchas partículas. Si bien las transiciones de fase son bien conocidas en la ciencia de redes, en redes individuales son únicamente de segundo orden. Con la introducción de la interdependencia entre redes, surgen transiciones de primer orden. Este es un fenómeno nuevo con profundas implicaciones para la ingeniería de sistemas. Mientras que la disolución del sistema se produce tras una degradación constante (aunque pronunciada) en las transiciones de segundo orden, la existencia de una transición de primer orden implica que el sistema puede pasar de un estado relativamente estable a un colapso total sin previo aviso.

• Redes de infraestructura . La red de centrales eléctricas depende de instrucciones de la red de comunicaciones que a su vez requieren energía. ^{[ 2 ]} Otro ejemplo es la interdependencia entre los sistemas eléctricos y de gas natural. ^{[ 3 ]}
• Redes de transporte . Las redes de aeropuertos y puertos marítimos son interdependientes, de modo que en una ciudad determinada, la capacidad de funcionamiento de su aeropuerto depende de los recursos obtenidos del puerto marítimo, o viceversa. ^{[ 4 ]}
• Redes de proteínas . Un proceso biológico regulado por varias proteínas se representa a menudo como una red . Dado que las mismas proteínas participan en diferentes procesos, las redes son interdependientes.
• Redes ecológicas . Las redes tróficas construidas a partir de especies que dependen unas de otras son interdependientes cuando la misma especie participa en diferentes redes. ^{[ 5 ]}
• Redes climáticas . Las mediciones espaciales de diferentes variables climatológicas definen una red. Las redes definidas por diferentes conjuntos de variables son interdependientes. ^{[ 6 ]}

• Apagón en Italia en 2003 : interrupción del suministro eléctrico en Italia y Suiza. 
• Fallo en cascada : riesgo sistémico de fallo 
• Teoría de la percolación : teoría matemática sobre el comportamiento de grupos conectados en un grafo aleatorio.