تحلیل ساختاری و ارزیابی تاب‌آوری شبکه سامانه‌های ملی و فرابخشی ایران با رویکرد شبکه‌های پیچیده

درنا نظامی، امیرمحمد ناطقی

دانشکده مهندسی و علوم کامپیوتر، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

با دیجیتالی‌ شدن خدمات دولتی، سامانه‌های ملی و فرابخشی ایران به شبکه‌ای پیچیده و وابسته به یکدیگر تبدیل شده‌اند. این شبکه، سرعت ارائه خدمات را افزایش داده و هزینه‌ها را کاهش داده، اما مدیریت و پایداری آن را دشوار کرده است. این پژوهش با تحلیل ۲۳۸ سامانه ملی و فرابخشی، سامانه‌های کلیدی و نقاط حساس شبکه را شناسایی کرده و با بهره‌گیری از نظریه شبکه‌های پیچیده، به تحلیل و ارزیابی تاب‌آوری شبکه سامانه‌های ملی ایران می‌پردازد. داده‌های این پژوهش از وب‌سایت‌های رسمی جمع‌آوری شده و با کمک ابزارهای NetworkX و Gephi، مورد استفاده و تحلیل قرار گرفته‌اند. در این پژوهش مشخص شد که برخی سامانه‌ها مانند درگاه ملی خدمات دولت هوشمند و سامانه ثبت‌احوال نقش حیاتی در اتصال بخش‌های مختلف شبکه دارند و اختلال در آن‌ها می‌تواند باعث توقف زنجیره‌ای خدمات شود؛ که یعنی شدت وابستگی به چند هاب کلیدی بسیار بالاست. در نهایت، این مطالعه پیشنهاد می‌کند که برای ارتقای تاب‌آوری، باید از تمرکزگرایی به سمت توزیع‌شدگی و ایجاد مسیرهای بیشتر میان اکوسیستم‌های مستقل حرکت کرد.

کلیدواژه‌ها: شبکه‌های پیچیده، سامانه‌های ملی و فرابخشی، تاب‌آوری، شکست آبشاری، دولت الکترونیک

1-     مقدمه

در سال‌های اخیر، دولت‌ها برای ارائه سرویس‌های خود از حالت سنتی به سمت دیجیتال‌سازی حرکت کرده‌اند. در ابتدای این تلاش سامانه‌های ملی و فرابخشی به‌صورت مستقل و توسط سازمان‌های متفاوت ارائه می‌شد که این موضوع موجب جزیره‌ای شدن آن‌ها شده بود. ولیکن امروزه به دلیل نیاز بین این سامانه‌ها، شبکه‌ای بزرگ از وابستگی‌های میان آن ایجاد شده است. این تغییر، اگرچه باعث افزایش سرعت ارائه خدمات دولتی و کاهش هزینه و زمان ارائه خدمات شده است، اما ارائه خدمات و مدیریت آن‌ها را دچار پیچیدگی کرده است و این مدیریت با ابزارهای سنتی امکان‌پذیر نیست. دلیل این موضوع وابستگی زیاد این سامانه‌ها با یکدیگر است و در واقع این موضوع ساختار پیوندها و توپولوژی کلی این شبکه وابسته است (Newman, 2003).

مسئله اصلی در اینجا این است که  شبکه‌های واقعی، برخلاف مدل‌های تصادفی، دارای توزیع یکنواختی از اهمیت نیستند. طبق یافته‌های بنیادین یکی از متخصصان حوزه شبکه‌های پیچیده، باراباشی (Barabási & Albert, 1999)، این شبکه‌ها علاقه دارند مطابق با الگوی ترجیحی خود رشد کنند؛ مثلاً در اینجا تعداد اندکی از گره‌ها به هاب‌های بسیار قدرتمند تبدیل شده‌اند که بیشتر اتصالات شبکه را به خود جذب کرده‌اند. در شبکه سامانه‌های ملی و فرابخشی ایران، این پدیده در گلوگاه‌هایی مانند درگاه ملی خدمات دولت هوشمند و سامانه ثبت احوال قابل مشاهده است. این هاب‌ها اگرچه کارایی سیستم به عنوان میان‌بر افزایش داده اما یک آسیب‌های جبران ناپذیری در هنگام اختلالات به سیستم وارد می‌کنند. طبق تحلیل‌های صورت گرفته بر اساس نظریه‌های موجود (Albert et al., 2000)، چنین شبکه‌هایی در برابر خرابی‌های تصادفی بسیار مقاوم هستند، اما در برابر حملات هدفمند یا اختلال در هاب‌های اصلی، به شدت شکننده هستند.

 یکی از چالش‌های اصلی در این زمینه، وابستگی میان اکوسیستم‌های مختلف است. وقتی سامانه‌های مالی، سلامت، رفاهی و غیره از طریق یال‌های مستقیم و غیرمستقیم به هم متصل می‌شوند، اختلال در یک نقطه می‌تواند به‌صورت زنجیره‌ای به نقاط دیگر سرایت کند (Vespignani, 2010). این فرایند که به آن شکست آبشاری گفته می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که بارِ عملیاتی یا ترافیک استعلامیِ یک گرهِ ازکارافتاده، به گره‌های راه پیدا می‌کند. بر اساس مدل موتر و لای (Motter & Lai, 2002)، اگر این انتقال بار بیشتر از ظرفیت تحمل گره‌های همسایه باشد، آن‌ها نیز دچار فروپاشی می‌شوند. با توجه ‌به این موضوع حذف یک سامانه مرجع می‌تواند باعث ازکارافتادن سامانه‌های زیادی در ابعاد ملی شود. شناسایی این سامانه‌ها که نقش پل میان خوشه‌ها را دارند، برای درک انسجام کل پیکره شبکه ضروری است (Newman, 2006).

پژوهش حاضر با هدف یافتن این ساختار پیچیده، برای نخستین‌بار به تحلیل شبکه بیش از 238 سامانه ملی و فرابخشی ایران و رابطه‌های میان آن‌ها می‌پردازد تا گره‌های حیاتی و نقاط بحرانی آن را شناسایی کند. بر همین اساس، ساختار این مقاله به شرح زیر تنظیم شده است: در بخش دوم، به مرور ادبیات موضوع و مبانی نظری شبکه‌های پیچیده و سامانه‌های ملی و فرابخشی پرداخته می‌شود. بخش سوم، پیشینه پژوهش و مطالعات مشابه را مورد بررسی قرار می‌دهیم. در بخش چهارم، روش‌شناسی تحقیق شامل نحوه جمع‌آوری داده‌ها با وب‌کرولر و مدل‌سازی در Gephi و NetworkX تشریح می‌گردد. بخش پنجم به یافته‌ها و تحلیل نتایج اختصاص یافته که در آن شاخص‌های مرکزیت، ماژولاریتی و شبیه‌سازی شکست آبشاری بر اساس مدل موتر-لای تحلیل می‌شوند. در نهایت، در بخش ششم، نتیجه‌گیری و پیشنهادات راهبردی برای ارتقای تاب‌آوری دولت الکترونیک ارائه خواهد شد.

2-   ادبیات موضوع

2-1 مبانی شبکه‌های پیچیده و پویا

شبکه‌های پیچیده و پویا فراتر از ساختار گره‌ها و یال‌ها هستند. در واقع، رفتار غیرخطی آن‌ها، این شبکه‌ها را از شبکه‌های دیگر متمایز می‌کند. نیومن (Newman, 2003) در مطالعات  مرتبط ‌با شبکه‌های پیچیده متوجه شد که شبکه‌های واقعی برخلاف شبکه‌های تصادفی، دارای توزیع درجة قانون توان هستند که این موضوع موجب شده است ساختار گره‌ها در یک شبکه با هم متفاوت باشد. در این نوع از شبکه‌ها، تعداد بسیار کمی از گره‌ها به شکل هاب هستند و تعداد بی‌شماری گره اتصالات اندکی در پیرامون خود دارند. در این شبکه‌ها معمولاً اتصالات بین نودها به‌صورت تصادفی صورت نمی‌پذیرد؛ بلکه با پیروی از قوانین خاصی ایجاد می‌شود که این موضوع باعث ایجاد توزیعی است که بیان شد. در این شبکه‌ها هاب‌ها مرکز تبادل اطلاعات کار می‌کنند که موجب کوتاه‌شدن میانگین طول مسیر بین هر دو گره در کل شبکه می‌شوند که این موضوع باعث ایجاد جهان کوچک در شبکه می‌شود.

علاوه بر این، پویایی شبکه‌های پیچیده و پویا نقش مهمی در پایداری و تکامل آن‌ها ایفا می‌کند. اشتروگاتز (Strogatz, 2001) بیان می‌کند که شبکه‌های پویا این قابلیت را دارند که تعداد گره‌ها و یال‌ها را به‌صورت لحظه‌ای تغییر دهند. چنین پویایی در سامانه‌های ملی و فرابخشی و ارتباط بین آن‌ها قابل‌رؤیت است که نشئت‌گرفته از تغییرات قوانین حاکمیتی، نوسانات تقاضای شهروندان و تکامل تکنولوژی است. یکی از ویژگی‌های مهمی که در شبکه‌های پیچیده و پویا وجود دارد تشکیل جوامع است (Newman, 2002) که در این مقاله از این ویژگی برای تشخیص و مرزبندی اکوسیستم‌های گوناگون مورداستفاده قرار گرفته است. در واقع با استفاده از این ویژگی، گره‌هایی که دارای روابط و خصوصیات مشترک هستند در یک خوشه قرار داده می‌شوند. ویژگی پر اهمیت دیگر آن‌ها شناسایی میزان مرکزیت بینابینی است (Freeman, 1977) که این معیار گره‌هایی را شناسایی می‌کند که در کوتاه‌ترین مسیرهای ارتباطی به سایر گره‌ها قرار دارند که می‌توانند به‌عنوان گلوگاه‌های شبکه در نظر گرفته شوند.

علاوه بر موارد ذکر شده، ویژگی مهم دیگری که در این مقاله بسیار حائز اهمیت است تاب‌آوری شبکه است که نشان می‌دهد یک شبکه به چه میزان توانایی حفظ عملکرد خود را در صورت حذف تعدادی از گره‌ها دارد. در سال ۲۰۰۰ آلبرت و باراباشی (Albert et al., 2000) طی بررسی‌هایی که صورت دادند متوجه شدند که در شبکه‌های واقعی اگر این حذف‌ها به‌صورت تصادفی صورت‌پذیرند شبکه مقاومت بالایی از خود نشان خواهد داد؛ ولی در صورت هدفمند بودن این حذف‌ها که ممکن است با حمله به هاب‌ها صورت پذیرد، شبکه به‌سرعت عملکرد خود را از دست می‌دهد. موتر و لای (Motter & Lai, 2002) طی بررسی‌هایی که بر روی این موضوع صورت دادند متوجه شدند که ازکارافتادن یک گره هاب باعث انتقال بار ترافیک به گره‌های همسایه شود که این موضوع موجب ازکارافتادن کل شبکه می‌شود که با نام شکست آبشاری شناخته می‌شود.

۲-۲ سامانه‌های ملی و فرابخشی

سامانه‌های ملی و فرابخشی اصلی‌ترین رکن ایجاد حکمرانی دیجیتال در دولت‌ها محسوب می‌شود که این سیستم‌ها شامل مجموعه‌ای از سیستم‌های مستقل و زیرسیستم‌های وابسته است که برای رسیدن به اهداف خاص و ایجاد ارزش برای کاربران با یکدیگر در تعامل هستند. از نگاهی می‌توان این موضوع را مطرح کرد که اصلی‌ترین هدف دولت‌ها در دولت الکترونیک یکپارچه‌سازی این سامانه‌ها بوده که می‌تواند از ایجاد جزیره‌های اطلاعاتی جلوگیری کند و در نتیجه هزینه و سرعت ارائه خدمت را از سمت دولت به میزان زیادی کاهش دهد (Layne & Lee, 2001).

این ارتباط باعث شده که اختلال در یکی از سامانه‌ها به‌صورت بازگشتی بر عملکرد سایر آن‌ها تأثیر بگذارد (Gao et al., 2011). همان‌طور که پیش‌تر بیان شد سامانه‌های ملی و فرابخشی سیستم‌های ایستا نیستند، بلکه مجموعه‌ای از زیرسیستم‌ها و سیستم‌های مرتبط هستند که برای ایجاد یک ارزش یا تحقق یک هدف با یکدیگر در تعامل هستند. ارتباط بین این سامانه‌ها به دو صورت مختلف شکل می‌گیرد که شامل هم‌آفرینی ارزش و یکپارچگی منابع می‌شوند (Vargo & Lusch, 2016). در ارتباط‌هایی که به‌منظور هم‌آفرینی ارزش صورت می‌پذیرد سامانه‌ها ارزش نهایی را از طریق تعامل با یکدیگر به دست می‌آورند؛ مانند ارتباط سامانه‌های بانکی و سامانه‌های مالیاتی برای صدور مجوز کسب‌وکار، درصورتی‌که در ارتباط بین سامانه‌ها برای یکپارچگی منابع هر سامانه به‌عنوان یک گره از شبکه منابع خود را که می‌تواند شامل داده‌ها یا فرایندها باشد در اختیار سایر سامانه‌ها قرار می‌دهد. این سامانه‌ها می‌توانند در تعامل با یکدیگر ارزش‌هایی را به وجود آورند که این ارزش از طریق یکپارچه‌سازی منابع در این سامانه‌ها به وجود می‌آید (Vargo & Lusch, 2016). برای مثال، ارزش استراتژیک سامانة ثبت‌احوال می‌تواند به‌عنوان یک قابلیت پایه‌ای برای سامانه‌های اکوسیستم مالی و یا رفاهی در نظر گرفته شود.

به‌طورکلی سامانه‌ها ملی و فرابخشی خود به دو دستة اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند:

v     سامانه‌های پایه‌ای و هویتی: این سامانه‌ها خود به‌عنوان خدمات پایه‌ای در سامانه‌های دیگر می‌توانند مورداستفاده قرار گیرند؛ مانند سامانه شاهکار و سامانه ثبت‌احوال که معمولاً دارای درجه و توزیع بالایی هستند.

v     سامانه‌های عملیاتی: این سامانه‌ها معمولاً دارای کارکرد خاص حوزه هستند که در ارتباط با سامانه‌های دیگر می‌توانند زنجیره ارزش آن حوزه را تکمیل کنند. مانند سامانه‌های حوزة سلامت، تجارت، رفاه و غیره.

از رابطه‌های ایجاد شده بین این سامانه‌ها می‌توان متوجه شد که پدیده ماژولاریتی در آن‌ها وجود دارد که در اصل در این پدیده گروه‌هایی از گره‌ها با یکدیگر بیشتر از سایر بخش‌های شبکه در تعامل هستند که در واقع این گروه‌ها نشان‌دهندة حوزه‌های مختلف در اکوسیستم سامانه‌ها هستند؛ مانند حوزة سلامت، رفاه، تجارت و غیره که شناخت هر یک از این خوشه‌ها برای انتشار خطا و پایداری سیستم بسیار مهم است (Newman, 2004). این سامانه‌های درون خوشه‌ای می‌توانند دو نقش اساسی هاب درون خوشه‌ای و یا پل بین خوشه‌ای را ایفا کنند (Guimerà & Amaral, 2005).

۳. پیشینه پژوهش (کارهای پیشین)

۳-۱. تعامل‌پذیری

یکی از چالش‌هایی که در زمینة تعامل سامانه‌ها وجود دارد، اطمینان از فهم مشترک مفاهیم در سامانه‌ها است که موجب چالش تعامل‌پذیری معنایی به دلیل تفاوت در داده‌های محلی سازمان‌ها می‌شود که یکی از گلوگاه‌های اصلی در برقراری ارتباط بین سامانه‌ها در دولت الکترونیک می‌گردد. برای این منظور، بتاهر (Bettahar et al., 2009) از یک هستان‌شناسی مشترک میان سازمان‌ها استفاده کرد که موجب رفع ابهامات پیش‌آمده در مفاهیم می‌شد و در نتیجة آن، تعاملات بین سامانه‌ها را تسهیل می‌کرد.

در پژوهشی دیگر، (Elmaghraoui et al., 2011) مدل‌سازی مبتنی بر گراف را بهترین روش برای ترکیب سرویس‌های دولتی و درک و تحلیل آن‌ها بیان شده تا با استفاده از آن، سامانه‌ها از حالت جزیره‌ای خارج شوند و با اتصال هوشمند آن‌ها، سرویس بهتری را ارائه دهند که این موضوع موجب بهبود تعاملات بین سامانه‌ها می‌شود.

در مطالعه بعدی، پژوهشگر (Chen et al., 2012) در بررسی که به‌طورکلی بر روی وب‌سرویس‌ها صورت گرفت، با استفاده از متدولوژی تحلیل شبکه‌های اجتماعی (SNA) وب‌سرویس‌ها را مورد بررسی قرارداد و بر روی رفتار تعاملی آن‌ها متمرکز شد. او متوجه شد که الگوهای همکاری میان سرویس‌ها اتفاقی نیست، بلکه به‌شدت تحت‌تأثیر وابستگی‌های ساختاری است. به‌عبارت‌دیگر، در این بررسی مشخص شد که جایگاه یک سرویس در کل شبکه مشخص می‌کند که به چه میزان می‌تواند با بقیه سرویس‌ها تعامل داشته باشد، بر آن‌ها تأثیر بگذارد یا در صورت بروز خطا در آن، به دیگر سرویس‌ها آسیب بزند که این موضوع نشان می‌دهد زنجیره ارزش به چه میزان در پایداری تأثیرگذار است.

2-3 حکمرانی

در بررسی که پژوهشگران (Provan & Kenis, 2008) که بر روی شبکه‌های بین سازمانی صورت دادند، سه نوع حالت حکمرانی را پیشنهاد دادند که شامل حکمرانی مشترک، سازمان تسهیل‌گر و حکمرانی تحت سازمان کلیدی می‌شود که به این نتیجه رسیدند سازمان تسهیل‌گر بیشترین اثربخشی را خواهد داشت. ازسوی‌دیگر، فن‌دِن‌اورد و شایر پژوهشگران (Van den Oord et al., 2023) بیان کردند که بهترین حالت حکمرانی حالتی است که شبکه منعطف باشد تا بتواند با تغییرات توپولوژیکی و پویایی سازگار شود.

پس از آن، پژوهشگران دیگر (Verleye et al., 2017) با بررسی شبکه پیچیده حوزه سلامت به این نتیجه رسیدند که تفاوت‌ها و تضادهایی که در میان منطق‌های مختلف سازمانی و نیاز ذینفعان وجود دارد، باعث عدم تعادل در آن اکوسیستم شده است. برای حل این موضوع، فن‌دِن‌اورد و سایر پژوهشگران (Van den Oord et al., 2023) اهمیت حکمرانی شبکه را به‌عنوان یک تسهیل‌گر و ساختار مدیریتی متمرکز به نمایش گذاشت. پس از این پژوهش، کونگ و همکارش (Kong & Ding, 2023) برای بهبود تعامل سامانه‌ها روشی برای مسیریابی بین آن‌ها که مبتنی بر گرافِ شبکه‌های عصبی بود را پیشنهاد داد که موجب کاهش هزینه‌های جستجوی داده در دولت الکترونیک و در میان سامانه‌ها می‌شود.

در سال ۲۰۲۴، پژوهشگران چینی، ژو و دای (Xu & Dai, 2024) طی مطالعه‌ای که انجام دادند نشان دادند که بلوغ دولت الکترونیک بیشتر از آنکه وابسته به فناوری‌های نوین باشد، به مدیریت روابط شبکه‌ای و کاهش شکاف اطلاعاتی میان آن‌ها وابسته است که می‌تواند موجب توسعه پایدار یک اکوسیستم شود.

3-3 تحلیل مقایسه‌ای و سنتز مطالعات پیشین

با بررسی مطالعات پیشین متوجه شدیم که هر یک از موارد از دید متفاوتی چالش‌های سامانه‌ها و سرویس را مورد بررسی قرار داده‌اند و از سوی دیگر هیچ یک از مواردی به بررسی همه سامانه‌های ملی و فرابخشی نپرداخته‌اند؛ بلکه تنها یک حوزه با اکوسیستم خاص مانند سلامت را مطالعه کرده‌اند. در جدولی که در ادامه می‌آید این پژوهش‌ها را از نظر شاخص‌های مختلف با هم مقایسه کرده است:

 همان‌طور که در ستون موضوع کلان مشخص است، مطالعات پیشین به بررسی تعامل‌پذیری و حکمرانی این شبکه‌ها پرداخته‌اند درصورتی‌که برای پایداری اکوسیستم هر دو این موارد باید به‌صورت هم‌زمان مورد بررسی قرار گیرند. ازسوی‌دیگر، در پژوهش‌های قبلی اکوسیستم‌ها و حوزه‌ها به‌صورت خاص مورد بررسی قرار گرفته‌اند و بررسی کل سامانه‌های ملی و فرابخشی به‌منظور یافتن شکاف‌ها و چالش‌های موجود در شبکه‌های آن‌ها صورت نگرفته است.

 ۴. روش‌شناسی پژوهش

در این پژوهش، ما برای جمع‌آوری بخشی از اطلاعات سامانه‌ها  از یک رویکرد داده‌کاوی استفاده نمودیم و از سمت دیگر برای تحلیل سامانه‌ها و روابطشان از شبکه‌های پیچیده و مدل‌سازی آن‌ها با ابزارهای Networkx و Gephi استفاده نمودیم. روش تحقیق در این پژوهش به چهار مرحله تقسیم‌بندی شد.

 1-4 جمع‌آوری و پالایش داده‌ها

به دلیل عدم وجود یک پایگاه‌داده کامل و یکپارچه از اطلاعات و ارتباط‌های سامانه‌ها، ما یک وب کر و لر اختصاصی با زبان برنامه‌نویسی Python توسعه دادیم. این خزنده با بررسی سایت mardom.ir، موفق به استخراج اطلاعات شناسنامه‌ای سامانه‌ها شد. از سمت دیگر برای بررسی دقیق‌تر و به‌دست‌آوردن روابط بین این سامانه‌ها  از درگاه ملی خدمات دولت هوشمند استفاده کردیم. سپس تحلیل و پالایش این دو پایگاه‌داده و اتصال آن‌ها به یکدیگر صورت گرفت که خروجی آن یک فایل اکسل شامل کلیه گره‌های موجود در شبکه و ارتباط میان آن‌ها بود.

2-4 مدل‌سازی شبکه

به‌منظور مدل‌سازی شبکه ابتدا ما از NetworkX در پایتون و ابزار Gephi استفاده نمودیم و گره‌های سامانه‌ها و روابط آن‌ها را به‌صورت ساده پیاده‌سازی کردیم.

3-4 محاسبه شاخص‌های تحلیل و ارزیابی

در این مرحله محاسبه میزان شاخص‌های مهم برای تحلیل این شبکه بر روی هر دو مدل پیاده‌سازی شده در Gephi  و NetworkX  صورت گرفت که در ادامه مرحله‌به‌مرحله شاخص‌های بررسی شده و کاربردشان بیان شده‌اند:

1-3-4 شناسایی گره‌های حیاتی و گلوگاه‌ها

ابتدا برای تشخیص سامانه‌هایی که نقش کلیدی در این شبکه دارند سه معیار مربوط به مرکزیت مورد بررسی قرار گرفت.

• مرکزیت درجه: برای شناسایی سامانه‌هایی که بیشترین تعداد اتصال مستقیم را دارند (هاب‌های).

• مرکزیت بینابینی: برای شناسایی سامانه‌هایی که به‌عنوان پل میان حوزه‌های مختلف (مثلاً بین حوزه مالی و رفاهی) عمل می‌کنند که می‌توانند گره‌ها گلوگاه‌های اصلی شبکه باشند.

• مرکزیت نزدیکی: برای شناسایی سامانه‌هایی که کمترین فاصله را با تمام گره‌های دیگر دارند و سرعت انتشار خطا در آن‌ها بسیار بالاست.

2-3-4 تحلیل جامعه و ماژولاریتی

در مرحله بعدی، با استفاده از ابزارهای بیان شده، مرزبندی‌های واقعی اکوسیستم‌های سامانه‌های ملی و فرابخشی استخراج شد. هدف از این تحلیل، وجود سامانه ایی بود که به دلیل همپوشانی ظاهری زیاد در دو اکوسیستم مختلف، امکان تخصیص آن‌ها به یک حوزه خاص وجود نداشت و از سمت دیگر ایجاد مرزبندی و مشخص‌کردن تعداد اکوسیستم‌ها همواره با ابهاماتی همراه بوده است. از این طریق علاوه بر موارد فوق متوجه شدیم که میزان استقلال یا وابستگی این خوشه‌ها به یکدیگر چقدر است.

3-3-4     بررسی تاب‌آوری و شکست آبشاری

این بخش مهم‌ترین فاز تحلیل است که در آن پایداری شبکه به دو صورت مورد بررسی قرار گرفته است:

• حذف تصادفی گره‌ها: شبیه‌سازی ازکارافتادن سامانه‌ها با انتخاب‌های تصادفی و  بررسی میزان پایداری کل شبکه.

• حمله هدفمند گره‌ها: شبیه‌سازی ازکارافتادن سامانه‌ها با انتخاب هاب‌ها و گلوگاه‌ها برای یافتن نقطه فروپاشی شبکه.

4-3-4   بررسی انتشار خطا

 بر اساس مدل موتر و لای (Motter & Lai)، بعد از حذف یک گره کلیدی، توزیع بار بر گره‌های همسایه بررسی شد که آیا شبکه دچار شکست آبشاری شده است یا خیر. شاخص تاب‌آوری در اینجا، نسبت تعداد گره‌های فعال به کل گره‌ها پس از اختلال است.

5- تحلیل و تفسیر یافته‌ها

در این بخش، نتایج حاصل از مدل‌سازی شبکه سامانه‌های ملی و فرابخشی مدل‌سازی شده مورد بررسی قرار می‌گیرند. هدف اصلی این بخش، بررسی شبکه، شناسایی سامانه‌های حیاتی، استخراج اکوسیستم‌های موجود و ارزیابی میزان تاب‌آوری شبکه در برابر اختلالات تصادفی و حمله است. تمامی محاسباتی که در ادامه آمده‌اند با استفاده از کتابخانه NetworkX در محیط پایتون و ابزار Gephi انجام شده است.

1-5 اطلاعات پایه‌ای شبکه سامانه‌های ملی و فرابخشی

شبکه استخراج‌شده شامل 238 گره (سامانه) و 330 یال جهت‌دار (رابطه وابستگی) است. چگالی شبکه برابر با 0.0058 محاسبه شد که مقدار بسیار پایینی محسوب می‌شود. این مقدار نشان می‌دهد که شبکه از نظر ساختاری بسیار پراکنده است. از سوی دیگر میانگین درجه ورودی و خروجی هر گره برابر با 1.38 به دست آمد که نشان می‌دهد هر سامانه به طور متوسط با یک تا دو سامانه دیگر در ارتباط مستقیم است. ولی با بررسی درجه گره‌های مختلف به صورت بصری می‌توان متوجه شده که تراکم درجه‌ها در میان گره‌ها یکشان نیست و تعداد محدودی از گره‌ها درجه بسیار بالایی داند و بسیاری از آن‌ها درجه‌هایشان در حدود یک می‌باشد که این موضوع نشان‌دهنده تمرکز شدید عملکرد سیستم بر چند هاب بسیار حیاتی است. شکل 1بخشی از محاسبات صورت گرفته با استفاده از نرم‌افزار Gephi را نشان می‌دهد.

2-5- شناسایی گره‌های حیاتی و گلوگاه‌ها

در این مرحله، برای شناسایی سامانه‌های کلیدی، معیار مرکزیت درجه، مرکزیت بینابینی و مرکزیت نزدیکی برای هر یک از گره‌ها محاسبه گردیدند.

1-2-5 مرکزیت درجه

 مرکزیت درجه برای هر گره نسبت تعداد ارتباطات مستقیم آن گره به حداکثر ارتباطات ممکن است. در شبکه جهت‌دار، این معیار به دو بخش درجه ورودی و خروجی تقسیم می‌شود که به ترتیب نشان‌دهنده میزان وابستگی سایر سامانه‌ها به یک سامانه خاص و میزان وابستگی آن سامانه به سایر سامانه‌ها است. همان‌طور که در جدول 1 مشخص است، سامانه‌هایی نظیر ثبت احوال، سامانه جامع تجارت و مودیان مالیاتی بالاترین مقادیر مرکزیت درجه ورودی که در اینجا اهمیت بیشتری دارد، را دارند.

2-2-5 مرکزیت بینابینی

در این مرحله، برای شناخت سامانه‌هایی که نقش پل ارتباطی را در شبکه دارند، معیار مرکزیت بینابینی محاسبه شد. مرکزیت بینابینی میزان قرارگیری یک سامانه در مسیرهای کوتاه ارتباط بین دو سامانه است و نشان می‌دهد که چه میزان از ارتباط‌ها شبکه، از طریق آن سامانه انجام می‌شود. در این بخش، مرکزیت بینابینی به‌صورت نرمال‌شده محاسبه شده تا امکان مقایسه بین سامانه‌ها به وجود بیاید.

این بررسی نشان می‌دهد که برخلاف مرکزیت درجه، سامانه‌هایی که بیشترین تعداد ارتباط را دارند، حتماً بالاترین نقش پل ارتباطی را ندارند. بعضی از سامانه‌ها به دلیل موقعیتشان در شبکه نقش حیاتی‌تری در اتصال حوزه‌های مختلف دارند. در این شبکه، در جدول 2 مشخص است که، درگاه ملی خدمات دولت هوشمند بیشترین مرکزیت بینابینی را دارد که نشان می‌دهد بخش زیادی از مسیرهای ارتباطی میان سامانه‌های مختلف، از این سامانه عبور می‌کنند. همچنین سامانه ثبت احوال هم مرکزیت درجه بالایی داشت و هم در شاخص مرکزیت بینابینی در رتبه دوم قرار گرفته است. سامانه جامع رفاه ایرانیان در رتبة سوم قرار دارد و دلیل آن قرارگیری در مرز بین اکوسیستم‌های مختلف است.

3-2-5 مرکزیت نزدیکی

برای شناسایی سامانه‌هایی که در نزدیک‌ترین موقعیت به سایر سامانه‌ها قرار دارند، معیار مرکزیت نزدیکی مورد بررسی قرار گرفت که این معیار نشاان می‌دهد متوسط فاصله یک گره تا سایر گره‌های شبکه چقدر است و در نتیجه یک سامانه با چه سرعتی می‌تواند به سایر سامانه‌ها دسترسی پیدا کند یا بر آن‌ها اثر بگذارد. این معیار بیشتر برای تحلیل سرعت انتشار اطلاعات و اختلال در شبکه‌های پیچیده استفاده می‌شود.

باتوجه‌به جدول 3، درگاه ملی خدمات دولت هوشمند هم مرکزیت بینابینی و هم مرکزیت نزدیکی بالایی دارد که نشان می‌دهد این سامانه از نظر ساختاری در مرکز شبکه قرار دارد و کمترین فاصله را با سایر سامانه‌ها دارد در نتیجه تغییر و اختلال در این سامانه می‌تواند با ب سرعت زیادی در کل شبکه پخش شود. بعد از دو سامانه سامانه ثبت احوال و مودیان مالیاتی  در جایگاه دوم و سوم قراردارند.

 3-5 تحلیل جامعه و ماژولاریتی

در این بخش، برای مرزبندی بین اکوسیستم‌های سامانه‌ای، تحلیل جامعه بر روی شبکه انجام شد که هدف ما از این کار کشف خوشه‌هایی از سامانه‌ها بود که در داخل خود تراکم ارتباط بالا و در بیرون خود ارتباط آن 0.689 شد که این مقدار وجود ساختار خوشه‌ای بسیار قوی در شبکه را نشان می‌دهد. به عبارت دیگر، ارتباطات میان سامانه‌ها به صورت طبیعی در قالب چند اکوسیستم مستقل وجود دارند. در جدول 4 چند نمونه از خوشه‌ها و سامانه‌هایشان نمایش داده شده است و شکل 2 تصویری از خوشه‌بندی ایجاد شده با استفاده از نرم افزار Gephi است.

3-5  بررسی تاب‌آوری و شکست آبشاری

در این بخش، پایداری شبکه در برابر اختلالات مورد بررسی قرار گرفت. تاب‌آوری شبکه توانایی حفظ عملکرد بعد از حذف بخشی از گره‌ها است که بررسی آن به‌صورت حذف تصادفی و حذف هدفمند انجام شد.

1-3-5 حذف تصادفی گره‌ها

این بررسی نشان داد که شبکه در برابر حذف تصادفی تا حدودی مقاوم است و با حذف حدود 20٪ گره‌ها، بیش از 70٪ شبکه امکان عملکرد برایش وجود داشت. درنتیجه ساختار شبکه در بثبت‌احوالای غیرهدفمند تاب‌آوری نسبی دارد که این موضوع نشان می‌دهد شبکه به خرابی‌های تصادفی مقاومت بالایی دارد.

2-3-5  حذف هدفمند گره‌ها

برای حذف هدفمند گره‌های از درگاه ملی خدمات دولت هوشمند، سامانه ثبت‌احوال، سامانه جامع رفاه ایرانیان و مودیان مالیاتی  شروع کردیم که موجب به‌وجودآمدن شرایط بحرانی برای شبکه شد. حذف تنها 5٪ از گره‌های با بیشترین مرکزیت باعث فروپاشی بیشتر از 50٪ شبکه شد. با حذف 10٪ گره‌های کلیدی، شبکه به چندین مؤلفه کوچک و غیرمتصل تقسیم شد.

 4-5 بررسی انتشار خطا

برای تحلیل پدیده شکست آبشاری، از مدل Motter & Lai استفاده شد. در این مدل، بار هر گره بر اساس مرکزیت بینابینی آن تعریف می‌شود و پس از حذف یک گره کلیدی، بار آن میان‌گره‌های همسایه توزیع می‌شود. اگر بار جدید یک گره از ظرفیت آن بیشتر می‌شد، آن گره نیز از کار می‌افتاد و این فرایند به‌صورت زنجیره‌ای ادامه پیدا می‌کرد. در شبیه‌سازی انجام شده، حذف درگاه ملی خدمات دولت هوشمند با بالاترین مرکزیت بینابینی، باعث شد که بیشتر از 37٪ گره‌های شبکه از کار بیفتند. همینطور با حذف سامانه ثبت احوال، ، حدود 29٪ شبکه دچار شکست آبشاری شد. این نشان می‌دهد که انتشار خطا در شبکه سامانه‌های ملی و فرابخشی دارای ماهیت غیرخطی و نمایی است یعنی خرابی اولیه می‌تواند باعث فروپاشی بزرگ شود.

6- نتیجه‌گیری و کارهای آتی

پژوهش حاضر نشان می‌دهد که دولت الکترونیک در ایران به یک موجودیت شبکه‌ای پیچیده تبدیل شده است. تحلیل 330 رابطه میان سامانه‌ها نشان داد که برخلاف ظاهر بزرگ این شبکه، پایداری آن بسیار کم است و کاملاً که به چند سامانه کلیدی وابسته است. ما دریافتیم که تمرکز بیش از حد بر روی گلوگاه‌هایی مانند درگاه ملی خدمات دولت هوشمند، اگرچه سرعت تعاملات را سریع‌تر کرده، اما همزمان ریسک شکست آبشاری را به شدت بالا برده است. میزان ماژولاریتی بالا این شبکه به ما نشان می‌دهد که سامانه‌های ما در جزیره‌های تخصصی خود قرار دارند و ارتباط میان این جزایر بسیار ضعیف است که با از کار افتادن یک پل ارتباطی می‌تواند کل خدمات یک حوزه‌ی بزرگ مانند سلامت یا مالی را دچار اخلال کند.

براین‌اساس، پیشنهاد می‌شود که این سامانه‌ها به سمت توزیع‌شدگی استراتژیک حرکت کنند، به این معنی که  ایجاد مسیرهای جایگزین و لایه‌های افزونه برای سامانه‌های حیاتی، تا در شرایط بحرانی، تمام بار شبکه بر روی گلوگاه نباشد. در مسیر آینده، پیشنهاد می‌شود پژوهشگران این مدل را با افزودن لایة زیرساخت فیزیکی غنی‌تر کنند تا به مدلی جامع‌تر برای یک تاب‌آوری دست یابیم.