Formalization and modeling of cyberspace

Abstract

Siber uzayın kavramasallaştırılması ve formal olarak modellenmesi, dinamik siber system modeli yapısının geliştirilmesi system entegrasyonunun oluşturulmasıdır. Siber uzay ve ilgili network tasarımı, birçok bilim dalında çalışılmıştır ve bununla ilgili literatür oldukça karmaşıktır. Bu tezde, çizge kuramı, etmen-tabanlı modelleme ve uzay kuramsal matematiksel modelleme alanlarını entegre eden çokdisiplinli bakış açısına göre siber ağ tasarımının topolojik dinamiğini çalışılmıştır. Çabamız, siber uzayı tanımlamak için başlıca var olan kuramları ve araçları incelemektir. Siber uzay elemanlarının topolojik dinamiğini biçimlendirme problemine değinilmiştir. Bununla birlikte; ağ tasarım ilkeleriyle hücresel otomatların modellenmesi yaklaşımının birleştirilmesi yoluyla, ağ dinamiği elemanlarının modellenmesine dair yeni bir yaklaşımın temellerini araştırdık. Ağ katmanları formundaki elemanların modellenmesini öneren ve topolojik dinamiğin temel kuralını da içeren matematiksel bir model önerilmiştir. Basit kavram kanıtlama deneyimi göstermektedir ki, ağ topolojisi -diğer karmaşık network modellemesi çalışmalarına benzer bir şekilde- bu karmaşık, düzenlenmiş ağ sisteminin özniteliklerinin nereden geldiğini açıklayan bağımsız tepe derecesi dağılımını ortaya koymaktadır. Ayrıca, fiziksel uzay ile siber uzay arasında coğrafi ve fiziki bakış açılarına göre var olan kuramsal bağlantılar da açıklanmıştır. Literatürdeki mevcut formülü pekiştirmek adına, ilgili disiplinlerin uygun bir entegrasyonunu belirlemek ve graf-hücresel otomatlar kaynaklı siber haritalar modellemek için, bu bağlantılar üzerine yoğun bir çok disiplinli araştırma gerçekleştirilmiştir.

The cyberspace conceptualization and formal modelling is to enhance the integration of system theory in developing dynamic cyber system modeling framework. Cyberspace and its related network design have been studied in many disciplines and the related literature is intricate. In this dissertation, we study the topological dynamics of cyberspace network design from multidisciplinary perspective integrating graph theory, agent-based modeling and space theoretic mathematical formulation. Our effort examines mainly existing theories and tools to characterize cyberspace. We address the problem of formalizing the topological dynamics of cyberspace entities and investigate how the combination of network design principles and cellular automata modelling approach could be used as a foundation for a new approach of modeling the entities network dynamics. We propose a mathematical formulation that suggest modeling entities in form of layers of networks and incorporates the basic functions for the topological dynamics. Our simple proof of concept experiment shows that the topology of the network, similar to other studies of complex network modeling, exhibit scale free degree distribution explaining where the features of this complex organized network system came from. We also explain the theoretical connections between physical space and cyberspace from both geographic and physics perspectives. Consolidating the available formulation in the literature, we perform extensive multidisciplinary research on this connection to assess the appropriate integration of the related disciplines and to present graph-cellular automata driven cybermap formulation.