Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жүйелік ақаулық қаупі
Systemic risk of failure
Каскадтық ақаулық – өзара байланысты бөліктерден тұратын жүйедегі ақаулық, онда бір немесе бірнеше бөліктің істен шығуы оң кері байланыс нәтижесінде басқа бөліктердің істен шығуына алып келеді және прогрессивті түрде күшейеді. Бұл бір бөлік істен шыққанда, жүйенің басқа бөліктерінің істен шығу ықтималдығы артады. Мұндай ақаулық электр қуатын тарату, компьютерлік желілер, қаржы, көлік жүйелері, ағзалар, адам денесі және экожүйелер сияқты көптеген жүйелерде кездесуі мүмкін. Жүйенің бір бөлігі істен шыққанда каскадтық ақаулықтар пайда болуы мүмкін. Бұл орын алғанда, жүйенің басқа бөліктері істен шыққан компоненттің орнын толтыруға тырысады. Бұл өз кезегінде осы бөліктерге артық жүктеме түсіреді, олардың да істен шығуына себеп болады, содан кейін тағы да басқа бөліктер тізбектей істен шыға бастайды.
A cascading failure is a failure in a system of interconnected parts in which the failure of one or few parts leads to the failure of other parts, growing progressively as a result of positive feedback. This can occur when a single part fails, increasing the probability that other portions of the system fail. Such a failure may happen in many types of systems, including power transmission, computer networking, finance, transportation systems, organisms, the human body, and ecosystems. Cascading failures may occur when one part of the system fails. When this happens, other parts must then compensate for the failed component. This in turn overloads these nodes, causing them to fail as well, prompting additional nodes to fail one after another.
Қуат беруде
Каскадтық ақаулық электр желілерінде бір элементтің (толық немесе ішінара) істен шығуынан туындайды, осыған байланысты оның жүктемесі жүйедегі жақын орналасқан элементтерге ауыстырылады. Бұл жақын орналасқан элементтерді олардың қабілеттілігінен асып түсуіне және артық жүктемеге ұшырауына, содан кейін жүктемені басқа элементтерге ауыстыруына себеп болады. Каскадтық ақаулық жоғары кернеулі жүйелерде кең таралған құбылыс, онда толық немесе шамалы артық жүктелген жүйедегі бір ғана ақаулық нүктесі (SPF) жүйенің барлық түйіндерінде күрт өсімге алып келеді. Бұл күрт тоқ жүктемесінен бұрыннан артық жүктелген түйіндердің істен шығуына ықпал етуі мүмкін, осылайша одан да көп жүктемелер туындап, бүкіл жүйеді өте қысқа мерзімде құлатады. Бұл ақаулық процесі жүйенің элементтері арқылы көлдегі толқын сияқты таралады және жүйенің көптеген элементтері зақымданғанға дейін немесе жүйе жүктеме көзінен функционалдық тұрғыдан ажырағанға дейін жалғасады. Мысалы, белгілі бір жағдайларда үлкен электр желісі бір трансформатордың істен шығуынан кейін құлап кетуі мүмкін. Жүйенің жұмысын нақты уақытта бақылау және бөліктерді тиімді түрде ажырату каскадты тоқтатуға көмектеседі. Тағы бір кең таралған тәсіл – жүйе үшін қауіпсіздік шегін компьютерлік модельдеу арқылы есептеу, осылайша есептелген сценарийлердің ешқайсысы каскадтық ақаулыққа әкелмейтін қауіпсіз жұмыс деңгейін анықтау және каскадтық ақаулықтарға себеп болуы мүмкін желінің бөліктерін анықтау. Электр желісінің ақаулықтарын алдын алудағы басты мәселелердің бірі – басқару сигналының жылдамдығы таралатын қуат жүктемесінен жоғары емес, яғни басқару сигналы мен электр қуаты бірдей жылдамдықпен қозғалатындықтан, ақаулықты оқшаулау үшін алдын ала ескерту жіберіп, элементті оқшаулау мүмкін емес.
Cascading failure is common in power grids when one of the elements fails (completely or partially) and shifts its load to nearby elements in the system. Those nearby elements are then pushed beyond their capacity so they become overloaded and shift their load onto other elements. Cascading failure is a common effect seen in high voltage systems, where a single point of failure (SPF) on a fully loaded or slightly overloaded system results in a sudden spike across all nodes of the system. This surge current can induce the already overloaded nodes into failure, setting off more overloads and thereby taking down the entire system in a very short time. This failure process cascades through the elements of the system like a ripple on a pond and continues until substantially all of the elements in the system are compromised and/or the system becomes functionally disconnected from the source of its load. For example, under certain conditions a large power grid can collapse after the failure of a single transformer. Monitoring the operation of a system, in real time, and judicious disconnection of parts can help stop a cascade. Another common technique is to calculate a safety margin for the system by computer simulation of possible failures, to establish safe operating levels below which none of the calculated scenarios is predicted to cause cascading failure, and to identify the parts of the network which are most likely to cause cascading failures. One of the primary problems with preventing electrical grid failures is that the speed of the control signal is no faster than the speed of the propagating power overload, i. e. since both the control signal and the electrical power are moving at the same speed, it is not possible to isolate the outage by sending a warning ahead to isolate the element.
Компьютерлік желілерде
Каскадтық ақаулар компьютерлік желілерде (мысалы, Интернетте) де кездесуі мүмкін, онда желілік трафик күрт нашарлап немесе тоқтатылып, желінің ірі бөліктері арасындағы байланыс бұзылуы мүмкін. Бұл аппараттық немесе бағдарламалық құралдың істен шығуы немесе қосылыстан үзілуі салдарынан болады. Осы жағдайда каскадтық ақау "каскадтық ақау" деп аталады. Каскадтық ақау көптеген адамдар мен жүйелерге әсер етуі мүмкін. Каскадтық ақаудың себебі көбінесе бір маңызды маршрутизатордың немесе түйіннің артық жүктелуі болып табылады, бұл түйіннің тіпті қысқа мерзімге де істен шығуына әкеледі. Сондай-ақ, түйіннің техникалық қызмет көрсету немесе жаңарту үшін уақытша тоқтатылуы да осыған себеп болуы мүмкін. Екі жағдайда да трафик басқа (қосалқы) жолға бағытталады. Осының салдарынан қосалқы жол да артық жүктеліп, істен шығып, тізбек жалғасады. Бұл сондай-ақ, осы түйіннің қалыпты жұмысына тәуелді жүйелерге де әсер етеді.
Cascading failures can also occur in computer networks (such as the Internet) in which network traffic is severely impaired or halted to or between larger sections of the network, caused by failing or disconnected hardware or software. In this context, the cascading failure is known by the term cascade failure. A cascade failure can affect large groups of people and systems. The cause of a cascade failure is usually the overloading of a single, crucial router or node, which causes the node to go down, even briefly. It can also be caused by taking a node down for maintenance or upgrades. In either case, traffic is routed to or through another (alternative) path. This alternative path, as a result, becomes overloaded, causing it to go down, and so on. It will also affect systems which depend on the node for regular operation.
Симптомдары
Каскадтық сәтсіздіктің белгілеріне пакеттердің жоғалуы және желідегі жоғары задерлік жатады, бұл тек жеке жүйелерге ғана емес, желінің немесе интернеттің толық бөліктеріне де әсер етеді. Жоғары задерлік пен пакеттердің жоғалуына себеп – тығырылғандықтан құлдырап, жұмыс істеуі тоқтаған түйіндер. Олар желіде қалып отырады, бірақ олар арқылы тиімді байланыс жүрмейді. Осының салдарынан, байланыс мүмкін емес болса да, маршруттар жарамды деп есептелуі мүмкін. Егер каскадтық сәтсіздік салдарынан жеткілікті маршруттар істен шықса, желінің немесе интернеттің толық бөлігі қолжетімсіз болуы мүмкін. Бұл қалаулы жағдай болмаса да, қосылыстар уақыт өте келе үзіледі және басқа түйіндер үзілген бөлімдерге қосылуға тырысуды тоқтатады, бұл қатысқан түйіндерге жүктемені азайтады, соның арқасында қалпына келтіру процесі жеделдеуі мүмкін. Каскадтық сәтсіздік кезінде жиі кездесетін құбылыс – «қозғалатын сәтсіздік», онда бір бөлім істен шығып, келесі бөлімнің істен шығуына себеп болады, содан кейін бірінші бөлім қайта жұмыс істей бастайды. Бұл толқын бірнеше рет бірдей бөлімдерден немесе түйіндерден өтіп, тұрақтылыққа қол жеткенше жалғасуы мүмкін.
The symptoms of a cascade failure include: packet loss and high network latency, not just to single systems, but to whole sections of a network or the internet. The high latency and packet loss is caused by the nodes that fail to operate due to congestion collapse, which causes them to still be present in the network but without much or any useful communication going through them. As a result, routes can still be considered valid, without them actually providing communication. If enough routes go down because of a cascade failure, a complete section of the network or internet can become unreachable. Although undesired, this can help speed up the recovery from this failure as connections will time out, and other nodes will give up trying to establish connections to the section(s) that have become cut off, decreasing load on the involved nodes. A common occurrence during a cascade failure is a walking failure, where sections go down, causing the next section to fail, after which the first section comes back up. This ripple can make several passes through the same sections or connecting nodes before stability is restored.
Тарих
Каскадтық іркілулер – трафик пен жүйелер мен желілердің өте жоғары байланыстылығының күрт өсуімен байланысты салыстырмалы түрде жаңа құбылыс. Бұл термин алғаш рет 1990 жылдардың соңында голланд IT-маманы тарапынан осы мағынада қолданылған және осы сияқты ірі масштабты іркілулерді сипаттау үшін бірте-бірте кең таралған терминге айналды.
Cascade failures are a relatively recent development, with the massive increase in traffic and the high interconnectivity between systems and networks. The term was first applied in this context in the late 1990s by a Dutch IT professional and has slowly become a relatively common term for this kind of large scale failure.
Мысал
Желідегі ақаулар әдетте бір желілік түйін істен шыққанда басталады. Алғашқыда, сол түйін арқылы өтуге тиіс трафик тоқтатылады. Жүйелер мен пайдаланушылар хосттарға қол жеткізе алмауы туралы қателерді көреді. Әдетте, провайдердің қосымша жүйелері жылдам әрекет етеді, басқа магистраль арқылы басқа маршрутты таңдайды. Бұл балама маршрут ұзағырақ болады, көбірек секірістерден өтеді және әдетте осы көлемдегі трафикті өңдемейтін жүйелерден өтеді. Бұл балама маршрут бойынша бір немесе бірнеше жүйенің істен шығуына алып келуі мүмкін, бұл өз кезегінде ұқсас проблемаларды тудырады. Осыған байланысты жүйелер де зардап шегеді. Мысалы, DNS ажыратылуы сәтсіз аяқталуы мүмкін, ал жүйелердің өзара байланысын қамтамасыз ететін нәрсе тікелей қатысы жоқ қосылыстарды да бұзуы мүмкін. Бұл өз кезегінде, сырттай байланыссыз түйіндерде проблемалар тудыруы мүмкін, бұл өздігінен тағы бір тізбектей ақауға әкелуі мүмкін. 2012 жылдың желтоқсан айында Gmail қызметінің 40% жартылай тоқтатылып, 18 минутқа созылды. Бұл қызмет тоқтауы жүктемені теңгерту бағдарламалық құралының регламенттік жаңартылуынан туындады, онда қате логика болды – бұл жағдайда, қате "кейбір" орнына "барлығы" деген дұрыс емес логиканы қолданудан туындады. Тізбектей ақау желідегі бір түйінді толық жаңарту арқылы жойылды, барлық түйіндерді бір уақытта ішінара жаңартудың орнына.
Network failures typically start when a single network node fails. Initially, the traffic that would normally go through the node is stopped. Systems and users get errors about not being able to reach hosts. Usually, the redundant systems of an ISP respond very quickly, choosing another path through a different backbone. The routing path through this alternative route is longer, with more hops and subsequently going through more systems that normally do not process the amount of traffic suddenly offered. This can cause one or more systems along the alternative route to go down, creating similar problems of their own. Related systems are also affected in this case. As an example, DNS resolution might fail and what would normally cause systems to be interconnected, might break connections that are not even directly involved in the actual systems that went down. This, in turn, may cause seemingly unrelated nodes to develop problems, that can cause another cascade failure all on its own. In December 2012, a partial loss (40%) of Gmail service occurred globally, for 18 minutes. This loss of service was caused by a routine update of load balancing software which contained faulty logic—in this case, the error was caused by logic using an inappropriate 'all' instead of the more appropriate 'some'. The cascading error was fixed by fully updating a single node in the network instead of partially updating all nodes at one time.
Каскадтық құрылымдық ақау
Дискретті құрылымдық элементтері бар белгілі бір жүктемеге төзімді құрылымдар "тізбектей бұзылу" (зипер әсері) құбылысына ұшырауы мүмкін, онда бір құрылымдық элементтің істен шығуы жақын орналасқан элементтерге жүктемені арттырады. Hyatt Regency жаяу өткелінің құлау жағдайында, аспалы жаяу өткелі (құрылыс қатесі салдарынан бұрыннан артық жүктемеге ұшыраған) бір тік ілмек таяғының істен шығуынан құлады, бұл жақын орналасқан таяқтардың тізбектей бірінен соң бірі істен шығуына (яғни, тізбектей бұзылу сияқты) әкелді. Мұндай бұзуға бейім көпір "сынуға осал" деп аталады, және көптеген көпірлердің құлауына бір ғана бөліктің істен шығуы себеп болған. Дұрыс жобаланған құрылымдар осы механикалық тізбектей бұзудың алдын алу үшін жеткілікті қауіпсіздік коэффициенттерін және/немесе жүктеменің балама жолдарын пайдаланады.
Certain load bearing structures with discrete structural components can be subject to the "zipper effect", where the failure of a single structural member increases the load on adjacent members. In the case of the Hyatt Regency walkway collapse, a suspended walkway (which was already overstressed due to an error in construction) failed when a single vertical suspension rod failed, overloading the neighboring rods which failed sequentially (i. e. like a zipper). A bridge that can have such a failure is called fracture critical, and numerous bridge collapses have been caused by the failure of a single part. Properly designed structures use an adequate factor of safety and/or alternate load paths to prevent this type of mechanical cascade failure.
Сынған жерлер
Сынған каскад – геология саласындағы құбылыс, ол бір сынықтың тізбектей келесі сынықтардың тізбекті реакциясын қозғауын сипаттайды. Бастапқы сынық қосымша сынықтардың таралуына себеп болады, осылайша материалдың ішінде каскадтық әсер пайда болады. Сынған каскадтар түрлі материалдарда, оның ішінде тау жыныстары, мұз, металдар және керамикада кездесе алады. Көрінетін мысал – құрғақ спагеттиді бүгілгенде, ол көбінесе 2-ден астам бөлікке бөлінеді, бұл алғаш рет Ричард Файнман байқаған.
Fracture cascade is a phenomenon in the context of geology and describes triggering a chain reaction of subsequent fractures by a single fracture. The initial fracture leads to the propagation of additional fractures, causing a cascading effect throughout the material. Fracture cascades can occur in various materials, including rocks, ice, metals, and ceramics. A common example is the bending of dry spaghetti, which in most cases breaks into more than 2 pieces, as first observed by Richard Feynman.
Биология
Биохимиялық каскадтар биологияда кездеседі, онда шағын реакция жүйеге кең ауқымды әсер ете алады. Жағымсыз мысалдың бірі – исхемиялық каскад, онда шағын исхемиялық шабуыл бастапқы зақымданудан әлдеқайда көп жасушаларды өлтіретін уыттарды босатады, осының салдарынан одан да көп уыттар шығарылады. Қазіргі зерттеулер инсультпен ауыратын науқастарда зақымды азайту үшін осы каскадты тоқтату жолын табуға бағытталған. Түрлердің жоғалуын зерттеуде, кейде бір түрдің жоғалуы көптеген басқа түрлердің де жоғалуына себеп болады. Мұндай түрлер негізгі түрлер деп аталады.
Biochemical cascades exist in biology, where a small reaction can have system wide implications. One negative example is ischemic cascade, in which a small ischemic attack releases toxins which kill off far more cells than the initial damage, resulting in more toxins being released. Current research is to find a way to block this cascade in stroke patients to minimize the damage. In the study of extinction, sometimes the extinction of one species will cause many other extinctions to happen. Such a species is known as a keystone species.
Электроника
Тағы бір мысал – Коккрофт-Уолтон генераторы, ол да тізбектей бұзылуларға ұшырауы мүмкін, онда бір бұзылған диодтың өзі бір секундтың ішінде барлық диодтардың бұзылуына әкелуі мүмкін. Осы құбылыстың тағы бір мысалы ғылыми экспериментте 2001 жылы Super Kamiokande экспериментінде қолданылған мыңдаған көміртекті шыны фотокөбейтуші түтіктердің жарылуы болды, онда бір детектордың бұзылуынан пайда болған соққы толқыны тізбекті реакция арқылы қалған детекторлардың жарылуына себеп болған сияқты.
Another example is the Cockcroft–Walton generator, which can also experience cascade failures wherein one failed diode can result in all the diodes failing in a fraction of a second. Yet another example of this effect in a scientific experiment was the implosion in 2001 of several thousand fragile glass photomultiplier tubes used in the Super Kamiokande experiment, where the shock wave caused by the failure of a single detector appears to have triggered the implosion of the other detectors in a chain reaction.
Қаржылық
Қаржы саласында қаржы институттарының тізбектей құлдырау қаупі жүйелік тәуекел деп аталады: бір қаржы институтының құлдырауы басқа қаржы институттарының (оның контрагенттерінің) құлдырауына себеп болып, жүйе бойынша тізбектей таралуы мүмкін. Жүйелік тәуекел тудыруы мүмкін институттар олардың қауіптің қандай себептерін көрсететініне байланысты, «құлдырауға тым үлкен» (TBTF) немесе «құлдырауға тым байланысты» (TICTF) деп есептеледі. Алайда, жүйелік тәуекел жеке институттардың өзінен емес, олардың өзара байланыстарынан туындайтынын ескеру қажет. Тізбектей ақаулардың әсерін зерттеу және болжау үшін ғылыми әдебиетте тиісті аялар жасалған. Қаржыдағы тізбектей сәтсіздіктің ұқсас (бірақ ерекше) түрі қор нарығында орын алады, мысалы, 2010 жылғы Flash Crash. Электр қуатының үзілуі көбінесе өзара байланысты желілердегі ақаулардың тізбегінен туындайды және бұл мәселені соңғы жылдары болған бірнеше ірі масштабты қуат үзілістері анық көрсетеді. Қуат үзілістері – желілер арасындағы тәуелділіктің маңызды рөлін көрсететін қызықты мысал. Мысалы, 2003 жылы Италиядағы қуат үзілісі теміржол желісінің, денсаулық сақтау жүйесінің және қаржы қызметтерінің кең ауқымды бұзылуына әкелді, сонымен қатар телекоммуникациялық желілерге де елеулі әсер етті. Байланыс жүйесінің ішінара істен шығуы, өз кезегінде, электр желісін басқару жүйесін нашарлатты, осылайша қуат желісіне кері байланыс жасады. Бұл мысал өзара тәуелділіктің өзара әрекеттесетін желілік жүйедегі зақымды қалай күшейтетінін көрсетеді.
In finance, the risk of cascading failures of financial institutions is referred to as systemic risk: the failure of one financial institution may cause other financial institutions (its counterparties) to fail, cascading throughout the system. Institutions that are believed to pose systemic risk are deemed either "too big to fail" (TBTF) or "too interconnected to fail" (TICTF), depending on why they appear to pose a threat. Note however that systemic risk is not due to individual institutions per se, but due to the interconnections. Frameworks to study and predict the effects of cascading failures have been developed in the research literature. A related (though distinct) type of cascading failure in finance occurs in the stock market, exemplified by the 2010 Flash Crash. Electrical blackouts frequently result from a cascade of failures between interdependent networks, and the problem has been dramatically exemplified by the several large scale blackouts that have occurred in recent years. Blackouts are a fascinating demonstration of the important role played by the dependencies between networks. For example, the 2003 Italy blackout resulted in a widespread failure of the railway network, health care systems, and financial services and, in addition, severely influenced the telecommunication networks. The partial failure of the communication system in turn further impaired the electrical grid management system, thus producing a positive feedback on the power grid. This example emphasizes how inter dependence can significantly magnify the damage in an interacting network system.
Ашығудың каскадтық ақаулықтары үшін үлгі
Ауыр жүктеме таралуынан туындайтын каскадтық іркілулерге арналған модель – Motter–Lai моделі.
A model for cascading failures due to overload propagation is the Motter–Lai model.