網路中，一個或少數幾個節點或連線的失效會通過節點之間的耦合關係引發其他節點也發生失效，進而產生級聯效應，最終導致相當一部分節點甚至整個網路的崩潰，這種現象就稱為級聯失效，有時也形象稱之為“ 雪崩” 。
基本介紹
- 中文名：級聯失效
- 外文名：cascading failure
- 學科：工程技術
- 特點：元件故障會引起一系列的其他故障
- 危害：影響整個系統的運行
- 類型：網路故障
簡介,研究現狀,指揮控制級聯失效模型,
簡介
級聯失效是一種可以引發一系列失效，並最終在整個系統中導致故障傳播的網路故障模式。其潛在的風險和災難性的後果促使許多領域投人大量精力探究級聯失效，從而提出規避風險以及降低級聯失效災難性後果的新措施。
研究現狀
網路的故障過程可以看成是典型的相變過程，相變的臨界點標誌著網路的整體失效。分析網路故障的臨界點，對於預測級恥舉囑聯失效的發生，指導網路系統的可靠性設計等有積極意義。網路故障的臨界性分析一般基於滲流理論，通過建立網路節點之間的故障依賴顯性關係，分析整個網路功能對各類風險的容忍能力。研疊勸充究通常假設各類故障依賴關係的拓撲結構和數量，並量化這些因素對網路彈性的影響能力。對於單個網路，網路的滲流臨界值取決於網路中故障依賴邊的分布和比例。而對於耦合網路，在網路間的耦合拓撲關係確定的情況下，滲流臨界值取決於禍合網路的數量。
在故障機理的研究中，重點在於對網路級聯失效榆院料的原理進行建模，得到可以較好刻畫實際網路級聯失效過程的模型。例如，過載是一種較常見的級聯失效故障機理，主要發生在電力網路、交通網路等有流量運輸任務的網路。在這些網路中，如果網路某個節點上的流量超過其闌值，那么將導致此節點上流量的重新分配，進而加劇了其他節點的負載壓力，並可能引發這些節點過載失效，最終形成故障傳播。在複雜網路研究中，主要通過用網路節點的介數來模擬流量，進而對由過載導致的級聯失效進行建模，主要的模型包括：Motter-Lai模型、Crucitti模型和OPA模型等。在這些模型中，Motter-Lai模型被廣泛用於抽象模擬各類網路的級聯失效過程，同時忽略了許多特殊的網路運行和管理細節。OPA模型則主要針對模擬電力網路中的級聯失效過程，並考慮了許多的電力網路運行特點。
除了以上針對級聯失效的理論分析和機理建模外，實際網路中發生的級聯失效也受到一定關注。特別是在電網的實際故障數據中，研究發現電網故障規模呈現冪律分布。這種故障規模分布被認為是電網自組織臨界的結果:由於經濟性和可靠性的雙重要求，電網總是運行在自身的臨界點上，以達到可靠性要求允許範圍內的最大經濟效益。在這樣的狀態下，電力網路一旦發生級聯失效，故障規模就呈現冪律分布，其中大範圍故障的機率大大增加。
指揮控制級聯失效模型
為適應未來信息化作戰的需要，指揮控制網路化發展趨勢已成必然，傳統的樹狀體系結構逐漸演變為複雜的網狀體系結構，貫穿其中的信息流也分解為用於縱向控制的指揮信息流和用於橫向協同的情報信息流。在指揮信息和情報信息耦合的指揮控制網路中，每個指揮控制單元主要山感知觀測、情報處理、指揮決策和通信執行四部分功能組成剃灑擊，負責處理觀測、接收和指揮三大類信息流，具體完成以下任務：將觀測和接收到的信息轉換成指揮信息和傳遞給其他單元的有效信息，將指揮信息轉換成執行任務和傳遞給其他單元的指揮信息。
在指揮控制網路中，信息分流、組霉犁淋殃織差異和潛在危險構成了級聯失效發生的三大條件，其級聯失效過程主要可以分為以下三個階段：
（1）穩定工作。每個網路節點依據實際要求部署完成後，在恥樂說灶其工作負載範圍內正常運行；
（2）負載傳播。當網路中的某個節點遭到硬摧毀盛尋或出現軟故障時，通和該節點的信息流就會自動分流，這勢必給其它節點造成壓力，當信息量超出節點的處理能力時，就會出現節點工作效率急劇下降，甚至工作失效的現象，進而導致新一輪的負載分配；
（3）失效終結。節點相繼失效導致網路遭到嚴重破壞，失去工作能力，或者節點失效影響範圍有限，整個網路又回到一種自組織平衡狀態，都代表著級聯失效過程的結束。
（1）穩定工作。每個網路節點依據實際要求部署完成後，在其工作負載範圍內正常運行；
（2）負載傳播。當網路中的某個節點遭到硬摧毀或出現軟故障時，通和該節點的信息流就會自動分流，這勢必給其它節點造成壓力，當信息量超出節點的處理能力時，就會出現節點工作效率急劇下降，甚至工作失效的現象，進而導致新一輪的負載分配；
（3）失效終結。節點相繼失效導致網路遭到嚴重破壞，失去工作能力，或者節點失效影響範圍有限，整個網路又回到一種自組織平衡狀態，都代表著級聯失效過程的結束。
