级联失效 - 版本历史

2021年11月11日 (四) 13:07 薄荷

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相互依赖的级联失效

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 == 相互依赖的级联失效 ==
-[[File:Interdependent_relationship_among_different_infrastructures.tif|thumb|right|图1: 不同基础设施之间的相互依存关系的说明]]
+[[File:lossless-page1-800px-Interdependent_relationship_among_different_infrastructures.tif.png|thumb|right|图1: 不同基础设施之间的相互依存关系的说明]]
-[[File:Schematic_demonstration_of_first-_and_second-order_percolation_transitions.tif|thumb|right|图2： 一阶和二阶渗流过渡的示意图。在二阶情况下，[[最大连通分支]]在渗流阈值p=p_c时不断接近零。在一阶情况下，最大连通分支不连续地接近零。]]
+[[File:lossless-page1-800px-Schematic_demonstration_of_first-_and_second-order_percolation_transitions.tif.png|thumb|right|图2： 一阶和二阶渗流过渡的示意图。在二阶情况下，[[最大连通分支]]在渗流阈值p=p_c时不断接近零。在一阶情况下，最大连通分支不连续地接近零。]]
 诸如供水、运输、燃料和发电站等多种基础设施都是耦合在一起的，并相互依赖着运行，见图1。由于这种耦合，相互依存的网络对随机故障，特别是对有针对性的攻击极为敏感，因此，一个网络中一小部分节点的故障就会导致几个相互依存的网络中出现一连串的故障。<ref>{{cite web|title=Report of the Commission to Assess the Threat to the United States from Electromagnetic Pulse (EMP) Attack|url=http://empcommission.org/docs/A2473-EMP_Commission-7MB.pdf}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Rinaldi|first=S.M.|last2=Peerenboom|first2=J.P.|last3=Kelly|first3=T.K.|date=2001|title=Identifying, understanding, and analyzing critical infrastructure interdependencies|url=|journal= IEEE Control Systems Magazine|volume=21|pages=11–25|via=}}</ref> 电气停电经常是由相互依赖的网络之间的故障级联造成的，近年来发生的几次大规模停电事件就极大地说明了这个问题。停电是网络之间的依存关系所起的重要作用的一个很好的证明。例如，2003年意大利大停电导致铁路网、医疗系统、金融服务大面积瘫痪，此外，还严重影响了电信网络。通信系统的部分故障又进一步损害了电网管理系统，从而对电网产生了正反馈。<ref>{{cite journal|last=V. Rosato |first=Issacharoff, L., Tiriticco, F., Meloni, S., Porcellinis, S.D., & Setola, R. |title=Modelling interdependent infrastructures using interacting dynamical models |journal=International Journal of Critical Infrastructures |year=2008 |volume=4 |pages=63–79 |doi=10.1504/IJCIS.2008.016092 }}</ref>这个例子强调了在一个相互影响的网络系统中，相互依赖是如何显著放大损害的。基于[[渗流理论]]，最近发展了一个研究耦合网络之间级联失效的框架。<ref>{{cite journal|last=S. V. Buldyrev|first=R. Parshani, G. Paul, H. E. Stanley, S. Havlin|title=Catastrophic cascade of failures in interdependent networks|journal=Nature|year=2010|volume=464|pages=1025–8|doi=10.1038/nature08932|url=http://havlin.biu.ac.il/Publications.php?keyword=Catastrophic+cascade+of+failures+in+interdependent+networks&year=*&match=all|pmid=20393559|issue=7291|arxiv=1012.0206|bibcode=2010Natur.464.1025B}}</ref> 与连续崩溃的单一网络的渗流相比，级联失效会导致网络的突然崩溃，见图2。空间嵌入式系统中的级联失效已经被证明会导致系统特别脆弱。<ref name="BashanBerezin2013">{{cite journal|last1=Bashan|first1=Amir|last2=Berezin|first2=Yehiel|last3=Buldyrev|first3=Sergey V.|last4=Havlin|first4=Shlomo|title=The extreme vulnerability of interdependent spatially embedded networks|journal=Nature Physics|year=2013|issn=1745-2473|doi=10.1038/nphys2727|volume=9|issue=10|pages=667–672|arxiv=1206.2062|bibcode=2013NatPh...9..667B}}</ref>关于级联失效的动态过程见参考文献。<ref>{{Cite journal|last=Zhou|first=D.|last2=Bashan|first2=A.|last3=Cohen|first3=R.|last4=Berezin|first4=Y.|last5=Shnerb|first5=N.|last6=Havlin|first6=S.|date=2014|title=Simultaneous first- and second-order percolation transitions in interdependent networks|url=|journal=Phys. Rev. E|volume=90|issue=1|pages=012803|bibcode=2014PhRvE..90a2803Z|doi=10.1103/PhysRevE.90.012803|pmid=25122338|arxiv=1211.2330}}</ref>迪•姆洛 Di Muro等人开发了一个修复故障的模型，以避免级联失效。<ref>{{Cite journal|last=Di Muro|first=M. A.|last2=La Rocca|first2=C. E.|last3=Stanley|first3=H. E.|last4=Havlin|first4=S.|last5=Braunstein|first5=L. A.|date=2016-03-09|title=Recovery of Interdependent Networks|journal=Scientific Reports|language=En|volume=6|issue=1|pages=22834|doi=10.1038/srep22834|pmid=26956773|pmc=4783785|issn=2045-2322|arxiv=1512.02555|bibcode=2016NatSR...622834D}}</ref>

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 == 相互依赖的级联失效 ==
 [[File:Interdependent_relationship_among_different_infrastructures.tif|thumb|right|图1: 不同基础设施之间的相互依存关系的说明]]
-[[File:Schematic_demonstration_of_first-_and_second-order_percolation_transitions.tif|thumb|right|图2： 一阶和二阶渗流过渡的示意图。在二阶情况下，'''最大连通分支 giant component'''在渗流阈值p=p_c时不断接近零。在一阶情况下，最大连通分支不连续地接近零。]]
+[[File:Schematic_demonstration_of_first-_and_second-order_percolation_transitions.tif|thumb|right|图2： 一阶和二阶渗流过渡的示意图。在二阶情况下，[[最大连通分支]]在渗流阈值p=p_c时不断接近零。在一阶情况下，最大连通分支不连续地接近零。]]
-诸如供水、运输、燃料和发电站等多种基础设施都是耦合在一起的，并相互依赖着运行，见图1。由于这种耦合，相互依存的网络对随机故障，特别是对有针对性的攻击极为敏感，因此，一个网络中一小部分节点的故障就会导致几个相互依存的网络中出现一连串的故障。<ref>{{cite web|title=Report of the Commission to Assess the Threat to the United States from Electromagnetic Pulse (EMP) Attack|url=http://empcommission.org/docs/A2473-EMP_Commission-7MB.pdf}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Rinaldi|first=S.M.|last2=Peerenboom|first2=J.P.|last3=Kelly|first3=T.K.|date=2001|title=Identifying, understanding, and analyzing critical infrastructure interdependencies|url=|journal= IEEE Control Systems Magazine|volume=21|pages=11–25|via=}}</ref> 电气停电经常是由相互依赖的网络之间的故障级联造成的，近年来发生的几次大规模停电事件就极大地说明了这个问题。停电是网络之间的依存关系所起的重要作用的一个很好的证明。例如，2003年意大利大停电导致铁路网、医疗系统、金融服务大面积瘫痪，此外，还严重影响了电信网络。通信系统的部分故障又进一步损害了电网管理系统，从而对电网产生了正反馈。<ref>{{cite journal|last=V. Rosato |first=Issacharoff, L., Tiriticco, F., Meloni, S., Porcellinis, S.D., & Setola, R. |title=Modelling interdependent infrastructures using interacting dynamical models |journal=International Journal of Critical Infrastructures |year=2008 |volume=4 |pages=63–79 |doi=10.1504/IJCIS.2008.016092 }}</ref>这个例子强调了在一个相互影响的网络系统中，相互依赖是如何显著放大损害的。基于'''<font color="#ff8000"> 渗流理论 Percolation Theory</font>'''，最近发展了一个研究耦合网络之间级联失效的框架。<ref>{{cite journal|last=S. V. Buldyrev|first=R. Parshani, G. Paul, H. E. Stanley, S. Havlin|title=Catastrophic cascade of failures in interdependent networks|journal=Nature|year=2010|volume=464|pages=1025–8|doi=10.1038/nature08932|url=http://havlin.biu.ac.il/Publications.php?keyword=Catastrophic+cascade+of+failures+in+interdependent+networks&year=*&match=all|pmid=20393559|issue=7291|arxiv=1012.0206|bibcode=2010Natur.464.1025B}}</ref> 与连续崩溃的单一网络的渗流相比，级联失效会导致网络的突然崩溃，见图2。空间嵌入式系统中的级联失效已经被证明会导致系统特别脆弱。<ref name="BashanBerezin2013">{{cite journal|last1=Bashan|first1=Amir|last2=Berezin|first2=Yehiel|last3=Buldyrev|first3=Sergey V.|last4=Havlin|first4=Shlomo|title=The extreme vulnerability of interdependent spatially embedded networks|journal=Nature Physics|year=2013|issn=1745-2473|doi=10.1038/nphys2727|volume=9|issue=10|pages=667–672|arxiv=1206.2062|bibcode=2013NatPh...9..667B}}</ref>关于级联失效的动态过程见参考文献。<ref>{{Cite journal|last=Zhou|first=D.|last2=Bashan|first2=A.|last3=Cohen|first3=R.|last4=Berezin|first4=Y.|last5=Shnerb|first5=N.|last6=Havlin|first6=S.|date=2014|title=Simultaneous first- and second-order percolation transitions in interdependent networks|url=|journal=Phys. Rev. E|volume=90|issue=1|pages=012803|bibcode=2014PhRvE..90a2803Z|doi=10.1103/PhysRevE.90.012803|pmid=25122338|arxiv=1211.2330}}</ref>迪•姆洛 Di Muro等人开发了一个修复故障的模型，以避免级联失效。<ref>{{Cite journal|last=Di Muro|first=M. A.|last2=La Rocca|first2=C. E.|last3=Stanley|first3=H. E.|last4=Havlin|first4=S.|last5=Braunstein|first5=L. A.|date=2016-03-09|title=Recovery of Interdependent Networks|journal=Scientific Reports|language=En|volume=6|issue=1|pages=22834|doi=10.1038/srep22834|pmid=26956773|pmc=4783785|issn=2045-2322|arxiv=1512.02555|bibcode=2016NatSR...622834D}}</ref>
+诸如供水、运输、燃料和发电站等多种基础设施都是耦合在一起的，并相互依赖着运行，见图1。由于这种耦合，相互依存的网络对随机故障，特别是对有针对性的攻击极为敏感，因此，一个网络中一小部分节点的故障就会导致几个相互依存的网络中出现一连串的故障。<ref>{{cite web|title=Report of the Commission to Assess the Threat to the United States from Electromagnetic Pulse (EMP) Attack|url=http://empcommission.org/docs/A2473-EMP_Commission-7MB.pdf}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Rinaldi|first=S.M.|last2=Peerenboom|first2=J.P.|last3=Kelly|first3=T.K.|date=2001|title=Identifying, understanding, and analyzing critical infrastructure interdependencies|url=|journal= IEEE Control Systems Magazine|volume=21|pages=11–25|via=}}</ref> 电气停电经常是由相互依赖的网络之间的故障级联造成的，近年来发生的几次大规模停电事件就极大地说明了这个问题。停电是网络之间的依存关系所起的重要作用的一个很好的证明。例如，2003年意大利大停电导致铁路网、医疗系统、金融服务大面积瘫痪，此外，还严重影响了电信网络。通信系统的部分故障又进一步损害了电网管理系统，从而对电网产生了正反馈。<ref>{{cite journal|last=V. Rosato |first=Issacharoff, L., Tiriticco, F., Meloni, S., Porcellinis, S.D., & Setola, R. |title=Modelling interdependent infrastructures using interacting dynamical models |journal=International Journal of Critical Infrastructures |year=2008 |volume=4 |pages=63–79 |doi=10.1504/IJCIS.2008.016092 }}</ref>这个例子强调了在一个相互影响的网络系统中，相互依赖是如何显著放大损害的。基于[[渗流理论]]，最近发展了一个研究耦合网络之间级联失效的框架。<ref>{{cite journal|last=S. V. Buldyrev|first=R. Parshani, G. Paul, H. E. Stanley, S. Havlin|title=Catastrophic cascade of failures in interdependent networks|journal=Nature|year=2010|volume=464|pages=1025–8|doi=10.1038/nature08932|url=http://havlin.biu.ac.il/Publications.php?keyword=Catastrophic+cascade+of+failures+in+interdependent+networks&year=*&match=all|pmid=20393559|issue=7291|arxiv=1012.0206|bibcode=2010Natur.464.1025B}}</ref> 与连续崩溃的单一网络的渗流相比，级联失效会导致网络的突然崩溃，见图2。空间嵌入式系统中的级联失效已经被证明会导致系统特别脆弱。<ref name="BashanBerezin2013">{{cite journal|last1=Bashan|first1=Amir|last2=Berezin|first2=Yehiel|last3=Buldyrev|first3=Sergey V.|last4=Havlin|first4=Shlomo|title=The extreme vulnerability of interdependent spatially embedded networks|journal=Nature Physics|year=2013|issn=1745-2473|doi=10.1038/nphys2727|volume=9|issue=10|pages=667–672|arxiv=1206.2062|bibcode=2013NatPh...9..667B}}</ref>关于级联失效的动态过程见参考文献。<ref>{{Cite journal|last=Zhou|first=D.|last2=Bashan|first2=A.|last3=Cohen|first3=R.|last4=Berezin|first4=Y.|last5=Shnerb|first5=N.|last6=Havlin|first6=S.|date=2014|title=Simultaneous first- and second-order percolation transitions in interdependent networks|url=|journal=Phys. Rev. E|volume=90|issue=1|pages=012803|bibcode=2014PhRvE..90a2803Z|doi=10.1103/PhysRevE.90.012803|pmid=25122338|arxiv=1211.2330}}</ref>迪•姆洛 Di Muro等人开发了一个修复故障的模型，以避免级联失效。<ref>{{Cite journal|last=Di Muro|first=M. A.|last2=La Rocca|first2=C. E.|last3=Stanley|first3=H. E.|last4=Havlin|first4=S.|last5=Braunstein|first5=L. A.|date=2016-03-09|title=Recovery of Interdependent Networks|journal=Scientific Reports|language=En|volume=6|issue=1|pages=22834|doi=10.1038/srep22834|pmid=26956773|pmc=4783785|issn=2045-2322|arxiv=1512.02555|bibcode=2016NatSR...622834D}}</ref>
 此外，研究表明，当这种系统嵌入空间时，极易受到局部攻击或故障的影响。超过临界损伤半径，故障可能扩散到整个系统。<ref>{{Cite journal|last=Berezin|first=Yehiel|last2=Bashan|first2=Amir|last3=Danziger|first3=Michael M.|last4=Li|first4=Daqing|last5=Havlin|first5=Shlomo|date=2015-03-11|title=Localized attacks on spatially embedded networks with dependencies|journal=Scientific Reports|language=en|volume=5|issue=1|pages=8934|doi=10.1038/srep08934|pmid=25757572|pmc=4355725|issn=2045-2322|bibcode=2015NatSR...5E8934B}}</ref>
 == 过载级联失效模型 ==

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-本词条由11初步翻译，已由WildBoar完成审校
+{{#seo:
+|keywords=
-{{short description|System of interconnected parts in which the failure of one or few parts can trigger the failure of others}}
+|description=互连部件的系统，其中一个或几个部件的故障会引起其他部件的故障
 }}
 [[Image:Networkfailure.gif|thumb|right|演示单个故障如何导致整个网络中其他故障的动画]]
 在一个部件相互连接的系统中，一个或几个部件的故障会引发其他部件的故障的过程就是'''级联失效 Cascading Failure'''（也可译为级联故障）。这种故障可能发生在许多类型的系统中，包括电力输送、计算机网络、金融、交通系统、生物体、人体和生态系统。
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 == 在电力输送中 ==
-级联失效在电网中很常见，当其中一个元件(完全或部分)发生故障并将其负荷转移到系统中附近的元件时，就会推动那些附近的元件超出其容量，从而过载，并将其负荷转移到其他元件上。级联失效在高压系统中也很常见，在一个满载或轻度过载的系统中，一个'''单点故障 Single Point of Failure (SPF)'''会导致系统所有节点突然出现尖峰。这种'''浪涌电流 Surge Current'''可能会导致已经过载的节点发生故障，引发更多过载，从而在很短的时间内使整个系统瘫痪。
+级联失效在电网中很常见，当其中一个元件（完全或部分）发生故障并将其负荷转移到系统中附近的元件时，就会推动那些附近的元件超出其容量，从而过载，并将其负荷转移到其他元件上。级联失效在高压系统中也很常见，在一个满载或轻度过载的系统中，一个'''单点故障 Single Point of Failure (SPF)'''会导致系统所有节点突然出现尖峰。这种'''浪涌电流 Surge Current'''可能会导致已经过载的节点发生故障，引发更多过载，从而在很短的时间内使整个系统瘫痪。
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-级联失效的原因通常是一个单个关键的路由器或节点的超载，导致节点宕机即使是短暂地宕机。它也可能是由于为了维护或升级而关闭一个节点引起的。在这两种情况下，流量都被路由到达或通过另一条(替代)路径。结果，这条替代路径变得过载，导致宕机，等等。它还会影响依赖该节点正常运行的系统。
+级联失效的原因通常是一个单个关键的路由器或节点的超载，导致节点宕机即使是短暂地宕机。它也可能是由于为了维护或升级而关闭一个节点引起的。在这两种情况下，流量都被路由到达或通过另一条（替代）路径。结果，这条替代路径变得过载，导致宕机，等等。它还会影响依赖该节点正常运行的系统。
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-在物种灭绝的研究中，有时一个物种的灭绝会导致许多其他物种的灭绝。这样的物种被称为<font color="#ff8000"> 关键种 keystone species</font>。
+在物种灭绝的研究中，有时一个物种的灭绝会导致许多其他物种的灭绝。这样的物种被称为'''关键种 keystone species'''。
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-本中文词条由tueryeye翻译和审校，[[用户:薄荷|薄荷]]编辑，如有问题，欢迎在讨论页面留言。
+本中文词条由11翻译和WildBoar审校，[[用户:薄荷|薄荷]]编辑，如有问题，欢迎在讨论页面留言。
 '''本词条内容源自wikipedia及公开资料，遵守 CC3.0协议。'''

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-== See also ==
+== 另见 ==
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-* [[Power outage|Blackouts]]
+* [[脆性系统]]
-*[[停电|停电]]。
+* [[蝴蝶效应]]
 * [[拜占庭故障]]
-* [[Brittle system]]
+* [[级联回滚]]
-* [[<font color="#ff8000"> 脆性系统 Brittle system</font>]]
+* [[混沌理论]]
 * [[拥塞崩溃]]
 * [[多米诺效应]]
-* [[Domino effect]]
+* [[凯斯勒现象]]
 * [[渗流理论]]
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+<br>
 == 参考 ==

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-== References ==
+== 参考 ==
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+<br>
 == 进一步阅读==

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   }}
 * {{cite web
   |url=http://redmondmag.com/columns/print.asp?EditorialsID=1000
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   |url-status=dead
 }}
 * {{cite web
   |url=http://www.chds.us/?research/software&d=list
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   |archivedate=2008-12-28
   }}
 == 相关链接 ==