Индикаторы риска каскадных сбоев взаимосвязанных сетевых структур

Автор(ы): Тырсин А.Н., Кащеев С.Е.

Выпуск: 102

Рубрика: Сетевые модели в управлении

Год: 2023

Библиография: Тырсин А.Н., Кащеев С.Е. Индикаторы риска каскадных сбоев взаимосвязанных сетевых структур // Управление большими системами. Выпуск 102. М.: ИПУ РАН, 2023. С.76-98. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2023.102.5

Дата опубликования: 31.03.2023

Ключевые слова: сетевая структура, модель, риск, взаимосвязь, каскадный сбой, система

Аннотация: Поведение реальных систем часто обладает стохастичностью, а связи между их элементами можно адекватно описывать как корреляционные. В последние годы наблюдаются тенденции увеличения и усложнения современных сетей при росте их зависимости друг от друга. Мы наблюдаем, как несколько сетей объединяются в одну взаимозависимую сетевую структуру. Это приводит к возрастанию рисков того, что отказ узлов в одной сети может привести к отказу зависимых узлов в других сетях. В результате таких отказов могут возникать катастрофические каскадные сбои в таких взаимосвязанных сетевых структурах. С учетом масштабности таких структур, часто являющихся критическими инфраструктурами, данная проблема становится весьма актуальной. В статье введена скалярная мера взаимосвязи между несколькими произвольно распределенными непрерывными случайными векторами. Она позволяет оценить тесноту взаимосвязи между различными подсистемами (сетями) в сетевых структурах. Применительно к гауссовым модельным сетевым структурам проведено исследование влияния тесноты взаимосвязи между подсистемами на риск возникновения каскадных сбоев. В качестве величины риска использовалась вероятность таких сбоев. В качестве индикатора риска возникновения каскадных сбоев в сетевой структуре предложено использовать коэффициент корреляционной взаимосвязи между ее подсистемами. А для снижения риска возникновения каскадных сбоев в сетевой структуре следует уменьшать тесноту корреляции между наиболее взаимосвязанными элементами подсистем.

Author(s): Tyrsin A., Kashcheev S.

Article title: Risk indicators of cascading failures in interconnected network structures

Issue: 102

Year: 2023

Keywords: network structure, model, risk, interconnection, cascading failure, system

Abstract: The behavior of real systems is often stochastic, and the connections between their elements can be adequately described as correlations. In recent years, there have been trends of increasing and complicating modern networks with the growth of their dependence on each other. We observe how several networks are combined into one interdependent network structure. This leads to an increase in the risks that the failure of nodes in one network may lead to the failure of dependent nodes in other networks. As a result of such failures, catastrophic cascade failures can occur in such interconnected network structures. Given the scale of such structures, which are often critical infrastructures, this problem becomes very relevant. The article introduces a scalar measure of the relationship between several arbitrarily distributed continuous random vectors. It allows you to assess the closeness of the relationship between different subsystems (networks) in network structures. Applied to Gaussian model network structures, the influence of the closeness of the relationship between subsystems on the risk of cascading failures has been studied. The probability of such failures was used as the risk value. As an indicator of the risk of cascading failures in the network structure, it is proposed to use the coefficient of correlation between its subsystems. And to reduce the risk of cascading failures in the network structure, it is necessary to reduce the tightness of correlation between the most interconnected elements of subsystems.