कैस्केडिंग विफलता

एक कैस्केडिंग विफलता एक दूसरे का संबंध भागों की एक प्रणाली में विफलता है जिसमें एक या कुछ भागों की विफलता अन्य भागों की विफलता की ओर ले जाती है, जो सकारात्मक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्तरोत्तर बढ़ रही है। यह तब हो सकता है जब एक भाग विफल हो जाता है, जिससे संभावना बढ़ जाती है कि सिस्टम के अन्य भाग विफल हो जाते हैं। इस तरह की विफलता कई प्रकार की प्रणालियों में हो सकती है, जिसमें पॉवर ट्रांसमिशन, कंप्यूटर नेटवर्किंग, वित्त, परिवहन प्रणाली, जीव, मानव शरीर और पारिस्थितिक तंत्र शामिल हैं।

कैस्केडिंग विफलता तब हो सकती है जब सिस्टम का एक भाग विफल हो जाता है। जब ऐसा होता है, तब अन्य भागों को विफल घटक के लिए क्षतिपूर्ति करनी चाहिए। यह बदले में इन नोड्स को अधिभारित करता है, जिससे वे विफल भी हो जाते हैं, जिससे अतिरिक्त नोड्स एक के बाद एक विफल हो जाते हैं।

विद्युत संचरण में
पावर ग्रिड में कैस्केडिंग विफलता आम है जब तत्वों में से एक (पूरी तरह या आंशिक रूप से) विफल हो जाता है और सिस्टम में आस-पास के तत्वों को अपना भार स्थानांतरित कर देता है। उन आस-पास के तत्वों को तब उनकी क्षमता से परे धकेल दिया जाता है जिससे वे अतिभारित हो जाते हैं और अपना भार अन्य तत्वों पर स्थानांतरित कर देते हैं। कैस्केडिंग विफलता उच्च वोल्टेज सिस्टम में देखा जाने वाला एक सामान्य प्रभाव है, जहां सिस्टम के सभी नोड्स में अचानक स्पाइक में पूरी तरह से लोड या थोड़ा अधिभारित सिस्टम पर विफलता का एक बिंदु (एसपीएफ़) होता है। यह सर्ज करंट पहले से ही ओवरलोडेड नोड्स को विफल कर सकता है, और अधिक ओवरलोड सेट कर सकता है और इस तरह बहुत कम समय में पूरे सिस्टम को नीचे ले जा सकता है।

यह विफलता प्रक्रिया प्रणाली के तत्वों के माध्यम से एक तालाब पर लहर की तरह फैलती है और तब तक जारी रहती है जब तक कि सिस्टम में सभी तत्वों से समझौता नहीं किया जाता है और / या सिस्टम अपने भार के स्रोत से कार्यात्मक रूप से डिस्कनेक्ट हो जाता है। उदाहरण के लिए, कुछ शर्तों के तहत एक एकल ट्रांसफॉर्मर की विफलता के बाद एक बड़ी पावर ग्रिड गिर सकती है।

रीयल-टाइम कंप्यूटिंग में सिस्टम के संचालन की निगरानी करना | रीयल-टाइम, और भागों के विवेकपूर्ण डिस्कनेक्शन से कैस्केड को रोकने में मदद मिल सकती है। एक अन्य सामान्य तकनीक संभावित विफलताओं के कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा सिस्टम के लिए एक सुरक्षा मार्जिन की गणना करना है, नीचे सुरक्षित संचालन स्तर स्थापित करना है, जिसके नीचे किसी भी परिकलित परिदृश्य में कैस्केडिंग विफलता का कारण होने की भविष्यवाणी नहीं की गई है, और नेटवर्क के उन हिस्सों की पहचान करना है जो सबसे अधिक संभावित हैं। कैस्केडिंग विफलताओं का कारण। विद्युत ग्रिड विफलताओं को रोकने के साथ प्राथमिक समस्याओं में से एक यह है कि नियंत्रण संकेत की गति प्रसार शक्ति अधिभार की गति से तेज नहीं है, अर्थात चूंकि नियंत्रण संकेत और विद्युत शक्ति दोनों समान गति से चल रहे हैं, यह नहीं है तत्व को अलग करने के लिए आगे चेतावनी भेजकर आउटेज को अलग करना संभव है।

उदाहरण
कैस्केडिंग विफलता के कारण निम्नलिखित बिजली आउटेज हुए:
 * 1965 का पूर्वोत्तर ब्लैकआउट
 * 1999 दक्षिणी ब्राजील ब्लैकआउट
 * 2003 का पूर्वोत्तर ब्लैकआउट
 * 2003 इटली ब्लैकआउट
 * 2003 लंदन ब्लैकआउट
 * 2006 यूरोपीय अंधकार
 * 2012 उत्तरी भारत पावर ग्रिड विफलता
 * 2016 दक्षिण ऑस्ट्रेलियाई ब्लैकआउट
 * 2019 अर्जेंटीना, पैराग्वे और उरुग्वे ब्लैकआउट

कंप्यूटर नेटवर्क में
कंप्यूटर नेटवर्क (जैसे इंटरनेट) में कैस्केडिंग विफलताएं भी हो सकती हैं, जिसमें नेटवर्क यातायात नियंत्रण गंभीर रूप से बिगड़ा हुआ है या नेटवर्क के बड़े वर्गों के बीच या हार्डवेयर या सॉफ़्टवेयर के विफल होने या डिस्कनेक्ट होने के कारण रुका हुआ है। इस संदर्भ में, कैस्केडिंग विफलता को कैस्केड विफलता शब्द से जाना जाता है। कैस्केड की विफलता लोगों और प्रणालियों के बड़े समूहों को प्रभावित कर सकती है।

कैस्केड विफलता का कारण आमतौर पर एक एकल, महत्वपूर्ण राउटर (कंप्यूटिंग) या नोड का ओवरलोडिंग होता है, जो नोड को संक्षिप्त रूप से नीचे जाने का कारण बनता है। यह रखरखाव या उन्नयन के लिए एक नोड डाउन लेने के कारण भी हो सकता है। किसी भी स्थिति में, ट्रैफ़िक दूसरे (वैकल्पिक) पथ की ओर या उससे होकर जा रहा है। नतीजतन, यह वैकल्पिक मार्ग अतिभारित हो जाता है, जिससे यह नीचे जाता है, और इसी तरह। यह उन प्रणालियों को भी प्रभावित करेगा जो नियमित संचालन के लिए नोड पर निर्भर करती हैं।

लक्षण
कैस्केड विफलता के लक्षणों में शामिल हैं: पैकेट हानि और उच्च नेटवर्क लेटेंसी (इंजीनियरिंग), न केवल एकल सिस्टम के लिए, बल्कि नेटवर्क या इंटरनेट के पूरे खंड के लिए। उच्च विलंबता और पैकेट नुकसान उन नोड्स के कारण होता है जो भीड़ के पतन के कारण काम करने में विफल होते हैं, जिसके कारण वे अभी भी नेटवर्क में मौजूद रहते हैं लेकिन उनके माध्यम से बहुत अधिक या कोई उपयोगी संचार नहीं होता है। नतीजतन, मार्गों को वास्तव में संचार प्रदान किए बिना अभी भी वैध माना जा सकता है।

यदि कैस्केड विफलता के कारण पर्याप्त मार्ग नीचे जाते हैं, तो नेटवर्क या इंटरनेट का एक पूरा खंड पहुंच से बाहर हो सकता है। हालांकि अवांछित, यह इस विफलता से पुनर्प्राप्ति को गति देने में मदद कर सकता है क्योंकि कनेक्शन का समय समाप्त हो जाएगा, और अन्य नोड उन अनुभागों से कनेक्शन स्थापित करने का प्रयास करना छोड़ देंगे जो कट ऑफ हो गए हैं, शामिल नोड्स पर लोड कम हो रहा है।

कैस्केड विफलता के दौरान एक सामान्य घटना चलने की विफलता है, जहां खंड नीचे जाते हैं, जिससे अगला खंड विफल हो जाता है, जिसके बाद पहला खंड वापस आता है। स्थिरता बहाल होने से पहले यह तरंग एक ही खंड या कनेक्टिंग नोड्स के माध्यम से कई पास बना सकती है।

इतिहास
कैस्केड विफलताएं अपेक्षाकृत हालिया विकास हैं, यातायात में भारी वृद्धि और सिस्टम और नेटवर्क के बीच उच्च इंटरकनेक्टिविटी के साथ। यह शब्द पहली बार 1990 के दशक के अंत में एक डच आईटी पेशेवर द्वारा इस संदर्भ में लागू किया गया था और धीरे-धीरे इस तरह की बड़े पैमाने की विफलता के लिए एक अपेक्षाकृत सामान्य शब्द बन गया है।

उदाहरण
नेटवर्क विफलता आमतौर पर तब शुरू होती है जब एक एकल नेटवर्क नोड विफल हो जाता है। प्रारंभ में, सामान्य रूप से नोड के माध्यम से जाने वाले यातायात को रोक दिया जाता है। मेजबानों तक न पहुंच पाने के बारे में सिस्टम और उपयोगकर्ताओं को त्रुटियां मिलती हैं। आम तौर पर, ISP की निरर्थक प्रणालियाँ बहुत तेज़ी से प्रतिक्रिया देती हैं, एक अलग रीढ़ के माध्यम से दूसरा रास्ता चुनती हैं। इस वैकल्पिक मार्ग के माध्यम से रूटिंग पथ अधिक हॉप (दूरसंचार) के साथ लंबा है और बाद में अधिक सिस्टम के माध्यम से जा रहा है जो आम तौर पर अचानक पेश किए गए ट्रैफ़िक की मात्रा को संसाधित नहीं करते हैं।

यह वैकल्पिक मार्ग के साथ एक या एक से अधिक सिस्टम को नीचे जाने का कारण बन सकता है, जिससे उनकी खुद की समान समस्याएं पैदा हो सकती हैं।

इस मामले में संबंधित सिस्टम भी प्रभावित होते हैं। एक उदाहरण के रूप में, डॉमेन नाम सिस्टम रिज़ॉल्यूशन विफल हो सकता है और सामान्य रूप से सिस्टम को आपस में जोड़ने का क्या कारण होगा, ऐसे कनेक्शन टूट सकते हैं जो वास्तविक सिस्टम में सीधे तौर पर शामिल नहीं हैं जो नीचे चले गए हैं। यह, बदले में, समस्याओं को विकसित करने के लिए प्रतीत होता है असंबंधित नोड्स का कारण बन सकता है, जो अपने आप में एक और कैस्केड विफलता का कारण बन सकता है।

दिसंबर 2012 में, वैश्विक स्तर पर 18 मिनट के लिए जीमेल लगीं सेवा का आंशिक नुकसान (40%) हुआ। सेवा की यह हानि लोड संतुलन सॉफ़्टवेयर के एक नियमित अद्यतन के कारण हुई थी जिसमें दोषपूर्ण तर्क शामिल थे - इस मामले में, त्रुटि अधिक उपयुक्त 'कुछ' के बजाय अनुचित 'सभी' का उपयोग करके तर्क के कारण हुई थी। एक बार में सभी नोड्स को आंशिक रूप से अपडेट करने के बजाय नेटवर्क में एक नोड को पूरी तरह से अपडेट करके कैस्केडिंग त्रुटि को ठीक किया गया था।

कैस्केडिंग संरचनात्मक विफलता
असतत संरचनात्मक घटकों के साथ कुछ लोड-असर संरचनाएं ज़िपर प्रभाव के अधीन हो सकती हैं, जहां एकल संरचनात्मक सदस्य की विफलता से आसन्न सदस्यों पर भार बढ़ जाता है। हयात रीजेंसी वॉकवे पतन पतन के मामले में, एक निलंबित वॉकवे (जो पहले से ही निर्माण में त्रुटि के कारण ओवरस्ट्रेस्ड था) विफल हो गया जब एक एकल ऊर्ध्वाधर निलंबन रॉड विफल हो गया, पड़ोसी छड़ों को ओवरलोड करना जो क्रमिक रूप से विफल हो गया (यानी एक ज़िप की तरह)। एक पुल जिसमें ऐसी विफलता हो सकती है उसे फ्रैक्चर क्रिटिकल कहा जाता है, और एक ही हिस्से की विफलता के कारण कई पुल ढह गए हैं। इस प्रकार की यांत्रिक कैस्केड विफलता को रोकने के लिए उचित रूप से डिज़ाइन की गई संरचनाएं पर्याप्त सुरक्षा कारक और/या वैकल्पिक लोड पथ का उपयोग करती हैं।

जीव विज्ञान
जीव विज्ञान में जैव रासायनिक झरना मौजूद हैं, जहां एक छोटी सी प्रतिक्रिया में सिस्टम-व्यापी प्रभाव हो सकते हैं। एक नकारात्मक उदाहरण इस्केमिक झरना है, जिसमें एक छोटा इस्किमिया हमला विषाक्त पदार्थों को छोड़ता है जो प्रारंभिक क्षति की तुलना में कहीं अधिक कोशिकाओं को मारते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक विषाक्त पदार्थ निकलते हैं। क्षति को कम करने के लिए आघात रोगियों में इस कैस्केड को अवरुद्ध करने का एक तरीका खोजना वर्तमान शोध है।

विलुप्त होने के अध्ययन में, कभी-कभी एक प्रजाति के विलुप्त होने से कई अन्य विलुप्तियां हो सकती हैं। ऐसी प्रजाति को कीस्टोन प्रजाति के रूप में जाना जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स
एक अन्य उदाहरण कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन जनरेटर है, जो कैस्केड विफलताओं का भी अनुभव कर सकता है, जिसमें एक विफल डायोड के परिणामस्वरूप सभी डायोड सेकंड के एक अंश में विफल हो सकते हैं।

फिर भी एक वैज्ञानिक प्रयोग में इस प्रभाव का एक और उदाहरण 2001 में सुपर Kamiokande प्रयोग में उपयोग किए गए कई हजार नाजुक ग्लास फोटोमल्टीप्लायर ट्यूबों का इम्प्लोसन (यांत्रिक प्रक्रिया) था, जहां एकल डिटेक्टर की विफलता के कारण होने वाली शॉक वेव शुरू हो गई थी। श्रृंखला अभिक्रिया में अन्य संसूचकों का विस्फोट।

वित्त
वित्त में, वित्तीय संस्थानों की कैस्केडिंग विफलताओं के जोखिम को प्रणालीगत जोखिम के रूप में संदर्भित किया जाता है: एक वित्तीय संस्थान की विफलता के कारण अन्य वित्तीय संस्थान (इसके प्रतिपक्ष) विफल हो सकते हैं, पूरे सिस्टम में कैस्केडिंग हो सकती है। जिन संस्थानों के बारे में माना जाता है कि वे प्रणालीगत जोखिम पैदा करते हैं, उन्हें या तो असफल होने के लिए बहुत बड़ा (TBTF) माना जाता है या असफल होने के लिए बहुत अधिक (TICTF) माना जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे खतरा क्यों प्रकट करते हैं।

हालांकि ध्यान दें कि प्रणालीगत जोखिम अलग-अलग संस्थानों के कारण नहीं है, बल्कि इंटरकनेक्शन के कारण है। अनुसंधान साहित्य में कैस्केडिंग विफलताओं के प्रभावों का अध्ययन करने और भविष्यवाणी करने के लिए रूपरेखाएँ विकसित की गई हैं। वित्त में एक संबंधित (हालांकि अलग) प्रकार की कैस्केडिंग विफलता शेयर बाजार में होती है, जिसका उदाहरण 2010 फ्लैश क्रैश है।

अन्योन्याश्रित कैस्केडिंग विफलताएँ
फाइल: इंटरडिपेंडेंट_रिलेशनशिप_मॉन्ग_डिफरेंट_इन्फ्रास्ट्रक्चर्स.टिफ|थंब|राइटडाइवर्स आधारभूत संरचना जैसे कि पानी की आपूर्ति, परिवहन, ईंधन और बिजलीघर एक साथ जुड़े हुए हैं और कामकाज के लिए एक-दूसरे पर निर्भर हैं, चित्र 1 देखें। इस युग्मन के कारण, अन्योन्याश्रित नेटवर्क यादृच्छिक विफलताओं के प्रति बेहद संवेदनशील हैं।, और विशेष रूप से लक्षित खतरे के लिए, जैसे कि एक नेटवर्क में नोड्स के एक छोटे से अंश की विफलता कई अन्योन्याश्रित नेटवर्कों में विफलताओं के पुनरावृत्त कैस्केड को ट्रिगर कर सकती है। पावर आउटेज अक्सर अन्योन्याश्रित नेटवर्क के बीच विफलताओं के एक झरने का परिणाम होता है, और हाल के वर्षों में कई बड़े पैमाने पर ब्लैकआउट्स द्वारा समस्या को नाटकीय रूप से उदाहरण दिया गया है। ब्लैकआउट नेटवर्क के बीच निर्भरताओं द्वारा निभाई गई महत्वपूर्ण भूमिका का एक आकर्षक प्रदर्शन है। उदाहरण के लिए, 2003 के इटली ब्लैकआउट के परिणामस्वरूप रेल परिवहन, स्वास्थ्य प्रणाली और वित्तीय सेवाओं की व्यापक विफलता हुई और इसके अलावा, दूरसंचार नेटवर्क को गंभीर रूप से प्रभावित किया। बदले में संचार प्रणाली की आंशिक विफलता ने विद्युत ग्रिड प्रबंधन प्रणाली को और खराब कर दिया, इस प्रकार बिजली ग्रिड पर सकारात्मक प्रतिक्रिया उत्पन्न हुई। यह उदाहरण इस बात पर जोर देता है कि इंटर-डिपेंडेंस एक इंटरेक्टिंग नेटवर्क सिस्टम में नुकसान को महत्वपूर्ण रूप से कैसे बढ़ा सकता है।

ओवरलोड कैस्केडिंग विफलताओं के लिए मॉडल
ओवरलोड प्रचार के कारण कैस्केडिंग विफलताओं के लिए एक मॉडल मोट्टर-लाइ मॉडल है।

यह भी देखें

 * बिजली चली गयी
 * भंगुर प्रणाली
 * तितली प्रभाव
 * बीजान्टिन विफलता
 * कैस्केडिंग रोलबैक
 * श्रृंखला अभिक्रिया
 * अराजकता सिद्धांत
 * कैश भगदड़
 * भीड़भाड़ का पतन
 * दूरगामी प्रभाव
 * एक कील की चाह के लिए (कहावत)
 * नेटवर्क विज्ञान
 * नेटवर्क सिद्धांत
 * अन्योन्याश्रित नेटवर्क
 * केसलर सिंड्रोम
 * परकोलेशन सिद्धांत
 * प्रगतिशील पतन
 * पुण्य चक्र और दुष्चक्र
 * दुष्ट समस्या

बाहरी कड़ियाँ

 * Space Weather: Blackout — Massive Power Grid Failure
 * Cascading failure demo applet (Monash University's Virtual Lab)
 * A. E. Motter and Y.-C. Lai, Cascade-based attacks on complex networks, Physical Review E (Rapid Communications) 66, 065102 (2002).
 * P. Crucitti, V. Latora and M. Marchiori, Model for cascading failures in complex networks, Physical Review E (Rapid Communications) 69, 045104 (2004).
 * Protection Strategies for Cascading Grid Failures — A Shortcut Approach
 * I. Dobson, B. A. Carreras, and D. E. Newman, preprint A loading-dependent model of probabilistic cascading failure, Probability in the Engineering and Informational Sciences, vol. 19, no. 1, January 2005, pp. 15–32.
 * Nova: Crash of Flight 111 on September 2, 1998. Swissair Flight 111 flying from New York to Geneva slammed into the Atlantic Ocean off the coast of Nova Scotia with 229 people aboard. Originally believed a terrorist act. After $39 million investigation, insurance settlement of $1.5 billion and more than four years, investigators unravel the puzzle: cascading failure. What is the legacy of Swissair 111? "We have a window into the internal structure of design, checks and balances, protection, and safety." -David Evans, Editor-in-Chief of Air Safety Week.
 * PhysicsWeb story: Accident grounds neutrino lab
 * The Structure and Dynamics of Large Scale Organizational Networks (Dan Braha, New England Complex Systems Institute)
 * From Single Network to Network of Networks