ما هو نظام تحميل الأحمال shedding في شبكات الحاسوب

يعني وجود الازدحام في نقل البيانات أنّ الحمل أكبر من الموارد المتاحة عبر الشبكة للتعامل معها، كما سيتم الحصول على فكرة لتقليل الازدحام من خلال محاولة زيادة الموارد أو تقليل العبء، لكنّها ليست فكرة جيدة كثيراً حيث هناك بعض الأساليب للتحكم في الازدحام على الشبكة والتي يتم تطبيقها عادةً على نطاقات زمنية مختلفة إمّا لمنع الازدحام أو الاستجابة له بمجرد حدوثه.

ما هو نظام تحميل الأحمال shedding

نظام تحميل الأحمال “shedding”: هي إحدى طرق التحكم في الازدحام، حيث يحتوي جهاز التوجيه على مخزن مؤقت لتخزين الحزم وتوجيهه إلى الوجهة، وعندما يمتلئ المخزن المؤقت فإنّه يتجاهل ببساطة بعض الحزم، كما يختار الحزمة التي سيتم تجاهلها بناءً على الإستراتيجية المطبقة في طبقة ارتباط البيانات. وهذا ما يسمى فصل الأحمال.

سيستخدم فصل الأحمال إسقاط الحزم القديمة بدلاً من الجديدة لتجنب الازدحام، حيث يُفضل إسقاط الحزم التي تشكل جزءاً من الاختلاف لأنّ الحزمة المستقبلية تعتمد على الإطار الكامل، ولتنفيذ سياسة إهمال ذكية يجب على التطبيقات تحديد حزمها للإشارة إلى الشبكة إلى مدى أهميتها، حيث عندما يتعين التخلص من الحزم يمكن لأجهزة التوجيه أولاً إسقاط الحزم من الفئة الأقل أهمية ثم الفئة التالية الأكثر أهمية وما إلى ذلك.

مزايا نظام تحميل الأحمال shedding

• يمكن استخدامه في الكشف عن الازدحام.

• يمكن أن يتعافى من الازدحام.

• يقلل من تدفق حركة مرور الشبكة.

• التدفق المتزامن للحزم عبر الشبكة.

• يزيل الحزم قبل حدوث الازدحام.

عيوب نظام تحميل الأحمال shedding

• تضيع الحزم بسبب تجاهل جهاز التوجيه لها.

• إذا كان حجم المخزن المؤقت أقل، فسيؤدي ذلك إلى التخلص من المزيد من الحزم.

• لا يمكن ضمان تجنب الازدحام.

• حمل جهاز التوجيه باستمرار على التحقق ممّا إذا كان المخزن المؤقت ممتلئاً.

أساسيات نظام تحميل الأحمال shedding

قد تخضع أنظمة إدارة تدفق البيانات لمعدلات إدخال أعلى مما يمكنها معالجته على الفور باستخدام موارد النظام المتاحة مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة، وعندما تتجاوز معدلات الإدخال سعة الموارد يصبح النظام مثقلاً وتتأخر إجابات الاستعلام، وفصل الأحمال هو أسلوب لإزالة الحمل الزائد من النظام من أجل الحفاظ على معالجة الاستعلام مع معدلات وصول المدخلات، وكنتيجة لفصل الأحمال يقدم النظام إجابات استعلام تقريبية مع زمن انتقال منخفض.

فصل الأحمال هو مصطلح يأتي في الأصل من إدارة الطاقة الكهربائية، حيث يشير إلى عملية القطع المتعمد للتيار الكهربائي على خطوط معينة عندما يتجاوز الطلب على الكهرباء العرض المتاح، ومن أجل إنقاذ الشبكة الكهربائية من الانهيار، كما تم استخدام المصطلح نفسه أيضًا في شبكات الكمبيوتر للإشارة إلى شكل معين من نهج التحكم في الازدحام، حيث يقوم موجه الشبكة بإسقاط الحزم عندما تقوم مخازنه المؤقتة.

التحكم القائم على الشبكة المحلية لنظام تحميل الأحمال shedding

لاستعادة تردد تشغيل النظام بعد الاضطرابات الخطيرة تتمثل إحدى استراتيجيات الحماية الرئيسية في مخطط فصل الأحمال تحت التردد، حيث إنّه بسيط وغير مكلف ومع ذلك في بعض الأحيان يكون أداء التنسيق ضعيفاً بسبب الخطوات الشاقة، ومن المحتمل أن يؤدي إلى زيادة أو نقصان في التساقط، حيث بالإضافة إلى ذلك تُستخدم مرحلات التردد المنخفض ذات التأخير الزمني بشكل عام لوحدات التوليد لتجنب حدوث عطل بسبب الزيادات المفاجئة في التيار.

كما قد يؤدي هذا التأخير الزمني إلى انخفاض سريع في التردد في ظل ظروف الحمل الزائد الشديد ويسبب تعثر مرحل تحت التردد في وحدة التوليد، وبالتالي قد تفشل استراتيجية فصل الأحمال وكما تم تصميم أنظمة “SCADA” الحديثة كنظم مفتوحة وموزعة، حيث أصبحت الأجهزة والبرامج المتوافقة مع معايير الصناعة والتي تم تكوينها في شبكات المنطقة المحلية “LAN” واللبنات الأساسية للنظام الأساسي في أنظمة “SCADA”.

كما تتطلب المنافسة الشديدة بين بائعي “SCADA” المختلفين أن تكون أنظمة الكمبيوتر الموزعة منخفضة التكلفة وسريعة الاستجابة وموثوقية عالية، حيث تتطلب التكلفة المنخفضة استخدام أنظمة بسيطة وموحدة ومفتوحة وسهلة التركيب والتكوين والتمديد، كما يتميز الوقت الفعلي بنطاق ترددي مرتفع وزمن انتقال منخفض وتحديث سريع ومستمر لحالة النظام.

ويتم تحقيق الموثوقية عن طريق التكرار الهيكلي ونظام التحكم في الكمبيوتر المتسامح مع الأخطاء، كما تفتح التطورات في تقنيات الشبكات والاتصالات الباب أمام تصميمات وحدة التحكم في فصل الأحمال السريعة بتكلفة منخفضة وراحة وقابلية للتوسع وإمكانية الوصول عن بُعد.

تتميز عملية الجُزُر في شبكة توزيع متصلة بالأجيال الموزعة “DGs” بقدرتها على توفير الطاقة باستمرار للأحمال حتى عند فصلها عن الشبكة، ومع ذلك هناك مشكلات فنية تحتاج إلى حل من أجل ضمان عملية جزيرة ناجحة، حيث يتمثل التحدي الرئيسي في عملية الجزر الناجحة في ضمان استقرار التردد والجهد في نظام التوزيع، كما تُستخدم مخططات فصل الأحمال الشائعة كآلية لتحقيق الاستقرار في حجم التردد والجهد عن طريق التخلص من بعض الأحمال لضمان التوازن المناسب بين التوليد والأحمال

يعتبر فصل الأحمال من المتطلبات الأساسية للحفاظ على أمان أنظمة الطاقة الحديثة لا سيما في أسواق الطاقة التنافسية، كما تم اقتراح مخططاً ذكياً لفصل الأحمال بشكل سريع ودقيق باستخدام الشبكات العصبية للتنبؤ بفقدان الحمل المحتمل في المرحلة المبكرة، والغموض العصبي لتحديد مقدار الحمولة المنبعثة من أجل تجنب الانقطاع المتتالي.

كما تم النظر في نظام طاقة كهربائية واسع النطاق للتحقق من صحة أداء التقنية المقترحة في تحديد مقدار الحمولة المنفصلة، حيث يمكن أن توفر التقنيات المقترحة أدوات لتحسين موثوقية واستمرارية إمدادات الطاقة، كما يُعد فصل الأحمال الأمثل مشكلة بالغة الأهمية في أنظمة الطاقة، حيث إنّها تلعب دوراً حيوياً خاصة في دول العالم الثالث.

ويمكن أن تؤثر الزيادة المفاجئة في الحمل على المعلمات المهمة لنظام الطاقة مثل الجهد والتردد وزاوية المرحلة، كما تم توفير الطاقة المولدة والطلب على الحمل وانحراف التردد وفصل الأحمال خلال فترة “24 ساعة”، حيث تهدف مجموعة الشبكة العصبية الاصطناعية إلى فصل الأحمال بشكل مثالي.

والهدف هو الحفاظ على استقرار تردد نظام الطاقة من خلال التخلص من كمية دقيقة من الحمل، ونظراً لتقاربها السريع وقدرتها المحسنة على التعميم، تساعد الخوارزمية المقترحة في التعامل مع فصل الأحمال بطريقة فعالة، كما يعد فصل الأحمال أمراً ضرورياً لأنظمة معالجة دفق البيانات في العديد من الوظائف، حيث أنّ تدفقات البيانات تكون عرضة لارتفاعات مفاجئة في الحجم.

والنظام المقترح هو محاولة للبحث عن أربع مشاكل رئيسية مرتبطة بتدفق البيانات وحلها والتي تشمل فصل الأحمال ووقت منع التسرب، وعدد المعاملات التي تم تشذيبها واختيار المسند باستخدام نظام تعدين فعال، كما يستغل النمط المتكرر المكتشف في دفق البيانات المستخدم في النموذج التآزر بين الجدولة وفصل الأحمال.

كما تتوفر العديد من استراتيجيات فصل الأحمال التي تقلل وتخفف عبء العمل على النظام ممّا يضمن مستوى مقبولاً من دقة التعدين باستخدام معايير مختلفة، مثل المعاملات والأولوية وسمات استخراج البيانات، كما يكمن جزء كبير من عبء العمل في خوارزمية التعدين في مجموعات العناصر التي لا حصر لها والتي يتم عدها وتعدادها، كما يعتمد النهج على مبدأ مطابقة الأنماط المتكررة للتعدين المتدفق والذي يتضمن تقليل عبء العمل للحفاظ على مجموعات عناصر أصغر.

• “DG” هي اختصار لـ “distributed generations”.

• “SCADA” هي اختصار لـ “Supervisory Control and Data Acquisition”.

• “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.