Измерение сетевого трафика

Измерение сетевого трафика ${\displaystyle N}$ определяется соотношением фактической загрузки сети в определённый момент времени (${\displaystyle A}$) к её общей ёмкости (${\displaystyle K}$):

${\displaystyle N={\frac {\text{A}}{\text{K}}}}$.

Для оператора сети критически важно отслеживать загруженность. Если загруженность сети превышает её ёмкость, возникает сетевое перегрузка (${\displaystyle {\text{Ü}}}$):

${\displaystyle {\text{Ü}}=A>K}$.

Типичный сезон для больших нагрузок в электросетях — жаркое лето (из-за работы кондиционеров, охладительных установок) и особенно холодная зима (использование электрообогревателей), что может вызвать перебои в снабжении, как, например, при массовом отключении света в Северной Америке в ноябре 1965 года.

Чаще всего под измерением сетевого трафика подразумеваются электрические и газовые сети. Так как энергия практически не подлежит хранению (за редким исключением — гидроаккумулирующих электростанций), она должна поступать в электросеть ровно в момент потребления. Уровень сетевой нагрузки колеблется в чётком ритме: днём выше, чем ночью; в рабочие дни — выше, чем в выходные; зимой — выше, чем летом^[2]. Тарифы на электроэнергию обладают низкой эластичностью цены: повышение тарифа снижает спрос только у части потребителей, а у клиентов с фиксированным тарифом нет мотивации переносить часть потребления на периоды низкого спроса^[3]. Тем не менее, ночной тариф с предоставлением скидки призван стимулировать потребление ночью, когда нагрузка на сеть ниже.

Управление нагрузкой позволяет снизить нагрузку на сеть путём уменьшения потребления. Крайняя мера — автоматический отключатель нагрузки, автоматически (через сетевую защиту) отключающий отдельных крупных потребителей при остром дефиците, чтобы предотвратить полное обрушение объединённой энергосистемы.

Пиковая нагрузка

В Германии пиковая нагрузка (обычно в будний день зимой) составляет примерно 83 гигаватта, или около 1000 ватт на человека.

Вертикальная сетевая нагрузка

Вертикальная сетевая нагрузка определяется как «суммарное значение (с учётом знака) всех передач из магистральной электросети в регулируемую зону через непосредственно подключённые трансформаторы и линии к распределительным сетям и конечным потребителям»^[4]. Этот показатель агрегирует поток электроэнергии с уровня высокого напряжения на нижележащие — высоковольтный, средневолновой и низковольтный уровни. Таким образом, вертикальная нагрузка равна суммарной нагрузке потребителей за вычетом доли, выработанной на нижележащих ступенях энергосистемы. Данные значения обычно публикуют операторы сетей передачи^[5][6].

В компьютерных сетях измерение сетевого трафика — это объём данных (пакетов или сообщений), который коммутационная сеть получает за единицу времени со всех источников данных^[7]. Например, файловый сервер выдаёт пользователю целые файлы, а сервер баз данных обычно исполняет на базе данных отдельные запросы, что, как правило, создаёт меньшую сетевую нагрузку^[8]. Измерение сетевого трафика показывает, какой процент реально доступной пропускной способности используется.

Особое значение имеют измерения трафика в широкополосных каналах, где два канала Ethernet связываются мостовым соединением, что позволяет анализировать нагрузку и соблюдать установленные пороги^[9]. Чем крупнее сеть, тем выше её подверженность нарушениям, поскольку каждый дополнительный пользователь увеличивает нагрузку и потенциальную вероятность ошибки^[10]. При увеличении нагрузки растут время отклика и циклы обработки^[11].

В транспортных сетях плотность движения является характеристикой нагрузки; высокий уровень движения в заданном регионе свидетельствует о высокой нагрузке.

Сетевое управление включает в себя постоянный мониторинг нагрузки с целью заблаговременного выявления узких мест и увеличения пропускной способности путём управления нагрузкой^[12]. Особое внимание уделяется риску перегрузки, так как при избыточной нагрузке отдельные элементы автоматически отключаются защитными устройствами. Менеджмент сети использует, например, метеоданные и историю энергопотребления для построения прогноза будущей нагрузки.

Кроме того, сетевой менеджмент призван предотвращать сетевые сбои, фиксировать и устранять случившиеся нарушения^[13]. Мониторинг большей частью реализован через программное обеспечение, которое способно, например, сообщить о высоких потерях давления в водопроводе, что может свидетельствовать о прорыве водопроводной трубы. Эффект домино может регистрироваться и между сетями, например, когда отказ электросети приводит к приостановке работы компьютерной сети.

В Германии измерение трафика электросети зимой 2011/2012 привлекло особое внимание общественности, так как это был первый сезон после отказа от атомной энергетики в 2011 году. Сетевая мощность уменьшилась вследствие вывода из эксплуатации семи старейших немецких АЭС и спорной АЭС Крюммель; у них была отозвана лицензия. Федеральное сетевое агентство (BNA) опубликовало подробный доклад, в котором указывалось на крайне напряжённую ситуацию и необходимость многократного задействования резервных электростанций в Германии и Австрии^[14]. По мнению BNA, ограничения в снабжении природным газом в феврале 2012 года также выявили слабые стороны газовых сетей.

Измерение сетевого трафика может зависеть, в частности, от степени открытости сети. Затруднённый доступ (в том числе из-за высоких тарифов) приводит к снижению нагрузки, а более свободный — к её увеличению. При неизменном числе пользователей объём нагрузки зависит от интенсивности использования ими услуг. Так, при росте спроса на большой объём данных (например, при видеостриминге или видеоконференциях) суммарная нагрузка возрастает, даже если число пользователей не изменилось.

В контексте сетевого эффекта задача сетевого управления — избегать, с одной стороны, слишком низкой загрузки, вызывающей рост средних затрат (отсутствие экономии на масштабе), а с другой — не допускать перегрузки и связанных с ней рисков. В сетях сетевой эффект реализует закон массового производства.