采用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性

吳乾

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的推廣，向廣大用戶提供及時(shí)滿意的服務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的重要內(nèi)容。可靠性是反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此，維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究得到了廣大學(xué)者的支持。應(yīng)用GSPN（generalized stochastic petri net）理論對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估建模是分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性的重要方式，本文介紹了該種建模方式的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用實(shí)例說明了應(yīng)用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本流程，對(duì)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模和可靠性分析具有廣泛的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：GSPN；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；可靠性；Petri網(wǎng)

1 前言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性能的分析方法主要有三種，即數(shù)學(xué)分析、計(jì)算機(jī)模擬仿真和測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)。測(cè)量檢測(cè)主要是在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況下進(jìn)行的，因此，這種性能分析方式能夠反映特定條件下的被觀測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際性能。但是，這種模型需要依賴系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)，因此不具有普遍性。后兩種模型則對(duì)系統(tǒng)中的重要特征進(jìn)行了描述。模擬仿真模型中，通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了描述，而數(shù)學(xué)模型中使用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了描述。

Petri網(wǎng)是一種比較抽象的和形式化的工具，該工具適用于對(duì)離散事件系統(tǒng)的并發(fā)性、非同步行為和控制流進(jìn)行描述。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析模型在建立過程中通常使用排隊(duì)論模型，但是，排隊(duì)模型無法解決封鎖、并行和顧客分裂的問題。對(duì)此，GSPN網(wǎng)模型能夠進(jìn)行很好的解決。本文介紹了該種建模方式的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用實(shí)例說明了應(yīng)用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本流程，對(duì)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模和可靠性分析具有廣泛的指導(dǎo)意義。

2 GSPN模型介紹

GSPN是SPN模型的擴(kuò)展，其基本隨機(jī)過程是一種連續(xù)狀態(tài)下的馬爾可夫鏈，由于其狀態(tài)空間較SPN有很大程度的減少，因此該模型得到了非常廣泛的應(yīng)用，并受到廣大網(wǎng)絡(luò)性能維護(hù)專家的歡迎。GSPN模型能夠有效描述各類排隊(duì)模型，雖然該模型對(duì)于存在變遷元素相互關(guān)聯(lián)的分布下的描述還不是很充分，但是，在能夠?qū)?shí)際系統(tǒng)進(jìn)行有效定義的情況下，GSPN模型能夠產(chǎn)生令人十分滿意的效果。

3 GSPN建模分析

網(wǎng)間連接器是構(gòu)造局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連的關(guān)鍵部分，LAN與SIDN相互連接，這樣做的目的是把SIDN看作一個(gè)透明的網(wǎng)絡(luò)而將各類擴(kuò)展的LAN互聯(lián)起來。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模型的構(gòu)造，我們選擇局域網(wǎng)作為LAN擴(kuò)展連接到SIDN的出口。

本文中假設(shè)網(wǎng)間連接器到達(dá)的過程服從Poisson分布，這里我們主要關(guān)注面向無連接與面向連接方式間的轉(zhuǎn)換對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能造成的影響程度。狀態(tài)元素Buf0指的是空閑緩沖區(qū)個(gè)數(shù)，狀態(tài)元素Buf1內(nèi)的Token指的是緩沖區(qū)內(nèi)將要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，狀態(tài)元素Busy指的是物理信道，該信道的容量函數(shù)為1，如果存在Token，則說明信道正在發(fā)送有效數(shù)據(jù)分組。狀態(tài)元素L-on與L-off指的是鏈路目前的狀態(tài)，其中，在存在Token的情況下L-on表示已經(jīng)建立了連接，這時(shí)存在數(shù)據(jù)的話則可以直接發(fā)送，而L-off表示鏈路正處于釋放狀態(tài)。

除此之外，我們假設(shè)變遷元素Arr指到達(dá)平均率為λ3的LAN到達(dá)的過程，而變遷元素Trans指的是平均服務(wù)率為λ5的服務(wù)過程，這代表了SIDN的鏈路速率。另外，Conn與Rele分別指建立連接和釋放連接過程中，平均速率為的建立和釋放過程，平均速率分別為λ6和λ7。

本文引入了廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)模型構(gòu)建理論，即GSPN模型。應(yīng)用該模型能夠?qū)τ?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，從而有效刻畫計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)行為。文章最后應(yīng)用實(shí)例建立了網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)可靠性分析模型，并通過仿真模擬獲得可用度指標(biāo)的變化曲線，從而驗(yàn)證了模型方法的有效性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張曉杰，姜同敏，王曉峰.提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的方法研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010年.

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的推廣，向廣大用戶提供及時(shí)滿意的服務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的重要內(nèi)容。可靠性是反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此，維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究得到了廣大學(xué)者的支持。應(yīng)用GSPN（generalized stochastic petri net）理論對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估建模是分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性的重要方式，本文介紹了該種建模方式的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用實(shí)例說明了應(yīng)用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本流程，對(duì)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模和可靠性分析具有廣泛的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：GSPN；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；可靠性；Petri網(wǎng)

1 前言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性能的分析方法主要有三種，即數(shù)學(xué)分析、計(jì)算機(jī)模擬仿真和測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)。測(cè)量檢測(cè)主要是在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況下進(jìn)行的，因此，這種性能分析方式能夠反映特定條件下的被觀測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際性能。但是，這種模型需要依賴系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)，因此不具有普遍性。后兩種模型則對(duì)系統(tǒng)中的重要特征進(jìn)行了描述。模擬仿真模型中，通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了描述，而數(shù)學(xué)模型中使用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了描述。

Petri網(wǎng)是一種比較抽象的和形式化的工具，該工具適用于對(duì)離散事件系統(tǒng)的并發(fā)性、非同步行為和控制流進(jìn)行描述。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析模型在建立過程中通常使用排隊(duì)論模型，但是，排隊(duì)模型無法解決封鎖、并行和顧客分裂的問題。對(duì)此，GSPN網(wǎng)模型能夠進(jìn)行很好的解決。本文介紹了該種建模方式的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用實(shí)例說明了應(yīng)用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本流程，對(duì)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模和可靠性分析具有廣泛的指導(dǎo)意義。

2 GSPN模型介紹

GSPN是SPN模型的擴(kuò)展，其基本隨機(jī)過程是一種連續(xù)狀態(tài)下的馬爾可夫鏈，由于其狀態(tài)空間較SPN有很大程度的減少，因此該模型得到了非常廣泛的應(yīng)用，并受到廣大網(wǎng)絡(luò)性能維護(hù)專家的歡迎。GSPN模型能夠有效描述各類排隊(duì)模型，雖然該模型對(duì)于存在變遷元素相互關(guān)聯(lián)的分布下的描述還不是很充分，但是，在能夠?qū)?shí)際系統(tǒng)進(jìn)行有效定義的情況下，GSPN模型能夠產(chǎn)生令人十分滿意的效果。

3 GSPN建模分析

網(wǎng)間連接器是構(gòu)造局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連的關(guān)鍵部分，LAN與SIDN相互連接，這樣做的目的是把SIDN看作一個(gè)透明的網(wǎng)絡(luò)而將各類擴(kuò)展的LAN互聯(lián)起來。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模型的構(gòu)造，我們選擇局域網(wǎng)作為LAN擴(kuò)展連接到SIDN的出口。

本文中假設(shè)網(wǎng)間連接器到達(dá)的過程服從Poisson分布，這里我們主要關(guān)注面向無連接與面向連接方式間的轉(zhuǎn)換對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能造成的影響程度。狀態(tài)元素Buf0指的是空閑緩沖區(qū)個(gè)數(shù)，狀態(tài)元素Buf1內(nèi)的Token指的是緩沖區(qū)內(nèi)將要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，狀態(tài)元素Busy指的是物理信道，該信道的容量函數(shù)為1，如果存在Token，則說明信道正在發(fā)送有效數(shù)據(jù)分組。狀態(tài)元素L-on與L-off指的是鏈路目前的狀態(tài)，其中，在存在Token的情況下L-on表示已經(jīng)建立了連接，這時(shí)存在數(shù)據(jù)的話則可以直接發(fā)送，而L-off表示鏈路正處于釋放狀態(tài)。

除此之外，我們假設(shè)變遷元素Arr指到達(dá)平均率為λ3的LAN到達(dá)的過程，而變遷元素Trans指的是平均服務(wù)率為λ5的服務(wù)過程，這代表了SIDN的鏈路速率。另外，Conn與Rele分別指建立連接和釋放連接過程中，平均速率為的建立和釋放過程，平均速率分別為λ6和λ7。

本文引入了廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)模型構(gòu)建理論，即GSPN模型。應(yīng)用該模型能夠?qū)τ?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，從而有效刻畫計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)行為。文章最后應(yīng)用實(shí)例建立了網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)可靠性分析模型，并通過仿真模擬獲得可用度指標(biāo)的變化曲線，從而驗(yàn)證了模型方法的有效性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張曉杰，姜同敏，王曉峰.提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的方法研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010年.

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的推廣，向廣大用戶提供及時(shí)滿意的服務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的重要內(nèi)容?？煽啃允欠从秤?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此，維護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究得到了廣大學(xué)者的支持。應(yīng)用GSPN（generalized stochastic petri net）理論對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估建模是分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性的重要方式，本文介紹了該種建模方式的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用實(shí)例說明了應(yīng)用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本流程，對(duì)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模和可靠性分析具有廣泛的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：GSPN；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；可靠性；Petri網(wǎng)

1 前言

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性能的分析方法主要有三種，即數(shù)學(xué)分析、計(jì)算機(jī)模擬仿真和測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)。測(cè)量檢測(cè)主要是在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況下進(jìn)行的，因此，這種性能分析方式能夠反映特定條件下的被觀測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際性能。但是，這種模型需要依賴系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)，因此不具有普遍性。后兩種模型則對(duì)系統(tǒng)中的重要特征進(jìn)行了描述。模擬仿真模型中，通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行了描述，而數(shù)學(xué)模型中使用數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了描述。

Petri網(wǎng)是一種比較抽象的和形式化的工具，該工具適用于對(duì)離散事件系統(tǒng)的并發(fā)性、非同步行為和控制流進(jìn)行描述。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分析模型在建立過程中通常使用排隊(duì)論模型，但是，排隊(duì)模型無法解決封鎖、并行和顧客分裂的問題。對(duì)此，GSPN網(wǎng)模型能夠進(jìn)行很好的解決。本文介紹了該種建模方式的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用實(shí)例說明了應(yīng)用GSPN分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本流程，對(duì)完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建模和可靠性分析具有廣泛的指導(dǎo)意義。

2 GSPN模型介紹

GSPN是SPN模型的擴(kuò)展，其基本隨機(jī)過程是一種連續(xù)狀態(tài)下的馬爾可夫鏈，由于其狀態(tài)空間較SPN有很大程度的減少，因此該模型得到了非常廣泛的應(yīng)用，并受到廣大網(wǎng)絡(luò)性能維護(hù)專家的歡迎。GSPN模型能夠有效描述各類排隊(duì)模型，雖然該模型對(duì)于存在變遷元素相互關(guān)聯(lián)的分布下的描述還不是很充分，但是，在能夠?qū)?shí)際系統(tǒng)進(jìn)行有效定義的情況下，GSPN模型能夠產(chǎn)生令人十分滿意的效果。

3 GSPN建模分析

網(wǎng)間連接器是構(gòu)造局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連的關(guān)鍵部分，LAN與SIDN相互連接，這樣做的目的是把SIDN看作一個(gè)透明的網(wǎng)絡(luò)而將各類擴(kuò)展的LAN互聯(lián)起來。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模型的構(gòu)造，我們選擇局域網(wǎng)作為LAN擴(kuò)展連接到SIDN的出口。

本文中假設(shè)網(wǎng)間連接器到達(dá)的過程服從Poisson分布，這里我們主要關(guān)注面向無連接與面向連接方式間的轉(zhuǎn)換對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能造成的影響程度。狀態(tài)元素Buf0指的是空閑緩沖區(qū)個(gè)數(shù)，狀態(tài)元素Buf1內(nèi)的Token指的是緩沖區(qū)內(nèi)將要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，狀態(tài)元素Busy指的是物理信道，該信道的容量函數(shù)為1，如果存在Token，則說明信道正在發(fā)送有效數(shù)據(jù)分組。狀態(tài)元素L-on與L-off指的是鏈路目前的狀態(tài)，其中，在存在Token的情況下L-on表示已經(jīng)建立了連接，這時(shí)存在數(shù)據(jù)的話則可以直接發(fā)送，而L-off表示鏈路正處于釋放狀態(tài)。

除此之外，我們假設(shè)變遷元素Arr指到達(dá)平均率為λ3的LAN到達(dá)的過程，而變遷元素Trans指的是平均服務(wù)率為λ5的服務(wù)過程，這代表了SIDN的鏈路速率。另外，Conn與Rele分別指建立連接和釋放連接過程中，平均速率為的建立和釋放過程，平均速率分別為λ6和λ7。

本文引入了廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)模型構(gòu)建理論，即GSPN模型。應(yīng)用該模型能夠?qū)τ?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，從而有效刻畫計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)行為。文章最后應(yīng)用實(shí)例建立了網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)可靠性分析模型，并通過仿真模擬獲得可用度指標(biāo)的變化曲線，從而驗(yàn)證了模型方法的有效性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張曉杰，姜同敏，王曉峰.提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的方法研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010年.