計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性技術(shù)探討

張晶瑩++張淼

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)在全球的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)普遍應(yīng)用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，是一種很特殊的系統(tǒng)形式。對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容的研究，是建立在較可靠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能設(shè)計(jì)的優(yōu)化、以及提高網(wǎng)絡(luò)生存性和抗毀性的首要條件。該文通過對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性技術(shù)的概念、特點(diǎn)、具體內(nèi)容以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的分析、優(yōu)化進(jìn)行的研究與探討，論述了研究網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要性和必要性。

關(guān)鍵詞：可靠性 抗毀性 冗余度 連通度 計(jì)算機(jī)仿真

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0016-01

1 網(wǎng)絡(luò)可靠性的概念和特點(diǎn)

在對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)與維護(hù)時(shí)，一個(gè)較重要的性能指標(biāo)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的概念，當(dāng)前有很多定義?？偨Y(jié)起來較妥當(dāng)?shù)亩x是：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性指的是在遭到人為或自然因素的破壞后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在一定條件及一定時(shí)間里的生存能力，即在一定條件及一定時(shí)間內(nèi)，保持計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠連通。

有別于一般系統(tǒng)的可靠性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性體現(xiàn)出的特點(diǎn)歸納為：復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、分布性、網(wǎng)絡(luò)流。

2 網(wǎng)絡(luò)可靠性的具體內(nèi)容

2.1 網(wǎng)絡(luò)的生存性和抗毀性

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性技術(shù)的研究剛興起時(shí)，計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的技術(shù)也才起步，通信設(shè)備質(zhì)量非常不好，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在管理上也是沒有頭緒，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常產(chǎn)生斷路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間是否能通信，是這個(gè)階段重視的內(nèi)容?；镜木W(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)被提及出來：網(wǎng)絡(luò)的生存性和抗毀性。生存性、抗毀性是最先提出的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)。

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)的生存性

被重視的重要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)之一是生存性，判斷網(wǎng)絡(luò)生存性的方法有：（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間至少存在一條路徑；（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)指定節(jié)點(diǎn)與一組節(jié)點(diǎn)間能夠相互的通信；（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大于某一數(shù)值的節(jié)點(diǎn)可相互通信；（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間在傳輸時(shí)延能夠小于某一數(shù)值；（5）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的吞吐量能大于某一數(shù)值。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)的抗毀性

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)抗毀性是在人為因素破壞的情況下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性，是假設(shè)“搞破壞的人擁有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)的資料，并設(shè)計(jì)出確定的破壞策略”。網(wǎng)絡(luò)的抗毀性表現(xiàn)為只有破壞幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或幾條關(guān)鍵鏈路后，才能使部分節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)通信中斷。這體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)擁有一定的可靠性。由于軍事方面的環(huán)境存在特殊性，則軍用的通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)常常變動(dòng)，而且節(jié)點(diǎn)與鏈路被破壞的可能性隨時(shí)都能發(fā)生，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)（1）網(wǎng)絡(luò)邊連通度：任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間（網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）不連通需去掉最少的邊數(shù)。它針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最小鏈路割集。（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通度：任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間（網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）不連通需去掉最少的節(jié)點(diǎn)數(shù)。它針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最小節(jié)點(diǎn)割集。（3）終端對(duì)連通率：破壞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以后，兩指定節(jié)點(diǎn)間至少有一條路由的概率。（4）破壞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最大分支中的能有多少節(jié)點(diǎn)。（5）破壞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以后，能夠連通的節(jié)點(diǎn)數(shù)量與總節(jié)點(diǎn)數(shù)量的比例。

使網(wǎng)絡(luò)抗毀性提高的設(shè)計(jì)內(nèi)容歸納為：（1）物理上對(duì)通信方面的設(shè)施冗余度的加固。（2）以強(qiáng)抗毀性的小容量網(wǎng)絡(luò)為手段，維持最為必要連通的通信，對(duì)最低必要的應(yīng)急通信的要求。（3）以抗毀性強(qiáng)的通信方面的技術(shù)及受抗毀性影響小的通信技術(shù)方式。如擴(kuò)頻通信、突發(fā)通信等。（4）以模塊化的硬件結(jié)構(gòu)，使設(shè)備具有檢測(cè)和匯報(bào)存在的設(shè)備故障的能力。（5）對(duì)目標(biāo)比較大的設(shè)備要疏散、提高對(duì)設(shè)備機(jī)動(dòng)能力要適當(dāng)提高、對(duì)布設(shè)的時(shí)間與開通的時(shí)間要適當(dāng)減少。（6）提高網(wǎng)絡(luò)的互通性。（7）優(yōu)化改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的弱點(diǎn)要減少。

抗毀性是軍用網(wǎng)性能中的重要指標(biāo)，粘聚度與連通度度量屬于抗毀性的度量。

2.2 網(wǎng)絡(luò)的有效性

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性性能指標(biāo)還有一項(xiàng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有效性，指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備失效的情況下能使通信的各項(xiàng)業(yè)務(wù)性能要求滿足的程度。

網(wǎng)絡(luò)有效性的測(cè)量指標(biāo)有：（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)特定的節(jié)點(diǎn)能收到一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的概率。（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中當(dāng)一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)的傳輸時(shí)延不大于給定數(shù)值的概率。（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)吞吐量大于一個(gè)給定數(shù)值的概率等。

2.3 網(wǎng)絡(luò)的可用性、可信性和完成性

在現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展情況下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究的重點(diǎn)不再是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否能夠通信，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的完成情況更加關(guān)注。在考慮容錯(cuò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能問題時(shí)，產(chǎn)生了這方面的可用性研究。提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性中的其他指標(biāo)：可用性、完成性、可信性。

可用性：在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)外部各項(xiàng)資源保證可用情況下，在一定時(shí)間內(nèi)的任意時(shí)刻，所需功能能夠執(zhí)行的能力。

完成性：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有一定可用性的情況下，正常或降級(jí)完成系統(tǒng)任務(wù)要求的能力。

可信性：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，能夠持續(xù)不間斷的完成任務(wù)的能力。

3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性分析

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性分析是在給定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可靠度的情況下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性度量指標(biāo)進(jìn)行的計(jì)算分析。

對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性的分析，考慮的方面歸納如下。

（1）選出一個(gè)合適的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)業(yè)務(wù)性能指標(biāo)，且對(duì)用戶能接受的、體現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的一個(gè)性能數(shù)值的研究；（2）定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作模式、對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作狀態(tài)加以確定，且對(duì)每個(gè)狀態(tài)能夠出現(xiàn)的概率加以計(jì)算；（3）對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作狀態(tài)的性能指標(biāo)加以計(jì)算，且把全部滿足數(shù)值要求的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作狀態(tài)出現(xiàn)的概率加以計(jì)算合計(jì)，則一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的度量值得出；（4）采用計(jì)算機(jī)仿真方法。計(jì)算機(jī)仿真是在仿真環(huán)境中模擬影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的因素與行為。

4 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性優(yōu)化

對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性綜合或?qū)W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)就是網(wǎng)絡(luò)可靠性的優(yōu)化，其內(nèi)容主要?dú)w納為：（1）在給定的限制情況下，對(duì)建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可靠性盡量能高的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究?jī)?yōu)化。（2）在符合一定的可靠性指標(biāo)情況下，對(duì)能使投資成本盡量最小，經(jīng)濟(jì)效益最大化的情況的研究?jī)?yōu)化。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化方法包括基于啟發(fā)式的優(yōu)化方法、基于圖論的優(yōu)化方法、基于人工智能的優(yōu)化方法等。

5 結(jié)語

對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的研究意義深遠(yuǎn)。近年來，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性技術(shù)的研究中取得了一些成果和發(fā)展，但大多都還是在理論層面上，距離實(shí)際工程需求上的應(yīng)用還有差距。怎樣能研究出滿足項(xiàng)目實(shí)際需求的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)、分析方法，來指導(dǎo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)項(xiàng)目的建設(shè)，是今后研究的目標(biāo)和方向。

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