基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

朱明波

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，處于信息社會(huì)中的人們對信息的需求越來越多。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性作為衡量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的一大關(guān)鍵指標(biāo)，要求也逐漸提高。此外，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的深入研究也具有很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。本文首先介紹了國內(nèi)外計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究現(xiàn)狀，并簡明分析了一些影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的因素，其中影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的主要因素是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用戶設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理。在此基礎(chǔ)上，提出了基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并通過MATLAB進(jìn)行仿真，編程和求解，最終用圖表反映最終模擬結(jié)果。仿真結(jié)果表明，基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性 遺傳算法 仿真 MATLAB

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）19-0232-03

1.緒論

1.1選題背景及意義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性是在20世紀(jì)20年代初出現(xiàn)的，但當(dāng)時(shí)人們對可靠性問題只有初步的認(rèn)識(shí)。在第二次世界大戰(zhàn)中，武器裝備的不可靠性，給戰(zhàn)國獻(xiàn)血的教訓(xùn)，武器裝備可靠性的成功經(jīng)驗(yàn)以及不可靠性的失敗，導(dǎo)致了可靠性的重要性逐漸加深。而可靠性問題是人們在社會(huì)實(shí)踐過程中產(chǎn)生的，它的產(chǎn)生需要客觀的情況， 其誕生和發(fā)展是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢。

現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透并應(yīng)用到人們生活的方方面面，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在一定程度上主宰并改變了我們的生活，使信息的獲取，傳輸和利用變得更加高效和快速，但這也使得人們越來越離不開互聯(lián)網(wǎng)。由此可見，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性非常重要，它的可用性可以直接影響到人們的生活，工作和學(xué)習(xí)，甚至影響企業(yè)乃至國家的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，可靠性問題已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)涉及面廣泛的綜合性，新的交叉學(xué)科。

1.2國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

1.2.1國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)

中國最早的可靠性工程開始于20世紀(jì)60年代，這是中國著名科學(xué)家錢學(xué)森率先提出的。20世紀(jì)70年代以后，研究人員開始研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性出現(xiàn)了許多新的算法，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展也有了很大的突破。

自20世紀(jì)90年代以來，中國計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷發(fā)展，從辦公室，辦公大樓幾臺(tái)電腦到幾公里幾十公里甚至是幾千公里的廣域網(wǎng)，都實(shí)現(xiàn)了從軟、硬件到數(shù)據(jù)資源的共享。雖然如此，但計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障的影響也不容小覷，相關(guān)人員也開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

目前，國內(nèi)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性問題的研究有了很大的進(jìn)展，并逐漸地發(fā)展形成了較完整的理論體系。

1.2.2國外研究動(dòng)態(tài)

在國外，最早的開始研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的是Mr.Lee，他專注于在電信交換網(wǎng)絡(luò)上的研究。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各部件的故障，電信交換網(wǎng)絡(luò)的總傳輸容量已經(jīng)大大降低，呼叫擁塞導(dǎo)致了電信交換網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模癱瘓。Mr.Lee將呼叫擁塞定義為電信交換網(wǎng)絡(luò)的鏈路故障，首先提出基于連接性的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性度量。1968年，在美國誕生了世界上第一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Apranet，并由此引發(fā)了許多關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究工作，而后Boesch首先提出來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化與設(shè)計(jì)。

20世紀(jì)80年代以后，在大型的，國際化的指標(biāo)體系發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用情況而不斷變化，如交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?；用戶對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的投訴率及滿意度；用戶終端；全連接網(wǎng)絡(luò)等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究越來越深入，新的潛力領(lǐng)域也將不斷被開拓。這一現(xiàn)象有力地表明，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究將會(huì)有更大的推動(dòng)力，其應(yīng)用范圍將會(huì)不斷擴(kuò)大，在實(shí)際應(yīng)用中也將會(huì)取得越來越豐碩的成果。

1.3論文的研究目的和主要工作

1.3.1研究目的

本文將從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出發(fā)，針對所有的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并考慮系統(tǒng)可靠性理論，遺傳算法建立合適的數(shù)學(xué)模型，本文討論如何有效提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)整體計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性， 增加其可用性。

1.3.2主要工作

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中的一大核心問題，它從理論上為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)性的計(jì)劃?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理和規(guī)劃設(shè)計(jì)全都離不開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性研究。本文將以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)為主線，以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理為輔，探討計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的主要研究工作可概括如下：

1）闡述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的相關(guān)理論。2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素分析。3）對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的相關(guān)理論及算法

2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

2.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它將分布在不同地區(qū)的不同計(jì)算機(jī)相互連接起來，并通過通信鏈路，交互設(shè)備和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將它們互連起來以實(shí)現(xiàn)特定的功能所謂獨(dú)立意味著任何計(jì)算機(jī)都不能控制網(wǎng)絡(luò)中的任何其他計(jì)算機(jī)，并且每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以自由訪問計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的信息資源。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是為計(jì)算機(jī)之間的通信提供路徑，使得網(wǎng)絡(luò)終端的計(jì)算機(jī)可以交換信息。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形象是在一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)中建立起一座橋梁，使其能夠自由通信。

2.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和可以完成的具體功能，決定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有以下一些特征：

1）一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有大量計(jì)算機(jī)。這些電腦經(jīng)常分布在很遠(yuǎn)的地方，而且還有很大的區(qū)域差距。2）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，盡管互相共享資源，實(shí)際上每臺(tái)計(jì)算機(jī)都具有較大的獨(dú)立性，特別是在功能上。3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的互聯(lián)與傳輸，交換設(shè)備，通信鏈路等組成的通信設(shè)施是分不開的，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不是獨(dú)立的。 4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信和互操作，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。

2.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

廣義上講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由用戶設(shè)備，傳輸交換設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)軟件三部分組成。用戶設(shè)備主要包括各種用戶終端，服務(wù)器等。 傳輸和交換設(shè)備主要包括交換機(jī)，路由器，集線器和通信線路等。網(wǎng)絡(luò)軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，用戶應(yīng)用程序和各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理軟件。

2.1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞谋举|(zhì)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的骨架，即連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種硬件設(shè)施的物理配置，而運(yùn)行良好的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)符合以下要求：

1）現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須能夠適應(yīng)建筑物以及樓宇間之間的通信環(huán)境。2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要充分考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)施工的便利，能夠以較低的成本完成網(wǎng)絡(luò)架設(shè)。3）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)鏈路的介質(zhì)選擇上，應(yīng)該充分考慮實(shí)際需要和成本。4）在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到與不同廠商的設(shè)備的兼容性，確保開放性，從而保證能夠隨著時(shí)間的推移，能夠方便的對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級和更新。5）在進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)該進(jìn)行反復(fù)的論證，經(jīng)過專家最終評審之后，才能夠確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性

經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展，各國學(xué)者都對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行了測量，一般可以概括為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的抗破壞連通性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)生存性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有效性多種模式組件。如果計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作正常，網(wǎng)絡(luò)中的基本節(jié)點(diǎn)和組件必須為每個(gè)用戶終端提供可靠的鏈路。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性是其連接性的一大重要標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)在一定的連接條件下完成規(guī)定的功能，在網(wǎng)絡(luò)連通的條件下，即滿足通信要求的能力。同時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行能力是否在正常范圍內(nèi)，也是由其自身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定的。

3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素

3.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問題。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟呀?jīng)融入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性在很大程度上受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1.1總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D本身就是一個(gè)鏈路圖，兩個(gè)連接圖之間的鏈接是唯一的點(diǎn)，經(jīng)常用在點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)中，局域網(wǎng)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)通過總線卡直接連接到一個(gè)公共總線上作為傳輸介質(zhì) ，結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，易于擴(kuò)展。但是，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)只能通過總線傳輸介質(zhì)發(fā)送或接收信息，可能會(huì)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻在總線上發(fā)送信息，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)生沖突，導(dǎo)致傳輸。同時(shí)，連接圖中的任何一側(cè)或節(jié)點(diǎn)故障都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。雖然這種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的成本較低，但其容錯(cuò)性較差，可靠性較差?？偩€結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖 1，圖中Ci（i=1，2，…，n）表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)。

3.1.2星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫且越粨Q機(jī)為中心的，其他節(jié)點(diǎn)也通過中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。星型網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信的控制，通過中心節(jié)點(diǎn)在任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信，使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理以及任何非中心節(jié)點(diǎn)故障不影響其他節(jié)點(diǎn) 的溝通。但是如果星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲行墓?jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。這種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也不適用于重要的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。但是，就網(wǎng)絡(luò)可靠性而言，它比總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓煽?。如圖 2所示為星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，Ci（i=1，2，…，n）表示其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)。

3.1.3 n×m維網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.1.4金字塔型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖 4所示為金字塔型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中Ci（i=1，2，…，n）表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)。金字塔型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其具有良好的容錯(cuò)性和有效性而被大量的應(yīng)用，如并行計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、圖像處理、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

3.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響

3.2.1用戶設(shè)備對可靠性的影響

用戶終端是直接面向用戶的，其可靠性及其重要。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的日常維護(hù)主要是為了保證用戶終端的可靠性。用戶終端的交互能力越高，網(wǎng)絡(luò)的可靠性就越高。例如，安裝兩塊連接不同局域網(wǎng)段的網(wǎng)卡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于網(wǎng)卡的可靠性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和效率直接受這些子服務(wù)器的可靠性的影響。通常，服務(wù)器的錯(cuò)誤恢復(fù)能力，響應(yīng)時(shí)間和可靠性與其可靠性成正比。在提高各子服務(wù)器可靠性的同時(shí)，應(yīng)采用服務(wù)器雙交換機(jī)系統(tǒng)，即在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行系統(tǒng)中，我們使用兩臺(tái)服務(wù)器，一臺(tái)作為主機(jī)，另一臺(tái)作為備份機(jī)。盡管如此，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的成本將會(huì)增加，但是相應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性也會(huì)增加。

3.2.2傳輸交換設(shè)備對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)行過程中，由布線系統(tǒng)引起的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障一般最難找到，所以經(jīng)常是最大的。因此，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信線路和布線系統(tǒng)。對于一個(gè)非常重要，且不關(guān)心施工成本的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來說，最好是布置雙線以便及時(shí)切換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的故障。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集中器將多個(gè)用戶終端連接到網(wǎng)絡(luò)，通過它可以將設(shè)備的故障與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的其他部分分開，形成第一道防線，保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。集線器是單點(diǎn)故障設(shè)備。如果失敗，用戶將無法工作。交換機(jī)用于連接多個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)，并對其間的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備進(jìn)行包過濾，可用于解決用戶終端與服務(wù)器之間帶寬和網(wǎng)絡(luò)交換不足的瓶頸問題，以滿足交互，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)。

3.3網(wǎng)絡(luò)管理對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響

通常大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由不同廠家的不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和設(shè)備組成的，規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 為降低故障率，保證信息傳輸?shù)耐暾?，降低誤碼率和誤碼率，減少信息丟失，提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)管應(yīng)采用先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)和 網(wǎng)絡(luò)信息統(tǒng)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和排除故障。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，設(shè)計(jì)，建設(shè)和運(yùn)行的實(shí)際過程中，要注意以下兩個(gè)方面：一是科學(xué)合理地選擇計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，必須重視是否滿足安全配置和計(jì)費(fèi)管理需求以及遵循標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)管協(xié)議。這樣既可以管理網(wǎng)絡(luò)本身的設(shè)備，又可以與其他計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理軟件交換管理信息。使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理軟件可以隨時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，為網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和策略，從而提高整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和效率。第二，為了保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，在制定必要的網(wǎng)絡(luò)管理制度和條例的基礎(chǔ)上，還要加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用人員的培訓(xùn)和教育，養(yǎng)成良好的應(yīng)用習(xí)慣及職業(yè)道德。為了防止人為的操作失誤和惡意破壞，可運(yùn)用行政和法律措施來確保計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行秩序。

4.基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)

4.1遺傳算法

遺傳算法（Genetic Algorithms簡稱GA）是能有效解決最優(yōu)化問題的一種方法。它是受到生物進(jìn)化論的啟發(fā)，將解決“適者生存”的問題，通過每代染色體的不斷演變，包括繁殖，變異和交叉，最終收斂到最適合的子代，從而得到最優(yōu)解或滿意解的一種高度并行、自適應(yīng)且隨機(jī)的優(yōu)化算法。遺傳算法編碼技術(shù)和遺傳操作簡單，優(yōu)化的約束條件不受限制。目前，遺傳算法越來越得到人們的重視，并在機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、遺傳學(xué)等領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。

對一個(gè)需要進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用問題，一般可按下述步驟構(gòu)造求解該問題的遺傳算法。

1）確定決策變量及其各種約束條件。2）建立優(yōu)化模型，確定出目標(biāo)函數(shù)的類型及其數(shù)學(xué)描述形式或量化方法。3）確定出個(gè)體的基因型X及遺傳算法的搜索空間。4）確定解碼方法，以及由個(gè)體基因型X到個(gè)體表現(xiàn)型x的對應(yīng)關(guān)系或其轉(zhuǎn)換方法。5）確定出由目標(biāo)函數(shù)值f（x）到個(gè)體適應(yīng)度F（x）的轉(zhuǎn)換規(guī)則。6）確定出選擇、變異、交叉運(yùn)算等遺傳算子的操作方法。7）確定遺傳算法的初始種群數(shù)Pop-size、進(jìn)化代數(shù)T、變異概率Pa、交叉概率Pc等參數(shù)。

4.2基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)

對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中包含多個(gè)結(jié)點(diǎn)的基因的描述，本文選擇較易操作的二進(jìn)制編碼步驟。

1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)基因的表達(dá)，如表格 1：

有4個(gè)結(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖及結(jié)點(diǎn)基因表達(dá)如下所示。

2）適值函數(shù)的選擇，函數(shù)構(gòu)建如下：

式中x：個(gè)體在成本排序中的位置

Pop_size：種群規(guī)模

3）選擇運(yùn)算（進(jìn)化）。根據(jù)每個(gè)基因的適值和其選擇概率的正相關(guān)性，本文選擇“轉(zhuǎn)輪選擇”來進(jìn)行研究，其中Pk為選擇概率，適值為fk的基因。

4）交叉運(yùn)算（遺傳）。此交叉運(yùn)算只單次針對單獨(dú)結(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行，對結(jié)點(diǎn)的基因表達(dá)的交叉則是隨機(jī)處理?；蚪徊娴奈恢秒S機(jī)產(chǎn)生于[1，N]。一般狀態(tài)時(shí)，其交叉率區(qū)間為（0.01，0.1）。

5）遺傳算法的終止條件。以種群當(dāng)前代最大適應(yīng)值與種群平均適應(yīng)值的比，（即種群的進(jìn)化程度）或者提前給出遺傳操作迭代數(shù)的極大限值來處理終止。

6）模擬。當(dāng)α=2，β=2（其中α，β網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可靠度約束常數(shù)），N=6（其中N為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)），且遺傳操作的迭代次數(shù)為100時(shí)，可靠度矩陣Ro和成本矩陣Cο分別為：

用MATLAB進(jìn)行仿真得到如下圖像：

最終得到，當(dāng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠度的最大值確定為 0.885 時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)鏈路的最小成本為 45。

5.結(jié)論

本文在分析影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性因素的基礎(chǔ)上，建立了基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化模型。并通過MATLAB進(jìn)行仿真，得出以下結(jié)論：

1）基于遺傳算法的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)有效，結(jié)果滿足要求，也達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。2）仿真實(shí)例表明，本文所采用的遺傳算法智能算法具有可操作性，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。3）初步解決了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化問題，同時(shí)也為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和建設(shè)者提供了一些理論參考。4）本文的缺點(diǎn)是模擬程序運(yùn)行緩慢，占用大量的內(nèi)存和運(yùn)行時(shí)間。 將來需要編寫更有效的仿真程序。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，一方面促使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素不斷增加，另一方面也為衡量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性提出了更高的要求。因此，論文中提到的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可靠性體系還需進(jìn)一步的完善、充實(shí)和改進(jìn)。設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行過程中的隨機(jī)性、不確定性和人為因素等的影響。

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