采用GSPN分析計算機網絡可靠性

吳乾

摘 要：隨著計算機信息技術的快速發展和計算機網絡的推廣，向廣大用戶提供及時滿意的服務，保障網絡的穩定是網絡維護的重要內容。可靠性是反映計算機網絡的服務質量的重要指標，因此，維護計算機網絡可靠性的研究得到了廣大學者的支持。應用GSPN（generalized stochastic petri net）理論對網絡的性能指標進行評估建模是分析計算機網絡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，并應用實例說明了應用GSPN分析計算機網絡可靠性的基本流程，對完成計算機網絡建模和可靠性分析具有廣泛的指導意義。

關鍵詞：GSPN；計算機網絡；可靠性；Petri網

1 前言

計算機網絡可靠性能的分析方法主要有三種，即數學分析、計算機模擬仿真和測量監測技術。測量檢測主要是在系統實際運行情況下進行的，因此，這種性能分析方式能夠反映特定條件下的被觀測系統的實際性能。但是，這種模型需要依賴系統的具體細節，因此不具有普遍性。后兩種模型則對系統中的重要特征進行了描述。模擬仿真模型中，通過計算機程序進行了描述，而數學模型中使用數學表達式進行了描述。

Petri網是一種比較抽象的和形式化的工具，該工具適用于對離散事件系統的并發性、非同步行為和控制流進行描述。計算機網絡分析模型在建立過程中通常使用排隊論模型，但是，排隊模型無法解決封鎖、并行和顧客分裂的問題。對此，GSPN網模型能夠進行很好的解決。本文介紹了該種建模方式的理論基礎，并應用實例說明了應用GSPN分析計算機網絡可靠性的基本流程，對完成計算機網絡建模和可靠性分析具有廣泛的指導意義。

2 GSPN模型介紹

GSPN是SPN模型的擴展，其基本隨機過程是一種連續狀態下的馬爾可夫鏈，由于其狀態空間較SPN有很大程度的減少，因此該模型得到了非常廣泛的應用，并受到廣大網絡性能維護專家的歡迎。GSPN模型能夠有效描述各類排隊模型，雖然該模型對于存在變遷元素相互關聯的分布下的描述還不是很充分，但是，在能夠對實際系統進行有效定義的情況下，GSPN模型能夠產生令人十分滿意的效果。

3 GSPN建模分析

網間連接器是構造局域網與廣域網互連的關鍵部分，LAN與SIDN相互連接，這樣做的目的是把SIDN看作一個透明的網絡而將各類擴展的LAN互聯起來。為了簡化系統的設計和模型的構造，我們選擇局域網作為LAN擴展連接到SIDN的出口。

本文中假設網間連接器到達的過程服從Poisson分布，這里我們主要關注面向無連接與面向連接方式間的轉換對計算機網絡系統性能造成的影響程度。狀態元素Buf0指的是空閑緩沖區個數，狀態元素Buf1內的Token指的是緩沖區內將要轉發的數據分組，狀態元素Busy指的是物理信道，該信道的容量函數為1，如果存在Token，則說明信道正在發送有效數據分組。狀態元素L-on與L-off指的是鏈路目前的狀態，其中，在存在Token的情況下L-on表示已經建立了連接，這時存在數據的話則可以直接發送，而L-off表示鏈路正處于釋放狀態。

除此之外，我們假設變遷元素Arr指到達平均率為λ3的LAN到達的過程，而變遷元素Trans指的是平均服務率為λ5的服務過程，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Petri網模型構建理論，即GSPN模型。應用該模型能夠對計算機網絡的可靠性進行評估，從而有效刻畫計算機網絡的動態行為。文章最后應用實例建立了網絡的動態可靠性分析模型，并通過仿真模擬獲得可用度指標的變化曲線，從而驗證了模型方法的有效性。

[參考文獻]

[1]張曉杰，姜同敏，王曉峰.提高計算機網絡可靠性的方法研究[J].計算機工程與設計，2010年.

摘 要：隨著計算機信息技術的快速發展和計算機網絡的推廣，向廣大用戶提供及時滿意的服務，保障網絡的穩定是網絡維護的重要內容。可靠性是反映計算機網絡的服務質量的重要指標，因此，維護計算機網絡可靠性的研究得到了廣大學者的支持。應用GSPN（generalized stochastic petri net）理論對網絡的性能指標進行評估建模是分析計算機網絡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，并應用實例說明了應用GSPN分析計算機網絡可靠性的基本流程，對完成計算機網絡建模和可靠性分析具有廣泛的指導意義。

關鍵詞：GSPN；計算機網絡；可靠性；Petri網

1 前言

計算機網絡可靠性能的分析方法主要有三種，即數學分析、計算機模擬仿真和測量監測技術。測量檢測主要是在系統實際運行情況下進行的，因此，這種性能分析方式能夠反映特定條件下的被觀測系統的實際性能。但是，這種模型需要依賴系統的具體細節，因此不具有普遍性。后兩種模型則對系統中的重要特征進行了描述。模擬仿真模型中，通過計算機程序進行了描述，而數學模型中使用數學表達式進行了描述。

Petri網是一種比較抽象的和形式化的工具，該工具適用于對離散事件系統的并發性、非同步行為和控制流進行描述。計算機網絡分析模型在建立過程中通常使用排隊論模型，但是，排隊模型無法解決封鎖、并行和顧客分裂的問題。對此，GSPN網模型能夠進行很好的解決。本文介紹了該種建模方式的理論基礎，并應用實例說明了應用GSPN分析計算機網絡可靠性的基本流程，對完成計算機網絡建模和可靠性分析具有廣泛的指導意義。

2 GSPN模型介紹

GSPN是SPN模型的擴展，其基本隨機過程是一種連續狀態下的馬爾可夫鏈，由于其狀態空間較SPN有很大程度的減少，因此該模型得到了非常廣泛的應用，并受到廣大網絡性能維護專家的歡迎。GSPN模型能夠有效描述各類排隊模型，雖然該模型對于存在變遷元素相互關聯的分布下的描述還不是很充分，但是，在能夠對實際系統進行有效定義的情況下，GSPN模型能夠產生令人十分滿意的效果。

3 GSPN建模分析

網間連接器是構造局域網與廣域網互連的關鍵部分，LAN與SIDN相互連接，這樣做的目的是把SIDN看作一個透明的網絡而將各類擴展的LAN互聯起來。為了簡化系統的設計和模型的構造，我們選擇局域網作為LAN擴展連接到SIDN的出口。

本文中假設網間連接器到達的過程服從Poisson分布，這里我們主要關注面向無連接與面向連接方式間的轉換對計算機網絡系統性能造成的影響程度。狀態元素Buf0指的是空閑緩沖區個數，狀態元素Buf1內的Token指的是緩沖區內將要轉發的數據分組，狀態元素Busy指的是物理信道，該信道的容量函數為1，如果存在Token，則說明信道正在發送有效數據分組。狀態元素L-on與L-off指的是鏈路目前的狀態，其中，在存在Token的情況下L-on表示已經建立了連接，這時存在數據的話則可以直接發送，而L-off表示鏈路正處于釋放狀態。

除此之外，我們假設變遷元素Arr指到達平均率為λ3的LAN到達的過程，而變遷元素Trans指的是平均服務率為λ5的服務過程，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Petri網模型構建理論，即GSPN模型。應用該模型能夠對計算機網絡的可靠性進行評估，從而有效刻畫計算機網絡的動態行為。文章最后應用實例建立了網絡的動態可靠性分析模型，并通過仿真模擬獲得可用度指標的變化曲線，從而驗證了模型方法的有效性。

[參考文獻]

[1]張曉杰，姜同敏，王曉峰.提高計算機網絡可靠性的方法研究[J].計算機工程與設計，2010年.

摘 要：隨著計算機信息技術的快速發展和計算機網絡的推廣，向廣大用戶提供及時滿意的服務，保障網絡的穩定是網絡維護的重要內容。可靠性是反映計算機網絡的服務質量的重要指標，因此，維護計算機網絡可靠性的研究得到了廣大學者的支持。應用GSPN（generalized stochastic petri net）理論對網絡的性能指標進行評估建模是分析計算機網絡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，并應用實例說明了應用GSPN分析計算機網絡可靠性的基本流程，對完成計算機網絡建模和可靠性分析具有廣泛的指導意義。

關鍵詞：GSPN；計算機網絡；可靠性；Petri網

1 前言

計算機網絡可靠性能的分析方法主要有三種，即數學分析、計算機模擬仿真和測量監測技術。測量檢測主要是在系統實際運行情況下進行的，因此，這種性能分析方式能夠反映特定條件下的被觀測系統的實際性能。但是，這種模型需要依賴系統的具體細節，因此不具有普遍性。后兩種模型則對系統中的重要特征進行了描述。模擬仿真模型中，通過計算機程序進行了描述，而數學模型中使用數學表達式進行了描述。

Petri網是一種比較抽象的和形式化的工具，該工具適用于對離散事件系統的并發性、非同步行為和控制流進行描述。計算機網絡分析模型在建立過程中通常使用排隊論模型，但是，排隊模型無法解決封鎖、并行和顧客分裂的問題。對此，GSPN網模型能夠進行很好的解決。本文介紹了該種建模方式的理論基礎，并應用實例說明了應用GSPN分析計算機網絡可靠性的基本流程，對完成計算機網絡建模和可靠性分析具有廣泛的指導意義。

2 GSPN模型介紹

GSPN是SPN模型的擴展，其基本隨機過程是一種連續狀態下的馬爾可夫鏈，由于其狀態空間較SPN有很大程度的減少，因此該模型得到了非常廣泛的應用，并受到廣大網絡性能維護專家的歡迎。GSPN模型能夠有效描述各類排隊模型，雖然該模型對于存在變遷元素相互關聯的分布下的描述還不是很充分，但是，在能夠對實際系統進行有效定義的情況下，GSPN模型能夠產生令人十分滿意的效果。

3 GSPN建模分析

網間連接器是構造局域網與廣域網互連的關鍵部分，LAN與SIDN相互連接，這樣做的目的是把SIDN看作一個透明的網絡而將各類擴展的LAN互聯起來。為了簡化系統的設計和模型的構造，我們選擇局域網作為LAN擴展連接到SIDN的出口。

本文中假設網間連接器到達的過程服從Poisson分布，這里我們主要關注面向無連接與面向連接方式間的轉換對計算機網絡系統性能造成的影響程度。狀態元素Buf0指的是空閑緩沖區個數，狀態元素Buf1內的Token指的是緩沖區內將要轉發的數據分組，狀態元素Busy指的是物理信道，該信道的容量函數為1，如果存在Token，則說明信道正在發送有效數據分組。狀態元素L-on與L-off指的是鏈路目前的狀態，其中，在存在Token的情況下L-on表示已經建立了連接，這時存在數據的話則可以直接發送，而L-off表示鏈路正處于釋放狀態。

除此之外，我們假設變遷元素Arr指到達平均率為λ3的LAN到達的過程，而變遷元素Trans指的是平均服務率為λ5的服務過程，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Petri網模型構建理論，即GSPN模型。應用該模型能夠對計算機網絡的可靠性進行評估，從而有效刻畫計算機網絡的動態行為。文章最后應用實例建立了網絡的動態可靠性分析模型，并通過仿真模擬獲得可用度指標的變化曲線，從而驗證了模型方法的有效性。

[參考文獻]

[1]張曉杰，姜同敏，王曉峰.提高計算機網絡可靠性的方法研究[J].計算機工程與設計，2010年.