復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性

王江

摘 要本文一方面闡述了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建立的原則，另一方面探究了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的可靠性。希望能通過(guò)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究，讓我們能夠更好地設(shè)計(jì)管理網(wǎng)絡(luò)來(lái)為我們生活工作服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 可靠性指標(biāo) 生存性 抗毀性 有效性 同步性

1 建立的原則

研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)的目標(biāo)是在評(píng)估復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性時(shí)提供一些依據(jù)，也為一些在網(wǎng)絡(luò)模型和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的研究人員提供參照。為了保證所設(shè)立的指標(biāo)可以更多的體現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性，我們就必須依照一定的原則設(shè)立可靠性指標(biāo)。因此，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)的設(shè)立應(yīng)當(dāng)依照以下原則：

1.1 完備性

完備性是說(shuō)指標(biāo)集中應(yīng)包含所有可能影響復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)，指標(biāo)集要具有廣泛性、通用性以及綜合性的特性。雖然很多指標(biāo)并不可以十分準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性，然而只要可以概括復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的某一點(diǎn)，就可以對(duì)其加以運(yùn)用，為我們今后的研究提供依照。

1.2 可測(cè)性

可測(cè)性是說(shuō)定量表示指標(biāo)。其實(shí)質(zhì)就是指標(biāo)可以用測(cè)試儀器、數(shù)學(xué)公式或者是試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等方法得到，其指標(biāo)本身就可以使用并度量，并且其含義明確，有著現(xiàn)實(shí)的收集渠道，還可以定量分析，具操作性。

1.3 指標(biāo)組合的不唯一性

我們研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性仍舊處于探索的階段，能夠表示可靠性的指標(biāo)就更不多了。因此目前能夠利用的同一指標(biāo)研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的不同方面，在研究中總結(jié)成果，并挑選出與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性相符合的指標(biāo)。就像在目前這個(gè)時(shí)期內(nèi)，研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的抗毀性與生存性的評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，就可使用一些相同的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

1.4 靈敏性

在選擇合適的指標(biāo)研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性時(shí)，我們必須要知道一旦網(wǎng)絡(luò)情況發(fā)生變化，評(píng)價(jià)指標(biāo)的值也就會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，這一問(wèn)題可以為可靠性的研究提供定性或定量的依據(jù)。

1.5 客觀(guān)性

客觀(guān)性指的是指標(biāo)可以真實(shí)地反映出復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的一種特性。

1.6 一致性

每一指標(biāo)均應(yīng)和分析目標(biāo)相統(tǒng)一，所分析的目標(biāo)其相互之間不應(yīng)發(fā)生矛盾。

2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性

2.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可信性

網(wǎng)絡(luò)的可信性指的是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在進(jìn)入執(zhí)行任務(wù)的情況下，度量執(zhí)行任務(wù)過(guò)程里某一個(gè)或者多個(gè)瞬間的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。其描述的是在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)完成任務(wù)的能力。例如，在分析電網(wǎng)的實(shí)際故障中，可信性指的是描述電網(wǎng)故障的分布規(guī)律的可信性以及它的影響因素。像維修性、可靠性或者維修保障性的集合性術(shù)語(yǔ)，通常運(yùn)用在非定量描述的場(chǎng)所中。其會(huì)被網(wǎng)絡(luò)的維修性、可靠性、安全性以及生存性等特點(diǎn)影響。

由于近來(lái)用戶(hù)日益重視網(wǎng)絡(luò)安全，我們開(kāi)始研究網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可信性。如今，研究工作絕大部分都是根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可信性來(lái)展開(kāi)的，一般包括網(wǎng)絡(luò)與用戶(hù)的可信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、可信性模型、網(wǎng)絡(luò)的可控性以及服務(wù)的可生存性，當(dāng)前仍未形成完整的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可信性的概念很多還在摸索的階段中。特別是在對(duì)其基本屬性以及面臨的相關(guān)問(wèn)題方面還沒(méi)有一致的闡述。

2.2 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可用性

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性指的是在規(guī)定的情況下，在規(guī)定的時(shí)間中的任何時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要維持可工作或者可使用的狀態(tài)。其闡述了在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)，這和網(wǎng)絡(luò)的初始狀態(tài)相關(guān)。這一測(cè)度不但與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性有關(guān)，還與維修性以及保障性等特性有關(guān)。在軍事保障中，網(wǎng)絡(luò)保障的可用性偶爾也與網(wǎng)絡(luò)裝備的戰(zhàn)備完好性有關(guān)。

衡量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性通常使用傳統(tǒng)系統(tǒng)的可用性參數(shù)，就像瞬時(shí)可用度、極限平均可用度、平均可用度以及穩(wěn)態(tài)可用度等。因?yàn)橛脩?hù)不同，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性的要求也不盡相同，怎么才能更加公正地評(píng)價(jià)擔(dān)任不同任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可用性，變成了現(xiàn)在急需解決的問(wèn)題。通常情況下，我們可以使用基于網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延與吞吐量的網(wǎng)絡(luò)可用性指標(biāo)，也可以在考慮網(wǎng)絡(luò)邊的單失效與多失效的情景下，采用共享保護(hù)可用性以及專(zhuān)用保護(hù)可用性等的參數(shù)。

2.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的完成性

由于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的本身（例如網(wǎng)絡(luò)中的元件達(dá)到壽命等）和環(huán)境（自然災(zāi)害等）的各種各樣的無(wú)法避免的擾動(dòng)，系統(tǒng)中的元件出現(xiàn)故障通常是無(wú)法完全避免的。因此怎樣避免系統(tǒng)中的局部故障在網(wǎng)絡(luò)中傳播開(kāi)來(lái)，演變成大規(guī)模故障，是需要研究的重要課題。

于是描述網(wǎng)絡(luò)的完成性就是設(shè)計(jì)出更加可靠的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)際系統(tǒng)抽象出來(lái)研究。這一方面的研究一般集中在兩個(gè)部分：其一是網(wǎng)絡(luò)完成性研究的理論模型以及研究方法，其二是網(wǎng)絡(luò)完成性參數(shù)的建立與計(jì)算。

通常研究網(wǎng)絡(luò)完成性的方法是：首先挑選合適的性能指標(biāo)，同時(shí)核定用戶(hù)能夠接受的性能閾值，其次總結(jié)網(wǎng)絡(luò)部件的工作情況，還有各狀態(tài)出現(xiàn)的頻率，最后核算各個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的性能指標(biāo)，對(duì)符合閾值要求的網(wǎng)絡(luò)情況出現(xiàn)的次數(shù)求和。像在隨機(jī)流的網(wǎng)絡(luò)模型下，LN因時(shí)延與成本而被限制，分析網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中一個(gè)或多個(gè)任務(wù)的可靠性。因?yàn)槁窂叫阅苋菀滓蚓W(wǎng)絡(luò)流變化、節(jié)點(diǎn)失效以及管理策略等原因受到影響，設(shè)立網(wǎng)絡(luò)完成性研究的理論模型與探究方法是一個(gè)難題，這一直未能解決，況且網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性以及復(fù)雜性也為這個(gè)問(wèn)題的解決帶來(lái)非常大的難題，所以絕大多數(shù)的研究結(jié)果都是基于模擬仿真而做的分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究指標(biāo)是以評(píng)估復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性為基礎(chǔ)的，這是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性研究中急需解決的難題之一。我們?cè)诤硕◤?fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，更需要考慮到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究特性，并且借鑒實(shí)踐生活中各種網(wǎng)絡(luò)可靠性研究的積極成果。希望本文建立的評(píng)價(jià)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的指標(biāo)，能夠?yàn)橐院髲?fù)雜網(wǎng)絡(luò)可靠性的發(fā)展前景提供參照依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

北京航空航天大學(xué)中法工程師學(xué)院 北京市 100191