基于通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評測技術(shù)分析

陳亮

（浙江省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心 浙江 310017）

0 引言

基于輸入和輸出節(jié)點是如今通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評測的主要方法，例如節(jié)點遍歷法，以輸入節(jié)點為起點，由路由算法可以得出所有到達輸出節(jié)點的路徑，再基于弧和節(jié)點的可靠性，算出輸入和輸出節(jié)點的可靠度，其中節(jié)點的可靠性一般為1。不過節(jié)點遍歷法有以下兩個問題：1、兩個節(jié)點的可靠性是否能以點概面，說明整個通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性；2、雖然目前使用的方法適用于單輸入/輸出節(jié)點、中間傳輸網(wǎng)絡(luò)鏈路的系統(tǒng)，但并不完全適用于多個輸入/輸出節(jié)點的系統(tǒng)。通常節(jié)點和弧的可靠性是相對穩(wěn)定的，但兩者的組織形式是不一樣的，因為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不一樣，就算是相同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中不同的兩者所處的地位和功能也是不一樣的，那么直接代入計算的方法就不那么適用了。

1 網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)件的可靠性技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)件是連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳遞信息的介質(zhì)，即節(jié)點和??；以下對兩者的可靠性進行分析。節(jié)點的可靠性分析：單節(jié)點設(shè)備與普通電子設(shè)備原理差不多，可參考普通電子設(shè)備的可靠性的計算方法。代理節(jié)點設(shè)備則不同，它有雙重身份，通常硬件是相同的，不同用途的實現(xiàn)主要依靠軟件，那么它的可靠性就要看它所代理的是什么身份，也就是說按照兩種不同的設(shè)備分別計算?；〉目煽啃苑治觯夯》譃橛芯€弧和無線弧。如果是光纜或電纜連接兩個節(jié)點，那么它的可靠性屬于簡單的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，有線弧的可靠性可通過節(jié)點和光纜/電纜的可靠性計算得出。無線弧的問題相對而言就要復(fù)雜些，因為是無線的，要靠大氣進行信號傳輸，但是大氣傳輸?shù)目煽啃詿o從得知，為了使問題變得簡單，那就將重點放在節(jié)點設(shè)備上，由它的可靠性評測得出無線弧的可靠性。因為天氣狀況和地理環(huán)境都會很大程度上影響無線信道，會使信號減弱、延遲，甚至產(chǎn)生噪音等，這些情況都會對設(shè)備的正常運行造成影響，針對這種情形，可以借助通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點多，廣泛分布的特性，全面評測任何兩個節(jié)點設(shè)備的可靠性，必須多次在不同天氣、季節(jié)和各種地理環(huán)境下進行，這樣弧的可靠性即包含在兩個節(jié)點設(shè)備的可靠性中。

2 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評測方法的改進

系統(tǒng)和弧只存在正?；蚬收线@兩種狀態(tài)；無線弧的兩個節(jié)點可靠度一樣；每條弧的故障是不具破壞性的，不會影響其他弧。在原有的評測方法基礎(chǔ)上進行改善。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本可靠性的計算公式

設(shè)定 {i,j}為任意兩個節(jié)點，可能共有M條通信路徑，總共有L條弧經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)，且有很多條路徑通過每一條弧。現(xiàn)在對這兩個節(jié)點通信路徑所經(jīng)弧的權(quán)值進行計算,第一步，使用節(jié)點遍歷法計算出最小路集，我們用字母T來表示，當中每條通信路徑經(jīng)過弧的步數(shù)是用C表示,接著對L條弧中的弧Li通過網(wǎng)絡(luò)的次數(shù)進行統(tǒng)計，也就是統(tǒng)計有多少條路徑經(jīng)過此弧，路徑數(shù)就用字母d來表示,則：

那么可以得知兩點的弧的權(quán)值是：

說明：上面公式中KLi指的是弧 Li的權(quán)值；di是經(jīng)過弧Li的路徑數(shù)；Ci是路徑經(jīng)過弧的步數(shù)；由此我們能對網(wǎng)絡(luò)中所有任意兩節(jié)點通信路徑所經(jīng)弧度的權(quán)值進行計算。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各每條弧的權(quán)值計算：

假定網(wǎng)絡(luò)中共有P對節(jié)點對互相通信,已知各節(jié)點對所經(jīng)弧與對應(yīng)的權(quán)值的集合是 {L1j,KL1j},{L2j,KL2j},…,{LPj,KLPj}，由于各個集合中的弧存在重復(fù)的情況,故需要進一步的處理整個網(wǎng)絡(luò)中的每條弧 Li的權(quán)值,以此計算出與網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)的每條弧的權(quán)值，計算公式：

說明：上面公式中KLi是通信網(wǎng)絡(luò)中弧 Li的權(quán)值；KLij是弧 Li在第 j個點對應(yīng)的集合中的權(quán)值,如果該弧不在這個集合中則權(quán)值為0；P表示的是點對應(yīng)集合的總數(shù)；N指的是弧的總數(shù)。

最終可以將各個弧的權(quán)值代入到公式（1）中，計算出整個通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總的失效率，也就能得到基本可靠性。

簡化計算量的方法：

假設(shè)一個網(wǎng)絡(luò)有n個入網(wǎng)節(jié)點，有C對能互相通信的節(jié)點對，則：

可以看出，若 n值很大，那么計算相應(yīng)的節(jié)點對的最小路基就很復(fù)雜，會出現(xiàn)組合過多的情況，為了簡化計算量，就需要使用簡化計算量的方法：1、用戶數(shù)的簡化：若使用一個節(jié)點入網(wǎng)的用戶過多，則計算最小路集時可只計算一個用戶，然后再用求得的弧的權(quán)值乘以用戶的數(shù)量，這種“用戶等價類的合并”的計算方法比較實用。2、局部結(jié)構(gòu)的簡化：若用戶是通過局域網(wǎng)接入的，可以首先對局域網(wǎng)的可靠性進行計算，再把整個網(wǎng)絡(luò)當作一個節(jié)點進行可靠性計算。若局部網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)是獨立的，就像幾個鏈路經(jīng)過中繼形成很長的傳輸鏈路，就能按串聯(lián)結(jié)構(gòu)計算出整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性；再根據(jù)單個弧進行分析；像雙備份節(jié)點、并聯(lián)結(jié)構(gòu)的通信鏈路的，獨立且復(fù)雜多余的局部結(jié)構(gòu)，其可靠性可進行獨立計算，再根據(jù)單個節(jié)點或弧進行分析。

3 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抗毀性分析

評價通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個關(guān)鍵指標是抗毀性， 若沒有平均分配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和弧的路由,部分關(guān)鍵節(jié)點或弧就容易出現(xiàn)問題，一旦出現(xiàn)問題會中斷大部分用戶的網(wǎng)絡(luò)連接，而其他的節(jié)點和弧出現(xiàn)問題，對用戶影響相對來說比較小；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或者弧的路由分配決定著網(wǎng)絡(luò)的對稱性，絕對平均分配的兩者，則是對稱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的抗毀性是同類網(wǎng)絡(luò)中最強的。如果路由分配用通過此節(jié)點/弧的路徑數(shù)代替，那么通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點/弧的權(quán)值則表示的是路由分配的相對值；為了體現(xiàn)這種平均分配的特性，可以通過全部弧的權(quán)值的方差、極差表現(xiàn)，也就能分析出通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗毀性的強弱。以下為計算公式：

說明：公式中N指通信網(wǎng)絡(luò)中弧的總和，Kmax指的是網(wǎng)絡(luò)中弧的最大權(quán)值;Kmin指的是弧的最小權(quán)值。

那么可知：

(1) 若計算出的方差和極差值均較小，就表明了通信網(wǎng)絡(luò)的路由分配相對比較勻稱,則系統(tǒng)的抗毀性比較強；

(2) 若計算出的極差值較大，而方差很小，系統(tǒng)抗毀性的好壞就不能得到證明；

(3) 若計算出的極差和方差均較大，就表明了通信網(wǎng)絡(luò)的路由分配并不勻稱，則系統(tǒng)的抗毀性比較弱。

4 小結(jié)

綜上所述，主要對通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性評測技術(shù)進行了探討，經(jīng)過進一步處理由節(jié)點遍歷法計算出的最小路集數(shù)據(jù)，可以使通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性得到更加全面地體現(xiàn)，同時，以此為基礎(chǔ)分析了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗毀性。目的是為了使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計更加完善，探索系統(tǒng)可靠性的不穩(wěn)定因素和對通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性進行評測。其實計算機算法也能用這種改進方法輕松實現(xiàn)，首先標記通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的所有弧，使用節(jié)點遍歷法時比對和累計數(shù)據(jù)就可以了，這種計算不用對所有的節(jié)點的可靠度進行計算，使計算量大大減少。

[1]吳俊,段東立,趙娟,李俊,鄧宏鐘,譚躍進.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性研究現(xiàn)狀與展望[J].復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué),2011,02：77-86.

[2]李蔚,陳特放.基于通信網(wǎng)絡(luò)機車分布式系統(tǒng)實時控制的分析與研究[J].計算機測量與控制,2011,10：2444-2447+2477.

[3]李維,苗勇,湯業(yè)偉,劉冬,胡濱.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可靠性檢測與評估技術(shù)[J].軟件,2012,04：1-4.

[4]熊小萍,譚建成,林湘寧.基于改進飽和割集算法的廣域測量系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,09：97-102.