计算机网络可靠性分析与设计

摘要

随着计算机网络的广泛应用，为了向用户提供满意的服务，需要保障网络的服务质量，由于可靠性是一项反映服务质量的重要指标，网络可靠性相关研究获得了学者的广泛关注。网络可靠性评估是网络可靠性相关研究的基础，而基于可靠度的网络设计则能针对网络可靠度、网络构建费用等网络设计目标，提供各种优化方案供网络管理者参考，是目前网络可靠性研究领域的一大热点。在网络设计方面，由于网络可能会发生故障，故障容错技术能保证网络在故障条件下的正常工作，因此，网络容错设计具有重要的研究意义。本文主要围绕计算机网络可靠性分析与设计进行研究，本文的主要研究内容如下:
　　 1.简单介绍了网络可靠性的重要性，发展及其研究现状。
　　 2.对数据通过相交路径进行传输的可靠性的评估进行了初步探索。通过比较各数据到达共用链路的时刻，来判断各数据是否存在链路使用权竞争。探讨了数据产生的时间间隔和数据量对可靠度的影响。
　　 3.考虑了基于网络可靠度的传输线优化设计问题。针对拓扑结构固定的多源多宿多态计算机网络，提出了一种可靠度最大化的网络传输线配置方法，在满足费用约束的情况下，极大化网络数据传输的可靠度。首先，针对一种给定的传输线配置，在网络构建费用限制条件下，提出了一种可靠度评估算法来计算多态网络各源点到各宿点的可靠度;其次，将可靠度评估算法和非支配排序遗传算法相结合，提出了基于可靠度的传输线路寻优算法来寻找原问题的最优Pareto解集。
　　 4.考虑了工作路径给定情况下，基于备用路径的容错设计问题。本文采用两条不相交的路径作为工作路径来同时传输数据，并采用与工作路径不相交的一条最小路集作为备用路径，提出了一个基于最小路集的单条备用路径算法来评估单条工作路径失效情况下的网络可靠度。相对于以往学者采用两条不相交的路径作为工作路径，并采用另外两条不相交的最小路集作为备用路径的研究，在单条工作路径失效情况下，本文提出的算法能大幅度地提高网络可靠度，且所需的备用路径数目更少。
　　 5.考虑了工作路径非给定情况下，基于备用路径的容错设计问题。本文具体研究了多协议标签交换网络的路由优化设计问题，在满足网络可靠度限制条件下，通过选择最优的工作和备用路径，并对其进行带宽分配，使得网络总构建费用最小。由于网络总构建费用和网络可靠度存在耦合关系，我们将原问题对等地解耦成两个子问题:费用和可靠度相关子问题。费用相关子问题已被学者研究解决。针对可靠度相关子问题，通过理论推导，降低了解的搜索空间。最后，由于费用和可靠度相关子问题的解是基于相同的搜索准则得到的，原问题的最优工作和备用路径解集可以通过比较两个子问题的解来求出。原问题是一个NP难题，本文提出了一种有效解决该NP难题的思路，具有重要的参考价值。
　　 最后对全文进行了总结，并提出了进一步的研究方向。

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第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 网络可靠性研究的发展及现状

1．2．1 网络可靠性研究发展简况

1．2．2 网络可靠性评估

1．2．3 网络故障容错设计

1．3 研究意义及主要工作

1．3．1 研究意义

1．3．2 主要工作

1．4 论文组织结构

第二章 双源单宿计算机网络数据传输可靠性评估

2．1 引言

2．2 问题描述

2．3 算法

2．4 数值仿真

2．4．1 情况一：数据量随机

2．4．2 情况二：时间间隔随机

2．4．3 情况三：数据量和时间间隔随机

2．4．4 传输时间限制

2．5 本章小结

第三章 基于可靠度最大化的多源多宿多态计算机网络传输线优化设计

3．1 引言

3．2 问题描述

3．2．1 MMMCN定义

3．2．2 流量向量与状态向量

3．2．3 数学模型

3．3 算法

3．3．1 RETLA算法

3．3．2 NSGA-Ⅱ算法

3．3．3 RETLA-NSGAⅡ算法

3．4 仿真实例

3．4．1 例子一

3．4．2 例子二

3．5 本章小结

第四章 基于可靠度的多态网络单条备用路径设计

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 算法

4．3．1 SMP-BP算法

4．3．2 SMP-BP算法的性质

4．3．3 SSMP-BP算法

4．4 仿真算例

4．4．1 SMP-BP和DMP-BP算法比较

4．4．2 SMP-BP算法的最优备用路径

4．4．3 SSMP-BP算法

4．5 问题讨论

4．5．1 最优备用路径

4．5．2 u(u≥2)条工作路径的SMP-BP算法

4．6 本章小结

第五章 基于可靠度的多协议标签交换网络工作和备用路径设计

5．1 引言

5．2 问题描述

5．2．1 网络构建费用

5．2．2 网络可靠度

5．2．3 问题描述

5．3 CR-DLSP问题的数学分析

5．3．1 Cost-DLSP子问题的解

5．3．2 Reliability-DLSP子问题的解

5．3．3 CR-DLSP问题的解

5．4 Reliability-DLSP子问题和CR-DLSP方法

5．4．1 Reliability-DLSP算法

5．4．2 CR-DLSP方法

5．5 仿真算例

5．5．1 例子一：Reliability-DLSP子问题仿真算例

5．5．2 例子二：CR-DLSP方法仿真算例

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

附录A 引理4．1证明

附录B 定理4．1证明

附录C 定理5．1证明

附录D 定理5．2证明

附录E 定理5．3证明

作者简历

攻读博士期间主要研究成果与参与的科研项目