王俊豪

【摘 要】隨著計算機軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機互聯(lián)在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。為了能夠提升用戶體驗，計算機可靠性研究被提上了日程，隨著技術(shù)的記憶不發(fā)展，越來越多的學者開始對這一問題進行了深入的研究。本文就簡要概述計算機可靠性研究的相關(guān)問題。其中以時間為軸線介紹了可靠性研究的背景和發(fā)展概況。然后從近似算法和精確算法兩個方面介紹了網(wǎng)絡(luò)可靠性評估的辦法，并且簡述了集中算法的原理。文章最后介紹了網(wǎng)絡(luò)故障容錯設(shè)的重要意義和基本理念。

【關(guān)鍵詞】計算機；網(wǎng)絡(luò)可靠性

一、研究背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步發(fā)展，軟硬件制造技術(shù)的提高，目前為止，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幾乎各行各業(yè)都扮演著極為重要的角色。而隨著應用范圍的進一步擴大，人們對計算機網(wǎng)絡(luò)的依賴程度也越來越高。因此，一旦計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)漏洞、故障甚至是崩潰，則會對用戶的生活產(chǎn)生極大的影響。所以計算機網(wǎng)絡(luò)的可靠性是十分重要的。舉例來說，加入在金融領(lǐng)域中，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)生了較大的問題，導致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。則會導致一個投資銀行的倒閉。在現(xiàn)實生活中也有很多類似問題導致業(yè)績下降的例子，例如推特網(wǎng)在一段時間內(nèi)故障頻發(fā)，導致用戶體驗度下降，從而給競爭對手白白送去了很多用戶流量。所以，在現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)社會中，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的可靠性是尤為重要的，它不僅包含著用戶提現(xiàn)的問題，更是商家賴以生存的命脈之一。

二、網(wǎng)絡(luò)可靠性研究發(fā)展概況

早在20世紀60年代中期就有研究人員開始研究電信交換網(wǎng)絡(luò)，其中發(fā)現(xiàn)，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障就會使得整個交換網(wǎng)的傳輸總量大大下降，引起整個信號網(wǎng)的堵塞，從而誘發(fā)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，造成用戶體驗大幅度下滑，經(jīng)濟損失巨大。研究人員將此類故障命名為鏈路故障，并且引入了網(wǎng)絡(luò)可靠測度的概念，其中是以連通性作為衡量的標準。

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，20世紀70年代，美國國防部也開展了大量的關(guān)于計算網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究，并且在這個領(lǐng)域中投入了大量的人力物力和財力，引起了學者的廣泛關(guān)注，越來越多的人投入到這一領(lǐng)域的研究之中，并且獲得了豐碩的成果。在這一時期，網(wǎng)絡(luò)可靠性研究的主要內(nèi)容研究還是網(wǎng)絡(luò)的連通性。并且給出了網(wǎng)絡(luò)連通性的定義和標準。隨后不少研究人員都提出了很多新的實用性強的理論。

至此到80世紀，計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，使用人員和計算機數(shù)量暴漲，網(wǎng)絡(luò)負載急劇增大，流量也翻了多倍，研究人員發(fā)現(xiàn)，就算是網(wǎng)絡(luò)保證可靠性和連通性的前提下，也難以滿足用戶的使用體驗。網(wǎng)絡(luò)擁堵、延時和崩潰的情況時有發(fā)生，從而導致部分功能無法正常使用。因此在這一時期研究人員將研究重點從網(wǎng)絡(luò)連通性轉(zhuǎn)移到了可靠性上。

之后從90年代一直到今天，計算機的普及和研究熱潮的到來，網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究已經(jīng)成為了計算機領(lǐng)域的熱點之一。并且與計算機相結(jié)合的很多領(lǐng)域，例如：電力、金融、物流等都開始研究相關(guān)網(wǎng)絡(luò)可靠性問題。

三、網(wǎng)絡(luò)可靠性評估辦法

研究人員定義可靠度為：產(chǎn)品在給定時間內(nèi)，給定條件下完成所需功能而不出現(xiàn)失效的概率。目前來說，Ball將網(wǎng)絡(luò)可靠度計算定義為NP難題。隨著研究的進一步深入，目前關(guān)于此類的算法有兩種：近似算法和精確算法。

（一）網(wǎng)絡(luò)可靠性評估的近似算法

網(wǎng)絡(luò)可靠性的近似算法適合于大中型網(wǎng)絡(luò)，顧名思義，在計算的時候犧牲了計算的精度，為的是減少計算量提高運算速度。一般來說常見的近似算法有：模擬法、圖變換法和上下界法。

本節(jié)主要介紹這幾種算法的的基本理念。上下界法再求可靠度的過程中主要是算出網(wǎng)絡(luò)的上下邊界值來近似的求解出網(wǎng)絡(luò)的可靠度的。圖形變換法是按照一定的規(guī)則簡化網(wǎng)絡(luò)之后再進行可靠度的計算。經(jīng)典的變化規(guī)則有-Y簡化規(guī)則、串并聯(lián)簡化規(guī)則、多邊形鏈簡化規(guī)則和三角形簡化規(guī)則。一般來說圖形變換法只適用于具有特殊結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。目前學者研究較多的就是近似算法，因為近似算法可以用于大中型網(wǎng)絡(luò)的可靠度計算之中。目前大家的研究的重點就在如何能夠提高計算精度并且還不降低計算的速度上面。

（二）網(wǎng)絡(luò)可靠性評估的精確算法

上文已經(jīng)介紹了，網(wǎng)絡(luò)可靠性問題就是求解NP問題，精確類算法一般包含了以下幾類：狀態(tài)空間分解法、因子分解法、狀態(tài)枚舉法、容斥原理法等等。一般來說精確算法只能用在小型或者中性網(wǎng)絡(luò)上，大型網(wǎng)絡(luò)負荷數(shù)據(jù)量過大，不適合精確算法。本節(jié)對著狀態(tài)枚舉算法和容斥原理算法進行概述。

首先介紹一下狀態(tài)枚舉法。狀態(tài)枚舉法是在上世紀60年代被研究人員提出的，此法是通過列舉正常使用條件下的所有互斥事件來進行網(wǎng)絡(luò)可靠度的計算。因此這類方法只是比較適合小型網(wǎng)絡(luò)，因為隨著網(wǎng)絡(luò)鏈數(shù)目只增加，互斥事件的數(shù)目將會急劇增長，所以此類方法計算量巨大，平時不使用。

容斥原理則是利用到了集合這一思想，將不可靠度表示成一個個不可分割的集合，再除去相交部分，其中不可分割的集合中包括著一些網(wǎng)絡(luò)鏈路。次累計和不可分割，且無重復部分并且進行拆減之后就不是最小集合。一個集合必須對應的是網(wǎng)絡(luò)的一個工作狀態(tài)（正?；蛘吖收希４祟惙椒ㄒ仓皇怯糜谛⌒途W(wǎng)絡(luò)的計算中。

四、網(wǎng)絡(luò)故障容錯設(shè)

網(wǎng)絡(luò)可靠度再高，可難免會出現(xiàn)一些問題，導致工作路徑時效。因此為了保證在故障情況下能夠?qū)p失降到更低，不少研究人員也開始對故障容錯系統(tǒng)進行設(shè)計，保證在路徑失效的情況下，可靠度也能達到一定的閾值，這對網(wǎng)絡(luò)安全保證工作有著極為重要的意義。一般來說容錯技術(shù)有以下兩大類：重路由容錯和備用路徑容錯。其中重路由容錯指的是將正常公祖的路徑通過路由協(xié)議進行傳導，保證在故障發(fā)生時，數(shù)據(jù)也可以有效的傳遞。備用路徑容錯指的是，在現(xiàn)有路徑發(fā)生故障時將該故障路徑的數(shù)據(jù)交由另一路徑進行傳輸，此類方法可靠性高。

五、結(jié)語

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在生活中的不斷普及和深化，用戶在使用時越來越注意自身的體驗，因此網(wǎng)絡(luò)可靠性的保障就成了一個重中之重。現(xiàn)今已經(jīng)有很多學者將自己的精力放在這一領(lǐng)域，相信隨著時間和技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)可靠性研究也會更加的深入、快捷和精確。

【參考文獻】

[1]章筠.計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性分析與設(shè)計[M].杭州：浙江大學，2012.

[2]李旸.基于智能計算的計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性分析研究[J]. 計算機技術(shù)與發(fā)展，2016，16（08）：77-80.

[3]李佳音，余子偉.趙典.計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性優(yōu)化設(shè)計問題的研究[J].電子技術(shù)與軟件與工，2014，46（09）：244-246.

[4]楊峰.計算機網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素分析與對策探討[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2011，10（10）： 69-70.