网络系统可靠性研究 现状与展望 姓名：杨玉 学校：潍坊学院 院系:数学与信息科学学院 学号：10051140234 指导老师：蔡建生 专业：数学与应用数学 班级：2010级二班
一、摘要 伴随着人类社会的网络化进程，人类赖以生存的网络系统规模越来越庞大、结构越来越复杂，这导致网络系统可靠性问题越来越严峻。本文首先探讨了网络系统可靠性的发展历程、概念与特点，进而从度量参数、建模、分析、优化四个方面系统综述了网络系统可靠性的研究现状，最后对网络系统可靠性研究未来的发展进行了展望。 二、关键词：可靠性；网络系统；综述；现状；展望 三、引言 21 世纪以来，以信息技术的飞速发展为基础，人类社会加快了网络化进程。交通网络、通信网络、电力网络、物流网络……可以说，“我们被网络包围着”，几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型，这些网络往往有着大量的节点，节点之间有着复杂的连接关系。自从小世界效应[1]和无标度特性[2]发现以来，复杂网络的研究在过去10 年得到了迅速发展，其研究者来自图论、统计物理、计算机、管理学、社会学以及生物学等各个不同领域，仅发表在《Nature》和《Science》上的相关论文就达百篇。对复杂网络系统结构、功能、动力学行为的深入探索、科学理解以及可能的应用，已成为多个学科领域共同关注的前沿热点[3-14]。 随着复杂网络研究的兴起，作为复杂网络最重要的研究问题之一，网络系统可靠性研究的重大理论意义和应用价值也日益凸显出来[15, 16]。人们开始关注：这些复杂的网络系统到底有多可靠？2003 年8 月美加大停电事故导致美国的8 个州和加拿大的2 个省发生大规模停电，约5000 万居民受到影响，损失负荷量61800MW，经济损失约300 亿美元；2005 年12 月台湾海峡地震造成多条国际海底通信光缆发生中断，导致整个亚太地区的互联网服务几近瘫痪，中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向国际港澳台通信线路受此影响亦大量中断；2008 年1 月，南方冰雪灾害导致我国十余个省市交通瘫痪、电力中断、供水停止、燃料告急、食物紧张……这些我们赖以生存的网络系统规模越来越庞大，结构越来越复杂，但越来越频繁发生的事故也将一系列严峻的问题摆在我们面前：一些微不足道的事故隐患是否会导致整个网络系统的崩溃？在发生严重自然灾
可靠性设计的主要内容 1、研究产品的故障物理和故障模型 搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等（均为受许多复杂随机因素影响的随机过程）的有关数据及材料的初始性能（强度、冲击韧性等）对其平均值的偏离数据，揭示影响老化、损伤这一复杂物理化学过程最本质的因素，追寻故障的真正原因。研究以时间函数形式表达的材料老化、损伤的规律，从而较确切的估计产品在使用条件下的状态和寿命。用统计分析的方法使故障（失效）机理模型化，建立计算用的可靠度模型或故障模型，为可靠性设计奠定物理数学基础，故障模型的建立，往往以可靠性试验结果为依据。 2、确定产品的可靠性指标及其等级 选取何种可靠性指标取决于产品的类型、设计要求以及习惯和方便性等。而产品可靠性指标的等级或量值，则应依据设计要求或已有的试验，使用和修理的统计数据、设计经验、产品的重要程度、技术发展趋势及市场需求等来确定。例如，对于汽车，可选用可靠度、首次故障里程、平局故障间隔里程等作为可靠性指标，对于工程机械则常采用有效度。 3、合理分配产品的可靠性指标值
将确定的产品可靠性指标的量值合理分配给零部件，以确定每个零部件的可靠性指标值，后者与该零部件的功能、重要性、复杂程度、体积、重量、设计要求与经验、已有的可靠性数据及费用等有关，这些构成对可靠性指标值的约束条件。采用优化设计方法将产品（系统、设备）的可靠性指标值分配给各个零部件，以求得最大经济效益下的各零部件可靠性指标值最合理的匹配。 4、以规定的可靠性指标值为依据对零件进行可靠性设计 即把规定的可靠性指标值直接设计到零件中去，使它们能够保证可靠性指标值的实现。
通用的可靠性设计分析方法 1.识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和环境剖面。 （1）任务剖面“剖面”一词是英语profile的直译，其含义是对所发生的事件、过程、状态、功能及所处环境的描述。显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。 任务剖面的定义为：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功或致命故障的判断准则。 对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般应包括：1）产品的工作状态； 2）维修方案； 3）产品工作的时间与程序； 4）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。 任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品的最基本的信息。任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。 图1表示了一个典型的任务剖面。 （2）寿命剖面寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。寿命剖面包括任务剖面。 寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。 寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。 图2表示了寿命剖面所经历的事件。
（3）环境剖面环境剖面是任务剖面的一个组成部分。它是对产品的使用或生存有影响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干扰等及其强度的时序说明。 产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。环境剖面也是寿命剖面和任务剖面的一个组成部分。 2.明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。产品的可靠性要求是进行可靠性设计分析的最重要的依据。 可靠性要求可以分为两大类：第一类是定性要求，即用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品的可靠性；第二类是定量要求，即规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 可靠性定性要求通常以要求开展的一系列定性设计分析工作项目表达。常用的可靠性定性设计工作项目见表1。
网络可靠性设计
目录 1.1 网络可靠性设计 (2) 1.1.1 网络解决方案可靠性的设计原则 (3) 1.1.2 网络可靠性的设计方法实例 (4) 1.1.3 网络可靠性设计总结 (9)
1.1网络可靠性设计 可靠性是指：设备在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。对于网络系统的可靠性，除了耐久性外，还有容错性和可维护性方面的内容。 1）耐久性。是指设备运行的无故障性或寿命，专业名称叫MTBF（Mean Time Between Failure），即平均无故障时间，它是描述整个系统可靠性的重要指标。对于一个网络系统来说，MTBF是指整个网络的各组件（链路、节点）不间断无故障连续运行的平均时间。 2）容错性。专业名称叫MTTR（Mean Time to Repair），即系统平均恢复时间，是描述整个系统容错能力的指标。对于一个网络系统来说，MTTR是指当网络中的组件出现故障时，网络从故障状态恢复到正常状态所需的平均时间。 3）可维护性。在系统发生故障后，能够很快地定位问题并通过维护排除故障，这属于事后维护；根据系统告警提前发现问题（如CPU使用率过高，端口流量异常等），通过更换设备或调整网络结构来规避可能出现的故障，这属于预防维护。可维护性需要管理人员来实施，体现了管理的水平，也反映了系统可靠性的高低。
表示系统可靠性的公式为： MTBF / ( MTBF + MTTR ) * 100%。 从公式或以看出，提高MTBF或降低MTTR都可以提高网络可靠性。造成网络不可用的因素包括：设备软硬件故障、设备间链路故障、用户误操作、网络拥塞等。针对这些因素采取措施，使网络尽量不出故障，提高网络MTBF指标，从而提升整网的可靠性水平。 然而，网络中的故障总是不可避免的，所以设计和部署从故障中快速恢复的技术、缩小MTTR指标，同样是提升网络可靠性水平的手段。 在网络架构的设计中，充分保证整网运行的可靠性是基本原则之一。网络系统可靠性设计的核心思想则是，通过合理的组网结构设计和可靠性特性应用，保证网络系统具备有效备份、自动检测和快速恢复机制，同时关注不同类型网络的适应成本。 构建可靠的网络，需要从耐久性、容错性以及可维护性三个方面进行网络规划设计。而网络的规划设计是个系统工程，不同的设计方案的可靠性性效果不尽相同，这就需要以科学的方法进行设计，构建符合需要的可靠性网络。 1.1.1网络解决方案可靠性的设计原则 不同的网络，其可靠性的设计目标是不同的。网络解决方案的可靠性需要根据实际需求进行设计。高可靠性的网络不但涉及到网络架构、设备选型、协议选择、业务规划等技术层面的问题，还受用户现有网络状况、网络投资预算、用户管理水平等影响，因此在规划可靠性网络时需要因地制宜，综合考虑各方面的影响因素。
do:i 10.3969/.j issn .1672-6073.2010.02.004 都市快轨交通#第23卷第2期2010年4 月 快轨论坛 基于复杂网络的城市轨道 交通网络可靠性研究 陈菁菁 (上海申通轨道交通研究咨询有限公司 上海 201103) 摘 要 通常的可靠性理论难以有效分析城市轨道交通网络的可靠性。鉴于复杂网络理论对大量现实网络实证研究的有效性,以及城市轨道交通网络作为现实世界网络的典型实例与其他网络具有相似性,应将城市轨道交通网络相关问题的研究归为复杂网络的研究范畴。引入复杂网络的可靠性测度指标,从网络的适应性、稳定性和有效性三方面来构建城市轨道交通网络可靠性的衡量指标,将原先基于设施设备的可靠性研究拓展至基于交通系统管理者和使用者的全局性研究。 关键词 城市轨道交通网络 复杂网络 可靠性测度中图分类号 F51213 文献标志码 A 文章编号 1672-6073(2010)02-0018-04 城市轨道交通网络是由大量相互作用的单元构成的复杂系统,在一定的规则下产生有组织的行为,呈现动态的变化和演化过程,并且具有与外界相互作用的开放性。城市轨道交通网络表现出既有不确定性,又有一定的内部自组织原则的特性,不能简单地将城市轨道交通网络的问题归为随机网络或规则网络的问题来研究。 1 城市轨道交通网络可靠性分析的难度 1.1 大系统与小样本 城市交通网络系统是一个错综复杂的大系统。概率论是可靠性最主要的理论基础,其中的大数定律决定了在可靠性试验或数据分析时,必须有足够的样本量。对于城市轨道交通系统而言,网络可靠性的研究还刚刚 收稿日期:2009-10-10 修回日期:2009-11-20 作者简介:陈菁菁,女,博士,工程师,主要研究城市轨道交通运营安 全与可靠性,c j j yh @ya hoo.c https://www.doczj.com/doc/64608775.html, 基金项目:国家自然科学基金(50478105) 起步,研究的基础很薄弱,特别是在我国的各个城市, 轨道交通仍然处于集中建设时期,具有一定规模的网络还未形成,实际的样本数据匮乏,样本数据少的问题极为突出。因此,如何在小样本条件下确定系统的可靠性参数是一个迫切需要解决的问题。 1.2 模糊性 由于可靠性数据较少,特别是在方案论证和系统设计的早期阶段,由于分析和评定的失效数据样本小,基于大样本数据的概率模型和统计方法难以适用。目前,往往采用专家经验等定性信息的形式来描述系统的可靠性,如/该城市轨道交通网络的可靠度不太高0等,这种描述本身就存在模糊性,难以用基于概率论的可靠性分析与评定方法来处理。 常规的可靠性理论是建立在二态假设和概率假设基础上的。二态假设是指系统只有两种极端状态,完全正常或完全失效。概率假设则要求满足事件明确加以定义、大量样本存在、样本具有概率重复性、不受人为因素影响4个条件。 城市轨道交通网络作为一个系统运行,其工作状态就存在模糊性,很难满足二态假设,难以用基于概率论的可靠性分析与评定方法来处理。某些系统工作状态的正常或不正常,在外延上难以定义明确的界限,具有模糊的概念,如网络中的部分线路已失效,但整个网络并不完全失效,系统可以降级运行等,用二值逻辑和统计方法难以处理,二态假设无法精确描述,具有模糊性。 1.3 建模困难 可靠性评估的数学模型应该正确地反映系统中各个部分之间的内在联系,准确描述系统的实际运行情况。在系统的复杂性与精确性描述之间,由于城市轨道交通网络是由许多分系统、线路、车站、设施设备组
可靠性设计与分析作业 学号：071130123 姓名：向正平一、指数分布的概率密度函数、分布函数、可靠度函数曲线 （1）程序语言 t=(0:0.01:20); Array m=[0.3,0.6,0.9]; linecolor=['r','b','y']; for i=1:length(m); f=m(i)*exp(-m(i)*t); F=1-exp(-m(i)*t); R=exp(-m(i)*t); color=linecolor(i); subplot(3,1,1); title('指数函数概率密度函数曲线'); plot(t,f,color); hold on subplot(3,1,2); title('指数函数分布函数函数曲线'); plot(t,F,color); hold on subplot(3,1,3); title('指数指数分布可靠度函数曲线 plot(t,R,color); hold on end （3）指数分布的分析 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数 的情况。指数分布不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整 机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 有图像可以看出失效率函数密度f(t)随着时间的增加不断下降，而失效率随 着时间的增加在不断的上升，可靠度也在随着时间的增加不断地下降，从图线的 颜色可以看出，随着m的增加失效率密度函数下降越快，而可靠度的随m的增加 而不断的增加，则失效率随m的增加减小越快。 在工程运用中，如果某零件符合指数分布，那么可以适当增加m的值，使零 件的可靠度会提升，增加可靠性。 二、正态分布的概率密度函数、分布函数、可靠性函数、失效率函数曲线 （1）程序语言 t=-10:0.01:10; m=[3,6,9]; n=[1,2,3]; linecolor=['r','b','y'];
高可用性技术(故障检测技术)在路由网络中的应用 国网电科院信息通信技术服务中心蓝鹏 VER1.0 引言：为了保证网络的不间断运行，特别是核心出口网络的高可用性，通常在部署较大规模网络时，会采取链路级备份、设备级备份等方式。技术上通常使用多管理引擎备份、浮动静态路由、VRRP、HSRP等。虽然这些技术给网络带来了一些备份作用，但是对于实时性要求较高的网络还会存在一些问题，本文结合在H3C路由器上的配置实例说明一些故障检测技术与传统技术的结合（联动）从而实现更为智能的高可用性解决方案。 关键字：可靠性故障检测技术NQA BFD TRACK 路由协议网络收敛 （一）、可靠性概述 随着网络的快速普及和应用的日益深入，网络中断可能影响大量业务,因此，作为业务承载主体的基础网络，其可靠性日益成为倍受关注的焦点。在实际网络中，总避免不了各种非技术因素造成的网络故障和服务中断。因此,提高系统容错能力、提高故障恢复速度、降低故障对业务的影响，是提高系统可靠性的有效途径。 1.可靠性需求 可靠性需求根据其目标和实现方法的不同可分为三个级别，各级别的目标和实现方法如表 1 所示。 级别目标实现方法 1减少系统的软、硬件故障硬件：简化电路设计、提高生产工艺、进行可靠性试验 软件：软件可靠性设计、软件可靠性测试等 2即使发生故障，系统功能也不 设备和链路的冗余设计、部署倒换策略、提高倒换成功率受影响 3尽管发生故障导致功能受损， 提供故障检测、诊断、隔离和恢复技术 但系统能够快速恢复 表 1 在上述三个级别的可靠性需求中，第1级别需求的满足应在网络设备的设计和生产过程中予以考虑；第2级别需求的满足应在设计网络架构时予以考虑；第3级别需求则应在网络部署过程中，根据网络架构和业务特点采用相应的可靠性技术来予以满足。 2.可靠性度量 通常我们使用 MTBF （ Mean Time Between Failures ，平均故障间隔时间）和 MTTR （ Mean Timeto Repair ，平均修复时间）这两个技术指标来评价系统的可靠性。 (1).MTBF MTBF 是指一个系统无故障运行的平均时间，通常以小时为单位。 MTBF 越多，可靠性也就越高。 (2).MTTR MTTR 是指一个系统从故障发生到恢复所需的平均时间，广义的 MTTR 还涉及备件管理、客
如何提高企业网络安全可靠性 LINUX服务器为妥 若有人问你，在中小企业的网络规划中，必须遵守的几个原则是什么？那么，可靠性，必定名列其中，而且是名列前茅的。可见，可靠性在中小企业网络建设中的重要性。但是，俗话说，站着说话不怕腰疼，要提高中小企业网络的可靠性不是嘴巴说说就可以完成的，是需要网络管理员拿出全部智慧来设计中小企业的网络应用才可以达到这个目标。 笔者虽然在中小企业网络管理设计中，对于可靠性有比较深刻的认识。但是，自认为还没有掌握到全部内容。下面，笔者就自己的在这方面的一些经验拿出来供大家参考。 一、服务器还是采用LINUX的好 随着信息化技术的普及，服务器在企业中的应用越来越广泛。如企业若采用ERP系统，则需要有ERP系统服务器;采用文件服务器的话，也需要有专门的服务器来支持这个网络应用。现在网络管理员面临着一个问题，就是该采用什么样的服务器操作系统?现在用的最多的是微软的服务器版本的操作系统与LINUX的开源的免费的服务器操作系统。 那我们该怎么选择呢?我个人倾向与LINUX的服务器操作系统，我现在在企业中部署的两个服务器，也都是采用这个免费的开源的操作系统。我为什么选择这个免费的操作系统呢，主要有以下原因。 一是我们都知道，微软的操作系统补丁太多，时不时的需要给操作系统打补丁。从这里也可以看出，微软的操作系统稳定性不容乐观。而这正式企业网络应用可靠性的最大杀手。 二是微软也不知道得罪了谁，跟其相关的网络应用成为了众多黑客等攻击的对象，什么病毒、木马都在其周围打转。而且攻击的不仅仅是其操作系统本身，还有其上面的相关应用。如SQL SERVER数据库系统、Exchange邮件服务器等等，都是其攻击的对象。相对而言，LINUX因为是开源的，而且其有很多技术专家在为其服务，所以，其仇家就没有这么多。针对LINUX服务器系统的攻击，跟微软的操作系统比起来，可以说是九牛一毛。 虽然LINUX在操作性上，没有微软操作系统那么简便，而且，也不是所有的网络应用都支持这个开源的操作系统。但是，企业网络可靠性的考虑，我还是会好不犹豫的选择LINUX的服务器操作系统。其在稳定性方便，要远远的超过微软的服务器操作系统。而且，还可以省去不断打补丁的烦恼;同时，还可以省一大笔软件的授权费用。这一举多得的事情，我们怎么能够放过呢? 服务器的可靠性，是整个企业网络应用可靠性的基础，我们在网络规划的时候，要引起充分的重视。 采用新技术要慎重 二、避免采用最新的技术 新的技术，对于企业来说，可能意味着高性能，但是，同时也意味着不稳定，是可靠性的又一个隐形杀手。在这方面，我的师傅给我讲过一个非常深刻的例子。 那时，我师傅是一个技术迷，是技术的崇拜者。是幸运也是不幸的是，那时候他在一家国有企业负责网络管理。我们知道，那时候的国有企业可是铁饭碗，而且，网络信息化那时候还是一个新名词。在网络信息化这一方面，国有企业是乐意投资的，因为这是一块活招牌，而且，国家在这方面也有资助。所以，我师傅在资金方面是不用愁的，这使得我师傅有足够的金钱去追从新技术。其实，这也怪不得我师傅，也是当时企业管理层的需要。 那时候，无线局域网刚出现，我师傅应企业管理层的需要，就迫不及待的花费巨资，对企业的网络进行大范围的改造。要知道，那时候无线网络设备刚出来的时候，不但价格昂贵，而且，其技术还不是很完善，存在很多问题，让我师傅吃足了苦头。
网络性能和可靠性优化设计方案 当前整个社会已进入全面信息化时代，人们对网络的依赖性已越来越强，几乎成为工作、商业和生活中不可缺少的必需工具，但随之伴随而来也产生一些不容忽视的问题，网络系统可靠性就是其中一个主要的问题，网络的快速应用，一旦网络中断必将影响大量业务，甚至可能造成极其重大的社会影响和极大经济损失，因此，作为业务承载主体的基础网络，其可靠性日益成为倍受关注的焦点。在实际网络中，总会避免不了出现网络故障和服务中断的情况，因此，提高系统容错能力、提高故障恢复速度、降低故障对业务的影响，是提高系统可靠性的有效途径。本文将主要研究网络可靠性影响因素及提升网络可靠性的方法，并对网络可靠性方案做出了归纳总结。 网络系统可靠性设计的核心思想则是，通过合理的组网结构设计和可靠性特性应用，保证网络系统具备有效备份、自动检测和快速恢复机制，同时关注不同类型网络的适应成本。为了保证网络的不间断运行，特别是核心出口网络的高可用性，通常在部署较大规模网络时，会采取链路级备份、设备级备份等方式。技术上通常使用多管理引擎备份、浮动静态路由、VRRP、HSRP、GLBP等。虽然这些技术给网络备份起到了一定的作用，但是对于实时性要求较高的网络还会存在一些问题，所以对网络系统进行科学优化设计是网络可靠运行的重要
基础。网络建设目标就是使网络系统能够满足用户应对网络各个方面的正常需求，以避免网络建成后可能出现的各种问题，网络的可靠性和冗余设计在网络建设中必须重点加以考虑。不同的网络，其可靠性的设计目标是不同的，网络解决方案的可靠性需要根据实际需求进行设计，高可靠性的网络不但涉及到网络架构、设备选型、协议选择、业务规划等技术层面的问题，还受用户现有网络状况、网络投资预算、用户管理水平等影响，因此在规划可靠性网络时需要因地制宜，综合考虑各方面的影响因素。 网络可靠性影响因素 网络可靠性是指设备在规定的条件(操作方式、维修方式、负载条件、温度、湿度、辐射等)下，在规定的时间(1000小时、一个季度等)，网络保持连通和完成通信要求的能力。它反映了网络拓扑结构支持网络正常运行的能力，是计算机网络规划、设计与运行的重要参数之一。从现实层面讲，当前影响网络可靠性的外因素较多，且形式多样，容不确定性逐渐增加，诸如电子元件老化，传输介质及设备接口故障，软硬件配置因素失当、网络设计层次不恰当、用户非常规操作等等，这些因素的集聚均相应导致网络可靠性的下降。 网络设备及用户终端的影响。要保证网络可靠稳定运行，硬件设备的质量在其中起着很重要的作用，硬件的质量越好，网络运行的连续性和可靠性就会越高。尤其是网络核心和骨干层，其重要性不言而喻，
网络可靠性分析与应用实例 摘要：首先介绍了计算机网络可靠性的要素，接着分析了影响计算机网络系统可靠性的原因及提高可靠性的方法。最后以某单位的计算机网络优化改造方案为实例，探讨了如何规划设计以保证网络的高可靠性。 关键词：单点故障；高可靠性；网络；生成树；协议；VRRP Abstract：At first introduces the elements of the computer network reliability，then analyzes the reasons that impacts the reliability of computer network system and the methods to improve reliability。Finally, giving an example----a computer network optimization program，investigating how to design the computer network to ensure the reliability of the network。 Key Words:Malfunction of single point；High reliability；Network；Spanning Tree；Protocol；VRRP 可靠性是进行通信网络规划设计与性能评价的重要指标。通信网络的可靠性一般包括网络的生存性、抗毁性及有效性等多个方面，涉及到网络通信设备、拓扑结构、通信协议等多方面因素。计算机网络和通信网络密不可分，它们已经完全融合。本文分析了计算机网络系统可靠性技术，并且在此基础上提出了的计算机网络优化改造方案。 1、计算机网络可靠性的要素 计算机网络可靠性是计算机网络系统的固有特征之一，它表明一个计算机网络系统按照用户的要求和设计的目标，执行其功能的正确程度。计算机网络可靠性与网络软件可靠性、硬件可靠性及所处环境有关。计算机网络可靠性应包含以下3个要素。 (1)无故障运行时间。计算机网络可靠性只是体现在其运行阶段，用“无故障运行时间”来度量。由于网络运行环境、网络程序路径选取及所受进攻的随机性，软件的失效为随机事件，因此无故障运行时间属于随机变量。 (2)环境条件。环境条件指计算机网络的运行环境。它涉及网络系统运行时所需的各种支持要素，如硬件、协议软件、操作系统、可能受到攻击的手段、所采取的防护措施以及操作规程等。不同的环境条件下信息网络的可靠性是不同的。 (3)规定的功能。计算机网络可靠性还与规定的任务和功能有关。由于要完成的任务不同，信息网络的运行剖面会有所区别，则调用的网络子模块就不同，其可靠性也就可能不同，因此要准确度量计算机网络的可靠性，首先必须明确它的任务和功能。 2、计算机网络可靠性分析 计算机网络应该是一个全冗余、无任何单点故障的高可靠网络，从而使企业网能够支持应用的多样性，保障系统的安全性，提供不同优先级的QoS服务。计算机网络的可靠性包括设备层的可靠性和网络层的可靠性。 2.1网络设备的可靠性分析 网络可靠性的一个重要的组成部分就是网络设备的可靠性问题。提高计算机网络系统的可靠性是通过容错技术来实现的。容错技术，就是在系统结构上通过增加冗余资源的方法来
网络系统可靠性研究现状与展望 姓名：杨玉 学校：潍坊学院 院系:数学与信息科学学院 学号：10051140234 指导老师：蔡建生 专业：数学与应用数学 班级：2010级二班 摘要 伴随着人类社会的网络化进程，人类赖以生存的网络系统规模越来越庞大、结构越来越复杂，这导致网络系统可靠性问题越来越严峻。本文首先探讨了网络系统可靠性的发展历程、概念与特点，进而从度量参数、建模、分析、优化四个方面系统综述了网络系统可靠性的研究现状，最后对网络系统可靠性研究未来的发展进行了展望。 关键词：可靠性；网络系统；综述；现状；展望 三、引言 21 世纪以来，以信息技术的飞速发展为基础，人类社会加快了网络化进程。交通网络、通信网络、电力网络、物流网络……可以说，“我们被网络包围着”，几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型，这些网络往往有着大量的节点，节点之间有着复杂的连接关系。自从小世界效应[1]和无标度特性[2]发现以来，复杂网络的研究在过去10 年得到了迅速发展，其研究者来自图论、统计物理、计算机、管理学、社会学以及生物学等各个不同领域，仅发表在《Nature》和《Science》上的相关论文就达百篇。对复杂网络系统结构、功能、动力学行为的深入探索、科学理解以及可能的应用，已成为多个学科领域共同关注的前沿热点[3-14]。 随着复杂网络研究的兴起，作为复杂网络最重要的研究问题之一，网络系统可靠性研究的重大理论意义和应用价值也日益凸显出来[15, 16]。人们开始关注：这些复杂的网络系统到底有多可靠？2003 年8 月美加大停电事故导致美国的8 个州和加拿大的2 个省发生大规模停电，约5000 万居民受到影响，损失负荷量61800MW，经济损失约300 亿美元；2005 年12 月台湾海峡地震造成多条国际海底通信光缆发生中断，导致整个亚太地区的互联网服务几近瘫痪，中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向国际港澳台通信线路受此影响亦大量中断；2008 年 1 月，南方冰雪灾害导致我国十余个省市交通瘫痪、电力中断、供水停止、燃料告急、食物紧张……这些我们赖以生存的网络系统规模越来越庞大，结构越来越复杂，但越来越频繁发生的事故也将一系列严峻的问题摆在我们面前：一些微不足道的事故隐患是否会导致整个网络系统的崩溃？在发生严重自然灾害或者敌对势力蓄意破坏的情况下，这些网络系统是否还能正常发挥作用？这些正是网络系统可靠性研究需要面对的问题。 四、正文 1 网络系统可靠性的发展历程、概念及特点 1.1 网络系统可靠性的发展历程可靠性作为专门课题始于二战期间对电子元件可靠性的研究。从20 世纪60 年代开始，可靠性研究从单个电子元件可靠性逐步扩展到一般产品的可靠性（例如电视机、洗衣机、计算机等）以及更为复杂的关联系统可靠性（例如火箭发
复杂网络抗毁性度量及优化研究进展 专业：控制科学与工程 姓名：许云飞 学号：20130208110007 摘要：作为一个新兴交叉学科，复杂网络发展迅速，并已渗入各个相关学科的研究中。在已有网络模型拓扑结构的研究基础上，网络抗毁性能的研究受到越来越多学者的关注，并取得丰硕成果。本文从抗毁性度量及抗毁性优化两个方面对现有的研究进展进行综述分析，并对该研究领域的未来发展趋势进行总结和展望。 关键词：复杂网络；拓扑结构；抗毁性度量；优化 1. 引言 自小世界效应[1]和无标度特性[2]这些性质发现以来，复杂网络研究在过去的十几年中得到迅速发展，在网络的发展进程中，安全和稳定性被越来越多的实际应用所迫切需要，因此复杂网络抗毁性的量化研究逐渐成为复杂网络研究中最为关键的研究主题，人们越来越关注于能够保障网络在遭受外界攻击时依然维持正常运作的网络结构及其构造方式，以及促使既存网络在保证经济效益的同时提高抗毁性能的优化方案，本文也将着重分析当前复杂网络抗毁性的量化指标及其优化方案的研究进展，并对存在的问题和发展趋势提出展望。 2. 复杂网络抗毁性度量指标 复杂网络的抗毁性可以理解为网络中的节点或边发生自然失效或遭受故意攻击时，网络拓扑结构保持连通的能力及网络维持其功能的能力[3]，度量网络抗毁性能好坏的指标称之为抗毁性测度。在图论的传统研究中使用图的部分不变量指标刻画网络抗毁性[4]，但是由于复杂网络中存在大量度数很小的节点，而这些指标很多都基于最小节点的度数，因此失去了测度的意义。于是越来越多的研究开始着眼于寻找能够较为全面的反应网络抗毁性能的测度，针对现有测度基于网络结构中不同属性的定义，本文从以下四个方面对抗毁性测度研究进展进行归纳和总结。 2.1 基于节点属性的抗毁性测度 吴俊等[5]首先提出网络连通系数的概念，描述了网络连通分支及平均最短路径对网络连通性能的影响，在此基础上，针对随机打击和选择性打击两种不同模式，设置网络连通系数的阈值，在保证阈值的前提下，最大限度的删除节点(边)，得到节点(边)容错度和节点(边)抗攻击度两个指标作为衡量网络抗毁性能的指标。 郭虹等[6]首先提出表征网络紧凑程度的网络凝聚度指标，并提出节点收缩的概念，将与节点i 相连接的i k 个节点与i 融合并用一个新节点i '代替这1+i k 个结点，利用节点收缩前后网络凝聚度的变化作为衡量节点重要程度的标准，取其均值为节点抗毁度，将网络中所有节点抗毁度的均方差作为全网抗毁度。全网抗毁度反映了节点抗毁度在整个网络的平均程度和分散程度。该方法从局部节点对全局抗毁影响的角度分析了网络中节点的重要性，可以更加准确的确定网络中的关键节点，从而进行弱化或者保护。谢琼瑶等[7]将其应用于加权的电力网中，以线路中的电抗值为权重参数，建立有权网络模型并提出带权重的网络凝聚度及节点重要度指标。任连兴等[8]提出攻击度的概念，将遭受攻击前后度分布的数学期望变化进行归一化来反应网络的抗毁性能，由文献[6]中的节点收缩法确定节点的重要度，攻击度为网络遭受攻击后孤立或毁坏节点重要度之和与全网络节点重要度之和的比值，该指标衡量了网络遭受攻击之后的毁坏程度。
软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计的原因?软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。 ?这些工作将会大大提高使用中软件的可靠 性,减少由于软件失效带来的各种损失。 Myers 设计原则 Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则: ?控制程序的复杂程度
–使系统中的各个模块具有最大的独立性 –使程序具有合理的层次结构 –当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单, 以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应 ?是与用户保持紧密联系 软件可靠性设计 ?软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的 方法和技术,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。 ?软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合,贯穿于常规 设计过程的始终。?这里所指的设计是广义的设计, 它包括了从需求分析开始, 直至实现的全过程。 软件可靠性设计的四种类型
软件避错设计 ?避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。 ?体现了以预防为主的思想,软件可靠性设计的首要方法 ?各个阶段都要进行避错 ?从开发方法、工具等多处着手 –避免需求错误 ?深入研究用户的需求(用户申明的和未申明的 ?用户早期介入, 如采用原型技术 –选择好的开发方法
?结构化方法:包括分析、设计、实现 ?面向对象的方法:包括分析、设计、实现 ?基于部件的开发方法(COMPONENT BASED ?快速原型法 软件避错设计准则 ? (1模块化与模块独立 –假设函数C(X定义了问题X 的复杂性, 函数E(X定义了求解问题X 需要花费的工作量(按时间计,对于问题P1和问题P2, 如果C(P1>C(P2,则有 E(P1> E(P2。 –人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+P2>C(P1 +C(P2 –由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E(P1+E(P2?这个结论导致所谓的“分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解,模块化正是以此为据。 ?模块的独立程序可以由两个定性标准度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 软件避错设计准则 ? (2抽象和逐步求精 –抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节 ?举例
目录 第一章：前言 (1) 第二章：网络系统设计 (2) 2.1总体目标 (2) 2.2需求分析 (2) 2.3系统设计原则 (3) 2.4关键技术问题及解决 (4) 2.4.1网络可靠性方案 (4) 2.4.2如何提高网络传输性能 (5) 2.4.3VLAN划分 (5) 2.4.5VLAN之间的高速路由 (5) 2.4.6VLAN之间的安全及网络优先级控制 (6) 2.5网络结构设计 (7) 2.5.1网络骨干层设计 (8) 2.5.2用户接入层设计 (11) 2.5.3布线系统与网络系统的连接 (13) 第四章：安装、测试及验收 (14) 4.1系统安装与调试 (14) 4.2系统测试原理与方法 (14) 4.3硬、软件设备测试与验收 (15) 4.4系统集成测试与验收 (15)
第一章：前言 北京博达国际公共服务大楼共有地上裙楼4层，双主塔21层，地下2层，总建筑面积80090.62平方米。随着人们生活水平的提高和技术的迅速发展，网络使人们的思想观念从单一的封闭型工作、休息环境向集休息、娱乐、办公等于一体的开放式、智能型多功能工作、休息空间转变。通过公共信息查询系统，电子公告系统及时了解国内外大事以及建筑群的各种服务信息；通过高速的建筑群网络可以方便的进行购物、网上会议、网上聊天等活动，还可以直接进入INTERNET 网，以高于拨号上网的速度在万维网中畅游；使用户在建筑群内享受到高档成熟技术环境所带来的各种优质服务。 如要实现上述服务，就需建立一套现代化、高科技的信息网络系统，依靠综合数字交换设备，建立语音系统、数据通信系统、图象通信系统、有线电视系统等，使建筑物具有先进的通信能力。 我公司很高兴有机会参加北京博达国际公共服务大楼网络系统工程的研究讨论,在依据您们向我们提出的具体需求,现向您们递上我们的方案建议书。华埠特克公司非常重视参加北京博达国际公共服务大楼网络系统项目,并真诚地与北京博达国际公共服务大楼全面合作,提供我公司一流的技术与服务,使北京博达国际公共服务大楼网络系统的水平达到当今国际一流水准。
负责人：张昭 金额：100万申请时间：2012学科代码：理论计算机科学(F020101)项目批准号：61222201申请单位：新疆大学研究类型：基础研究 关键词：近似算法;无线网络;路由算法 负责人：冯海林参与人：刘逵, 周杰, 宋月, 杨国平, 晏爱君, 董从造, 吴婷, 韩士堃, 张晓锋金额：56万申请时间：2012学科代码：系统可靠性与管理(G0111)项目批准号：71271165申请单位：西安电子科技大学研究类型：基础研究 关键词：无线传感器网络;可靠性;故障自诊断 负责人：周溪召参与人：吴稼豪, 张华歆, 张扬, 何红弟, 马洪伟, 王冠军, 智路平, 胡文君金额：80万申请时间：2012学科代码：系统可靠性理论(F030213)项目批准号：61273042申请单位：上海海事大学研究类型：基础研究 关键词：交通网络;行驶时间;可靠性;路段;OD 负责人：王东炜参与人：杨友林, 张刚, 赵湘育, 李整, 李辉, 王京京, 韩志玲, 赵佳金额：80万申请时间：2012学科代码：道路工程(E080703)项目批准号：51278468 申请单位：郑州大学研究类型：基础研究 关键词：城市道路;路网拓扑;道路设计;交通规划;道路维护
负责人：徐俊明参与人：潘永亮, 王建伟, 胡夫涛, 何伟骅, 李向军, 洪振木 金额：61万申请时间：2012学科代码：理论计算机科学(F020101)项目批准号：61272008 申请单位：中国科学技术大学研究类型：基础研究 关键词：理论计算机;互连网络;可靠性;容错性;图论 负责人：汪建平参与人：乔春明, 刑国良, 肖迅, 郑泽宇, 贾东耀, 张博, 杨侃, 杨安家, 谢瑞桃金额：82万申请时间：2012学科代码：移动网络计算(F020808)项目批准号：61272462 申请单位：香港城市大学深圳研究院研究类型：基础研究 关键词：网络可靠性;网络虚拟化;渐进网络修复;网络覆盖;网络优化 负责人：杨冬参与人：徐有志, MikaelGidlund, 高德云, 潘志丽, 郑涛, 段俊奇, 赵晶, 雷振飞, 张茜金额：25万申请时间：2012学科代码：网络通信理论与技术(F010201)项目批准号：61201204申请单位：北京交通大学研究类型：基础研究 关键词：工业无线通信;无线传感器网络;可靠性;实时性;集中调度 （注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
4．6 可靠性设计的基本概念与方法 一、结构可靠性设计概念 1．可靠性含义 可靠性是指一个产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；而一个工业产品(包括像飞机这样的航空飞行器产品)由于内部元件中固有的不确定因素以及产品构成的复杂程度使得对所执行规定功能的完成情况及其产品的失效时间(寿命)往往具有很大的随机性，因此，可靠性的度量就具有明显的随机特征。一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为该产品的可靠度。作为飞机结构的可靠性问题，从定义上讲可以理解为：“结构在规定的使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这种能力的概率度量，当然具体的内容是相当广泛的。例如，结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率，结构安全寿命的可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，还可有其他的度量方法或指标，如结构的失效概率F(c)，指结构在‘时刻之前破坏的概率；失效率^(()．指在‘时刻以前未发生破坏的条件下，在‘时刻的条件破坏概率密度；平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。除此而外，还有可靠性指标、可靠寿命、中位寿命，对可修复结构还有维修度与有效度等许多可靠性度量方法。 2．.结构可靠性设计的基本过程与特点 设计一个具有规定可靠性水平的结构产品，其内容是相当丰富的，应当贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配试验、使用和管理等整个过程和各个方面。从研究及学科划分上可大致分为三个方面。 (1)可靠性数学。主要研究可靠性的定量描述方法。概率论、数理统计，随机过程等是它的重要基础。 (2)可靠性物理。研究元件、系统失效的机理，物理成固和物理模型。不同研究对象的失效机理不同，因此不同学科领域内可靠性物理研究的方法和理论基础也不同． (3)可靠性工程。它包含了产品的可靠性分析、预测与评估、可靠性设计、可靠性管理、可靠性生产、可靠性维修、可靠性试验、可靠性数据的收集处理和交换等．从产品的设计到产品退役的整个过程中，每一步骤都可包含于可靠性工程之中。 由此我们可以看出，结构可靠性设计仅是可靠性工程的其中一个环节，当然也是重要的环节，从内容上讲，它包括了结构可靠性分析、结构可靠性设计和结构可靠性试验三大部分。结构可靠性分析的过程大致分为三个阶段。 一是搜集与结构有关的随机变量的观测或试验资料，并对这些资料用概率统计的方法进行分析，确定其分布概率及有关统计量，以作为可靠度和失效概率计算的依据。
浅析计算机网络的可靠性 整体设计的计算机网络包括网络的结构体系和层次结构。在庞大的计算机网络系统中，不仅包括虚拟的设备，同样有实体的设备以及一些看不见的网络层次结构和体系。 1、计算机网络的可靠性定义 我们提到的计算机网络的可靠性是指在指定的条件下和时间范围内，计算机网络能够实现正常的系统功能又能维持正常运行的能力。为此，必须定义出计算机网络系统的一些性能指标来衡量系统的各项功能，随着计算机网络系统的功能逐渐增多，对其可靠性的要求也逐渐增高，不仅要求其正常的连通性，同样能够实现用户要求的满足。 2、计算机网络可靠性的研究方法 对计算机网络可靠性的研究主要可以从以下四个方面展开，下文将逐一进行介绍：第一种是基于综合评估的方法：不同的研究方法所采用的指标和措施各不相同，各个指标在一起相互融合就形成了可靠性全面评估的方法，基于综合评估的方法就是通过对计算机网络各项指标和措施的综合研究来实现对计算机网络系统的可靠性评估，是近些年一个重要的发展方向。第二种是基于仿真的方法：近些年随着互联网技术的不断进步，越来越多的人开始关注网络模拟统计方法的运用，这种做法不仅能够灵活的找到系统的优缺点，而且在测试过程中能够很形象并直观的反应问题，给统计工作带来极大的方便，并且可以一定程度上降低评价研究时的工作量，具有十分重要的作用。第三种是
基于数学的方法：这种方法同样有多重类型，具体的包括如：遗传算法、神经网络算法、布尔代数法、模糊可靠性法和多项式法等等。第四种是基于可靠性测度的方法：可靠性测度方法是将可靠性以定量的方法来表示出来，将计算机网络的可靠性量化，从而对其可靠性进行估计和测量。 3、计算机网络可靠性的设计方法 3.1侧重计算机网络的总体设计 整体设计的计算机网络包括网络的结构体系和层次结构。在庞大的计算机网络系统中，不仅包括虚拟的设备，同样有实体的设备以及一些看不见的网络层次结构和体系。普通的互联网使用者一般不会通过这些结构和层次得到必须要的视觉效果。要正确认识计算机网络系统的结构和层次，从而进行合理设计和完善这个无形的、虚拟的网络结构，促进网络实体实现功能，提高可靠性。 3.2合理化设计网络层次布局 计算机网络体系结构可分为四个等级，即：应用层，网络服务层，网络操作系统层和网络物理硬件层。这其中，应用层主要是用于满足网络用户的要求，网络服务层主要用于提供数据库，电子邮件和其他网络服务，网络物理硬件层计算机网络硬件拓扑角色扮演，网络操作系统层是第三方软件代表。 3.3对计算机网络进行容错性设计 容错性一般是指在故障存在的条件下正常运行的功能，计算机网络也同样需要一定程度的容错性设计。首先，在设计网络形式时适宜选