采用GSPN分析计算机网络可靠性

吴乾

摘 要：随着计算机信息技术的快速发展和计算机网络的推广，向广大用户提供及时满意的服务，保障网络的稳定是网络维护的重要内容。可靠性是反映计算机网络的服务质量的重要指标，因此，维护计算机网络可靠性的研究得到了广大学者的支持。应用GSPN（generalized stochastic petri net）理论对网络的性能指标进行评估建模是分析计算机网络的可靠性的重要方式，本文介绍了该种建模方式的理论基础，并应用实例说明了应用GSPN分析计算机网络可靠性的基本流程，对完成计算机网络建模和可靠性分析具有广泛的指导意义。

关键词：GSPN；计算机网络；可靠性；Petri网

1 前言

计算机网络可靠性能的分析方法主要有三种，即数学分析、计算机模拟仿真和测量监测技术。测量检测主要是在系统实际运行情况下进行的，因此，这种性能分析方式能够反映特定条件下的被观测系统的实际性能。但是，这种模型需要依赖系统的具体细节，因此不具有普遍性。后两种模型则对系统中的重要特征进行了描述。模拟仿真模型中，通过计算机程序进行了描述，而数学模型中使用数学表达式进行了描述。

Petri网是一种比较抽象的和形式化的工具，该工具适用于对离散事件系统的并发性、非同步行为和控制流进行描述。计算机网络分析模型在建立过程中通常使用排队论模型，但是，排队模型无法解决封锁、并行和顾客分裂的问题。对此，GSPN网模型能够进行很好的解决。本文介绍了该种建模方式的理论基础，并应用实例说明了应用GSPN分析计算机网络可靠性的基本流程，对完成计算机网络建模和可靠性分析具有广泛的指导意义。

2 GSPN模型介绍

GSPN是SPN模型的扩展，其基本随机过程是一种连续状态下的马尔可夫链，由于其状态空间较SPN有很大程度的减少，因此该模型得到了非常广泛的应用，并受到广大网络性能维护专家的欢迎。GSPN模型能够有效描述各类排队模型，虽然该模型对于存在变迁元素相互关联的分布下的描述还不是很充分，但是，在能够对实际系统进行有效定义的情况下，GSPN模型能够产生令人十分满意的效果。

3 GSPN建模分析

网间连接器是构造局域网与广域网互连的关键部分，LAN与SIDN相互连接，这样做的目的是把SIDN看作一个透明的网络而将各类扩展的LAN互联起来。为了简化系统的设计和模型的构造，我们选择局域网作为LAN扩展连接到SIDN的出口。

本文中假设网间连接器到达的过程服从Poisson分布，这里我们主要关注面向无连接与面向连接方式间的转换对计算机网络系统性能造成的影响程度。状态元素Buf0指的是空闲缓冲区个数，状态元素Buf1内的Token指的是缓冲区内将要转发的数据分组，状态元素Busy指的是物理信道，该信道的容量函数为1，如果存在Token，则说明信道正在发送有效数据分组。状态元素L-on与L-off指的是链路目前的状态，其中，在存在Token的情况下L-on表示已经建立了连接，这时存在数据的话则可以直接发送，而L-off表示链路正处于释放状态。

除此之外，我们假设变迁元素Arr指到达平均率为λ3的LAN到达的过程，而变迁元素Trans指的是平均服务率为λ5的服务过程，这代表了SIDN的链路速率。另外，Conn与Rele分别指建立连接和释放连接过程中，平均速率为的建立和释放过程，平均速率分别为λ6和λ7。

本文引入了广义随机Petri网模型构建理论，即GSPN模型。应用该模型能够对计算机网络的可靠性进行评估，从而有效刻画计算机网络的动态行为。文章最后应用实例建立了网络的动态可靠性分析模型，并通过仿真模拟获得可用度指标的变化曲线，从而验证了模型方法的有效性。

[参考文献]

[1]张晓杰，姜同敏，王晓峰.提高计算机网络可靠性的方法研究[J].计算机工程与设计，2010年.

摘 要：随着计算机信息技术的快速发展和计算机网络的推广，向广大用户提供及时满意的服务，保障网络的稳定是网络维护的重要内容。可靠性是反映计算机网络的服务质量的重要指标，因此，维护计算机网络可靠性的研究得到了广大学者的支持。应用GSPN（generalized stochastic petri net）理论对网络的性能指标进行评估建模是分析计算机网络的可靠性的重要方式，本文介绍了该种建模方式的理论基础，并应用实例说明了应用GSPN分析计算机网络可靠性的基本流程，对完成计算机网络建模和可靠性分析具有广泛的指导意义。

关键词：GSPN；计算机网络；可靠性；Petri网

1 前言

计算机网络可靠性能的分析方法主要有三种，即数学分析、计算机模拟仿真和测量监测技术。测量检测主要是在系统实际运行情况下进行的，因此，这种性能分析方式能够反映特定条件下的被观测系统的实际性能。但是，这种模型需要依赖系统的具体细节，因此不具有普遍性。后两种模型则对系统中的重要特征进行了描述。模拟仿真模型中，通过计算机程序进行了描述，而数学模型中使用数学表达式进行了描述。

Petri网是一种比较抽象的和形式化的工具，该工具适用于对离散事件系统的并发性、非同步行为和控制流进行描述。计算机网络分析模型在建立过程中通常使用排队论模型，但是，排队模型无法解决封锁、并行和顾客分裂的问题。对此，GSPN网模型能够进行很好的解决。本文介绍了该种建模方式的理论基础，并应用实例说明了应用GSPN分析计算机网络可靠性的基本流程，对完成计算机网络建模和可靠性分析具有广泛的指导意义。

2 GSPN模型介绍

GSPN是SPN模型的扩展，其基本随机过程是一种连续状态下的马尔可夫链，由于其状态空间较SPN有很大程度的减少，因此该模型得到了非常广泛的应用，并受到广大网络性能维护专家的欢迎。GSPN模型能够有效描述各类排队模型，虽然该模型对于存在变迁元素相互关联的分布下的描述还不是很充分，但是，在能够对实际系统进行有效定义的情况下，GSPN模型能够产生令人十分满意的效果。

3 GSPN建模分析

网间连接器是构造局域网与广域网互连的关键部分，LAN与SIDN相互连接，这样做的目的是把SIDN看作一个透明的网络而将各类扩展的LAN互联起来。为了简化系统的设计和模型的构造，我们选择局域网作为LAN扩展连接到SIDN的出口。

本文中假设网间连接器到达的过程服从Poisson分布，这里我们主要关注面向无连接与面向连接方式间的转换对计算机网络系统性能造成的影响程度。状态元素Buf0指的是空闲缓冲区个数，状态元素Buf1内的Token指的是缓冲区内将要转发的数据分组，状态元素Busy指的是物理信道，该信道的容量函数为1，如果存在Token，则说明信道正在发送有效数据分组。状态元素L-on与L-off指的是链路目前的状态，其中，在存在Token的情况下L-on表示已经建立了连接，这时存在数据的话则可以直接发送，而L-off表示链路正处于释放状态。

除此之外，我们假设变迁元素Arr指到达平均率为λ3的LAN到达的过程，而变迁元素Trans指的是平均服务率为λ5的服务过程，这代表了SIDN的链路速率。另外，Conn与Rele分别指建立连接和释放连接过程中，平均速率为的建立和释放过程，平均速率分别为λ6和λ7。

本文引入了广义随机Petri网模型构建理论，即GSPN模型。应用该模型能够对计算机网络的可靠性进行评估，从而有效刻画计算机网络的动态行为。文章最后应用实例建立了网络的动态可靠性分析模型，并通过仿真模拟获得可用度指标的变化曲线，从而验证了模型方法的有效性。

[参考文献]

[1]张晓杰，姜同敏，王晓峰.提高计算机网络可靠性的方法研究[J].计算机工程与设计，2010年.

摘 要：随着计算机信息技术的快速发展和计算机网络的推广，向广大用户提供及时满意的服务，保障网络的稳定是网络维护的重要内容。可靠性是反映计算机网络的服务质量的重要指标，因此，维护计算机网络可靠性的研究得到了广大学者的支持。应用GSPN（generalized stochastic petri net）理论对网络的性能指标进行评估建模是分析计算机网络的可靠性的重要方式，本文介绍了该种建模方式的理论基础，并应用实例说明了应用GSPN分析计算机网络可靠性的基本流程，对完成计算机网络建模和可靠性分析具有广泛的指导意义。

关键词：GSPN；计算机网络；可靠性；Petri网

1 前言

计算机网络可靠性能的分析方法主要有三种，即数学分析、计算机模拟仿真和测量监测技术。测量检测主要是在系统实际运行情况下进行的，因此，这种性能分析方式能够反映特定条件下的被观测系统的实际性能。但是，这种模型需要依赖系统的具体细节，因此不具有普遍性。后两种模型则对系统中的重要特征进行了描述。模拟仿真模型中，通过计算机程序进行了描述，而数学模型中使用数学表达式进行了描述。

Petri网是一种比较抽象的和形式化的工具，该工具适用于对离散事件系统的并发性、非同步行为和控制流进行描述。计算机网络分析模型在建立过程中通常使用排队论模型，但是，排队模型无法解决封锁、并行和顾客分裂的问题。对此，GSPN网模型能够进行很好的解决。本文介绍了该种建模方式的理论基础，并应用实例说明了应用GSPN分析计算机网络可靠性的基本流程，对完成计算机网络建模和可靠性分析具有广泛的指导意义。

2 GSPN模型介绍

GSPN是SPN模型的扩展，其基本随机过程是一种连续状态下的马尔可夫链，由于其状态空间较SPN有很大程度的减少，因此该模型得到了非常广泛的应用，并受到广大网络性能维护专家的欢迎。GSPN模型能够有效描述各类排队模型，虽然该模型对于存在变迁元素相互关联的分布下的描述还不是很充分，但是，在能够对实际系统进行有效定义的情况下，GSPN模型能够产生令人十分满意的效果。

3 GSPN建模分析

网间连接器是构造局域网与广域网互连的关键部分，LAN与SIDN相互连接，这样做的目的是把SIDN看作一个透明的网络而将各类扩展的LAN互联起来。为了简化系统的设计和模型的构造，我们选择局域网作为LAN扩展连接到SIDN的出口。

本文中假设网间连接器到达的过程服从Poisson分布，这里我们主要关注面向无连接与面向连接方式间的转换对计算机网络系统性能造成的影响程度。状态元素Buf0指的是空闲缓冲区个数，状态元素Buf1内的Token指的是缓冲区内将要转发的数据分组，状态元素Busy指的是物理信道，该信道的容量函数为1，如果存在Token，则说明信道正在发送有效数据分组。状态元素L-on与L-off指的是链路目前的状态，其中，在存在Token的情况下L-on表示已经建立了连接，这时存在数据的话则可以直接发送，而L-off表示链路正处于释放状态。

除此之外，我们假设变迁元素Arr指到达平均率为λ3的LAN到达的过程，而变迁元素Trans指的是平均服务率为λ5的服务过程，这代表了SIDN的链路速率。另外，Conn与Rele分别指建立连接和释放连接过程中，平均速率为的建立和释放过程，平均速率分别为λ6和λ7。

本文引入了广义随机Petri网模型构建理论，即GSPN模型。应用该模型能够对计算机网络的可靠性进行评估，从而有效刻画计算机网络的动态行为。文章最后应用实例建立了网络的动态可靠性分析模型，并通过仿真模拟获得可用度指标的变化曲线，从而验证了模型方法的有效性。

[参考文献]

[1]张晓杰，姜同敏，王晓峰.提高计算机网络可靠性的方法研究[J].计算机工程与设计，2010年.