复杂网络的可靠性

王江

摘 要本文一方面阐述了复杂网络建立的原则，另一方面探究了复杂网络任务的可靠性。希望能通过对复杂网络可靠性的研究，让我们能够更好地设计管理网络来为我们生活工作服务。

【关键词】复杂网络 可靠性指标 生存性 抗毁性 有效性 同步性

1 建立的原则

研究复杂网络可靠性评价指标的目标是在评估复杂网络的可靠性时提供一些依据，也为一些在网络模型和实际网络上进行仿真实验的研究人员提供参照。为了保证所设立的指标可以更多的体现复杂网络的可靠性，我们就必须依照一定的原则设立可靠性指标。因此，复杂网络可靠性指标的设立应当依照以下原则：

1.1 完备性

完备性是说指标集中应包含所有可能影响复杂网络的可靠性指标，指标集要具有广泛性、通用性以及综合性的特性。虽然很多指标并不可以十分准确的评价复杂网络的可靠性，然而只要可以概括复杂网络可靠性的某一点，就可以对其加以运用，为我们今后的研究提供依照。

1.2 可测性

可测性是说定量表示指标。其实质就是指标可以用测试仪器、数学公式或者是试验统计等方法得到，其指标本身就可以使用并度量，并且其含义明确，有着现实的收集渠道，还可以定量分析，具操作性。

1.3 指标组合的不唯一性

我们研究复杂网络可靠性仍旧处于探索的阶段，能够表示可靠性的指标就更不多了。因此目前能够利用的同一指标研究复杂网络可靠性的不同方面，在研究中总结成果，并挑选出与复杂网络可靠性相符合的指标。就像在目前这个时期内，研究复杂网络的抗毁性与生存性的评价指标时，就可使用一些相同的评价指标来研究网络的可靠性。

1.4 灵敏性

在选择合适的指标研究复杂网络的可靠性时，我们必须要知道一旦网络情况发生变化，评价指标的值也就会相应的发生变化，这一问题可以为可靠性的研究提供定性或定量的依据。

1.5 客观性

客观性指的是指标可以真实地反映出复杂网络可靠性的一种特性。

1.6 一致性

每一指标均应和分析目标相统一，所分析的目标其相互之间不应发生矛盾。

2 复杂网络的可靠性

2.1 复杂网络的可信性

网络的可信性指的是网络系统在进入执行任务的情况下，度量执行任务过程里某一个或者多个瞬间的网络状态。其描述的是在执行任务的过程中，网络完成任务的能力。例如，在分析电网的实际故障中，可信性指的是描述电网故障的分布规律的可信性以及它的影响因素。像维修性、可靠性或者维修保障性的集合性术语，通常运用在非定量描述的场所中。其会被网络的维修性、可靠性、安全性以及生存性等特点影响。

由于近来用户日益重视网络安全，我们开始研究网络系统的可信性。如今，研究工作绝大部分都是根据计算机网络的可信性来展开的，一般包括网络与用户的可信网络的体系结构、可信性模型、网络的可控性以及服务的可生存性，当前仍未形成完整的系统。网络可信性的概念很多还在摸索的阶段中。特别是在对其基本属性以及面临的相关问题方面还没有一致的阐述。

2.2 复杂网络的可用性

网络系统的可用性指的是在规定的情况下，在规定的时间中的任何时期，网络系统需要维持可工作或者可使用的状态。其阐述了在开始执行任务时，网络系统的状态，这和网络的初始状态相关。这一测度不但与网络系统的可靠性有关，还与维修性以及保障性等特性有关。在军事保障中，网络保障的可用性偶尔也与网络装备的战备完好性有关。

衡量网络系统的可用性通常使用传统系统的可用性参数，就像瞬时可用度、极限平均可用度、平均可用度以及稳态可用度等。因为用户不同，对网络可用性的要求也不尽相同，怎么才能更加公正地评价担任不同任务的网络系统可用性，变成了现在急需解决的问题。通常情况下，我们可以使用基于网络传输时延与吞吐量的网络可用性指标，也可以在考虑网络边的单失效与多失效的情景下，采用共享保护可用性以及专用保护可用性等的参数。

2.3 复杂网络的完成性

由于复杂网络系統的本身（例如网络中的元件达到寿命等）和环境（自然灾害等）的各种各样的无法避免的扰动，系统中的元件出现故障通常是无法完全避免的。因此怎样避免系统中的局部故障在网络中传播开来，演变成大规模故障，是需要研究的重要课题。

于是描述网络的完成性就是设计出更加可靠的复杂网络系统，将具有网络结构的实际系统抽象出来研究。这一方面的研究一般集中在两个部分：其一是网络完成性研究的理论模型以及研究方法，其二是网络完成性参数的建立与计算。

通常研究网络完成性的方法是：首先挑选合适的性能指标，同时核定用户能够接受的性能阈值，其次总结网络部件的工作情况，还有各状态出现的频率，最后核算各个网络状态的性能指标，对符合阈值要求的网络情况出现的次数求和。像在随机流的网络模型下，LN因时延与成本而被限制，分析网络传输过程中一个或多个任务的可靠性。因为路径性能容易因网络流变化、节点失效以及管理策略等原因受到影响，设立网络完成性研究的理论模型与探究方法是一个难题，这一直未能解决，况且网络的动态性以及复杂性也为这个问题的解决带来非常大的难题，所以绝大多数的研究结果都是基于模拟仿真而做的分析。

3 结束语

复杂网络可靠性的研究指标是以评估复杂网络的可靠性为基础的，这是复杂网络可靠性研究中急需解决的难题之一。我们在核定复杂网络可靠性评价指标时，更需要考虑到复杂网络的研究特性，并且借鉴实践生活中各种网络可靠性研究的积极成果。希望本文建立的评价复杂网络可靠性的指标，能够为以后复杂网络可靠性的发展前景提供参照依据。

参考文献

[1]方锦清，汪小帆，郑志刚，等.一门崭新的交叉科学：网络科学（下）[J].物理学进展，2007，27（04）.

[2]方锦清，汪小帆，郑志刚，等.一门崭新的交叉科学：网络科学（上）[J].物理学进展，2007，27（03）.

[3]谭跃进，吕欣，吴俊，等.复杂网络抗毁性研究若干问题的思考[J].系统工程理论与实践，2008（02）.

作者单位

北京航空航天大学中法工程师学院 北京市 100191