基于遗传算法的计算机通信网络可靠性分析及优化

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1、基于遗传算法的计算机通信网络可靠性分析及优化-1-基于遗传算法的计算机通信网络可靠性分析及优化摘要：随着计算机技术和通信技术的迅猛发展，计算机通信网络将遍及社会生活的方方面面，如何设计一个高性能、低成本、易扩充的网络拓扑结构是摆在每个网络管理人员面前的一个不可回避的现实问题。计算机通信网络拓扑结构设计问题的关键在于其主干网拓扑结构的规划设计，主干网设计过程中要考虑的一项关键技术指标就是网络的可靠性。本文在分析计算机网络可靠性理论的基础上，讨论了计算机通信网络中的遗传算法，在给定的优化设计可靠度目标要求下，完成了对一组网络通信系统的优化分析，结果显示本文进行的基于遗

2、传算法的计算机通信网络可靠性优化设计方案是有效的,文中提出的具体优化方案具有实际应用价值和现实指导意义。关键词：可靠性；计算机通信网络；多目标优化中图分类号：TP3931．引言随着计算机通信网络技术的迅速发展，系统可靠性研究越来越为人们所关注。系统可靠性最优化问题也称网络综合性分析，传统的研究方法有动态规划、Lagrange乘子法、梯度法、启发式方法、几何规划以及整数规划等[1-5]。近年来，随着神经网络与进化计算技术的发展，网络综合性分析的研究得到了长足发展。通信网络的优化设计问题，主要是考虑网络成本、平均时延和可靠性这些因素。尤其是现在通信网络飞速发展，可靠性

3、和网络成本是其主要的两个因素。网络的优化设计的核心问题是如何使网络的可靠性尽可能高，而网络费用尽可能低，但这是个NP-hard问题[3,4]。计算机通信网络可靠性优化与设计是由Boesch首先提出来的，主要涉及网络可靠性优化和网络可靠性的拓扑结构规划设计问题。Aggarwal等人以计算机通信网络为例，对基于全终端可靠性的大规模网络拓扑优化设计问题进行了较为详尽的研究和探讨[3]。SmithAE,Deeter等人对全终端网络可靠性优化问题进行了探索性的研究，并将启发式方法、遗传算法等首次应用与求解该类优化问题，取得了较传统方法更为有效的满意结果。在进行网络可靠性优化

4、设计过程中网络可靠性的计算至关重要，有关网络可靠性计算问题Satyanarayana等人已给出了一些算法，Elmallan,Ayoub等人对K一终端可靠度问题进行了深入的分析，提出了一些算法，JanRH等人在对全终端网络可靠性进行深入研究的基础上，给出了全终端可靠度界的计算公式。SmithAE等人在JanRH等人的全终端可靠度界的基础上进行了改进，提出了一种更为有效的上界。对于一般网络，Colbourn,Satyanarayana等人验证了计算2一终端可靠度、K一终端可靠度和全终端可靠度是NP难问题[3]。总体来说，国外在该方面的研究已有了较为深入的研究，业已出现

5、了不少有价值的研究成果。目前基于可靠性约束的多目标网络优化方面在国内研究较少，传统的都是以网络最小费用作为约束条件进行网络拓扑结构设计，本文将在分析计算机网络可靠性理论基础上，提出并进行采用遗传算法的计算机通信网络可靠性的多目标优化设计研究，旨在通过理论和具体实例的分析，为相关研究提供一些技术支持和理论指导。-2-2．计算机通信网络的可靠性理论2.1网络可靠性与可靠度的定义计算机网络可靠性有关概念作为一门系统工程科学，经过半个多世纪的发展，己经形成了较为完整、健全的体系。国内外的有关学者将计算机网络可靠性的测度归纳为四大类：计算机网络的连通性、计算机网络的生存性、

6、计算机网络的抗破坏性、计算机网络部件在多模式下工作的有效性[2,4]。计算机网络如果正常工作，网络中的基础结点及部件必须为各个用户终端提供可靠的链路。因此，计算机网络的连通性在可靠性相关领域研究中最为广泛。计算机网络的连通性一般用计算机网络可靠度来衡量。2.1.1计算机通信网络可靠性计算机通信网络在规定的条件(操作方式、维修方式、负载条件、温度、湿度、辐射等)下，规定的时间(1000小时、一个季度等)内，网络保持连通和满足通信要求的能力，称之为计算机通信网络可靠性。它反映了计算机通信网络拓扑结构支持计算机通信网络正常运行的能力，是计算机通信网络规划、设计与运行的重

7、要参数之一。2.1.2计算机通信网络可靠度计算机通信网络在规定的条件(操作方式、维修方式、负载条件、温度、湿度、辐射等)下，规定的时间(1000小时，一个季度等)内，网络完成规定功能的概率，称之为计算机通信网络的可靠度，记为R(t)，其中(){}RtPTt=>。计算机通信网络可靠度具有三个类型：(1)2一终端可靠度，即在概率图中，指定源点s和汇点t之间至少有一条正常运行的链路的概率，记为Rel2(G)。(2)λ一终端可靠度，即在概率图中，指定λ个结点所构成集合中的任意两对结点之间，均有正常运行的链路的概率，记为Relλ(G)。(3)全终端可靠度，即在概率图中

8、，指定任意