第34章 人死不能复生

    随着人们对复杂网络研究的日益关注，在不同性能成本的网络服务快速增长的背景下，对网络可用性进行评估的需求也越来越高。目前，网络已经成为一个重要的平台，其服务的成本和效果对用户来说都很重要，如qos不能满足用户需求，可能会加剧用户业务，类似于通信中断的风险。对网络性能进行定量、准确的可用性评估，不仅可以确定网络的薄弱环节，而且可以为网络的运行提供重要的指导。特别是，需要根据业务的各种qos需求快速评估可用性。这也有助于降低网络性能的成本，为了获得更多的利润，根据精确的评估。因此，可用性评估是很重要的，特别是对复杂网络，以提供可靠的服务，以最小的性能费用。

    复杂网络具有多种冗余传输路径，即包含多个设备和链路的传输路径。任何路径的故障都可能导致网络拓扑结构的变化，导致网络有效载荷、吞吐量、传输速率等方面的恶化。更改可能会影响qos不满足业务需求。虽然具体的qos通过采用新的技术和设备来提高网络性能能够满足服务标准，但服务的维护成本也相应增加，从而导致整个网络处于非经济状态，其他劣质服务的资源被不必要地浪费。因此，有必要考虑特定服务的可用性，避免对整个网络可用性的一般判断。由于不同的服务需要不同的性能成本，可用性应该结合特定的服务和性能成本，以确保网络有效运行。虽然成本难以用相同的尺度来衡量，但qos通过丢包、吞吐量、延迟时间等指标客观地反映了网络性能，为满足这些指标需要花费运营成本。因此，qos度量间接映射性能成本。

    通过以上分析，我们发现网络可用性与具有qos标准的服务或业务密切相关，qos不仅代表业务，也代表性能成本。因此，我们的研究目的是基于满足质量要求，即qos基本标准，以最小的业务成本来评估网络可用性。基于此概念，我们提出了一种网络可用性方法(mcqna)。该方法不仅将qos度量作为目标性能，而且认为每个度量都映射了满足特定业务的服务成本的一部分。

    我们的贡献如下:

    （1） 本文提出了将性能成本和动态qos指标相结合来评估网络可用性的观点。据我们所知，这是第一次查看网络可用性。该观点区分不同服务的不同qos，以最小的成本或资源自适应地调整网络性能。

    （2） 设计了评价方法(mcqna)。该方法考虑了网络服务qos指标根据实时性的变化。由于变化水平反映了业务质量和成本的趋势，相应的qos状态在mcqna中构建了马尔可夫链。

    （3） 我们提供了一个mcqna的原型，并验证了其稳定性，从而推断出qos指标的权重。通过网络模拟器3 (ns3)对其性能进行了评价，并与典型方法进行了比较。

    本文的其余部分组织如下。第2节提出了评估网络可用性的相关工作。在第3节中，我们提出了mcqna模型。讨论了mcqna中单步转移矩阵是否具有遍历性的两种情况，并证明了该矩阵在第4节中存在极限分布。在本节中，计算qos指标权重时，mcqna的极限分布与稳态分布相同。第5节给出了mcqna的性能、合理性和灵敏度与传统评价方法的对比结果。对这些分析进行了讨论和介绍。最后，我们在第6节得出结论。

    二：相关工作

    目前，传统的可用性评估的是本地化设备或链路的故障概率，不考虑网络服务。在冗余拓扑中，由于局部故障不会导致通信瘫痪，传统的评估方法难以准确反映网络服务。相反，qos指标与网络业务密切相关，反映的是服务程度。同时，qos作为一个判断因素，也反映了实际性能，因为qos的值需要实际测量。然而，目前基于qos的可用性研究大多基于网络连通性指标、网络链路的重要性或网元的可用性。文献使用了基于链路最小生成树的可用性统计。随着p2p、iptv、voip等多种业务的出现，传统的端到端通信模式改变了用户获取网络内容和服务的综合通信模式。虽然现有的可用性评价方法趋向于呈现多样化、多样化发展的，但以上的可用性研究仅局限于设备的统计，缺乏客观性。

    文献[23]根据相似程度对qos指标进行分类。通过分组逼近理想点来确定qos权重，最后再次进行评估。这些方法都需要大量的历史数据集来优化模型，以获得更好的评估，并且不适用于具有瞬时变异性的网络。文献[24]采用预测模型，利用变化的时间序列预测qos指标的变化，对各指标进行归一化，然后进行加权平均判断。虽然该方法实时性较好，但仅对网络的整体可用性进行评估，缺乏对具体业务的考虑。文献[25]根据企业的需求构建了包含节点和服务能力的srns模型，将所有节点失效概率的变化视为一个随机过程，从而建立了马尔可夫链。每个节点计算其可服务性是否合格，从而得到故障节点的概率分布。因此，难以满足大规模复杂网络的实时评估。文献[26]充分考虑了网络状态变化的随机性，但只假设节点状态的概率分布。由于它没有量化qos指标，只是分析了整个网络的可能状态，结果缺乏反映具体业务。

    三：网络可用性

    （1）网络提供具有特定功能的面向用户的服务，网络能否满足服务需求需要进行一定的评价。从网络运维的角度来看，关注的重点是网络服务的成本和质量。在满足服务质量的前提下，低服务成本不能很好地保证服务质量，反之亦然。所谓网络服务是可用的，即在一段时间内满足合格服务标准和最低运营费用的qos度量的程度。

    基于以上思想，mcqna不仅考虑满足特定业务需求的网络能力，还通过状态转移概率得到qos性能的成本系数。这个概率是由成本函数除以性能成本来表示的。网络可用性用