如何提高网络系统的软件可靠性设计方法

摘　要：软件可靠性对整个计算机网络系统的可靠性的影响非常重要。必须严格遵循计算机网络系统软件可靠性的设计原则，建设高可靠性的计算机网络软件系统，提高全方位恢复与监控能力，进而促进网络系统的软件可靠性与设计水平的整体提高。 　　 　　

关键词：网络系统；软件；可靠性；原则
　　随着社会经济的快速发展，计算机逐渐在我们的社会生活的各个领域中得到广泛的推广与应用，计算机网络与软件系统的复杂程度也逐渐提高。软件可靠性对整个计算机网络系统的可靠性的影响非常重要。软件可靠性也由此受到被愈来愈多的管理部门、企业以及教育部门关注。因此对提高网络系统的软件可靠性设计方法的研究具有重要意义。
　　1.计算机网络概述
　　计算机网络是在不同地理区域将一些具有独立功能的计算机通过数据通信系统以及完善的网络软件，实现数据通信、资源共享和协同工作的一种计算机系统。计算机网络的发展历史最早起源与20世纪初在实验室中产生的第一代以单台计算机为中心的远程联机系统。第二代计算机网络是产生于20世纪60年代中后期的分组交换网，其典型代表是APPAnet网。第三代计算机网络产生于20世纪80年代，已经基于开放的标准化， 90年代迎来计算机网络发展的辉煌时期；2l世纪初，第4代计算机网络"三合一网络"正在朝高可靠性和多综合业务的方向发展。
　　2.软件可靠性工程的内容
　　软件可靠性工程是对软件产品的可靠性进行预测、评估以及管理的过程。保证和提高软件可靠性，这是软件可靠性工程的首要目标。为了达到这一目标，就必须清楚软件为何以及何时会出现故障或失效，进而在出现软件故障或失效时，及时采取有效的措施进行维修。而设计与开发出可靠的软件则是软件可靠性工程的核心问题。这就需要工程设计与进行时延伸到软件的维护阶段，由此也造成软件维护成为软件工程和软件可靠性工程的重要内容。
　　3.计算机网络的可靠性设计准则
　　网络是计算机应用系统中的基础环节。网络系统无论在何时何地发生的任一故障，都可以直接给计算机应用系统带来严重的破坏与经济损失。计算机网络的可靠性设计也就直接关系到计算机应用系统的效率问题，使计算机网络的可靠性设计系统与科学化，成为保障计算机网络软件可靠性必须遵循的原则。
　　（1）注重新技术的研发与采用
　　提高计算机网络可靠性，要注重新技术的研发与采用。不但要考虑主干网络技术的发展，使设计的网络可以适应当前和以后的技术发展要求，最大限度地满足业务发展的需要；还要对软件系统的继承性进行合理的设计，使计算机网络的设计具备较好的兼容与和扩充能力，加快网络平滑升级的时间。
　　（2）软件产品必须满足设计指标
　　提高计算机网络的可靠性，必须依据当前的实际条件，在设计中选择高品质、信誉佳的软件产品。同时，使用的软件产品还必须满足可靠性的设计指标要求，严格遵守计算机网络的相关规范以及相关权威的国内外标准 (例如，1995年的ISO／IEC 11801；欧洲标准：EN 50173：北美标准：ANSFEIA 568A；中国标准：GB50173，1993、GB／T 50311，2000等)。
　　4.提高网络系统软件可靠性的设计方法
　　（1）计算机网络软件可靠性的相关模型选择
　　计算机网络使输入样本后，功能相同的输入离得相对较近，在联结权的调整过程中，使权的分布与输入样本的概率密度分布相似。由于选用了三个模型作初选模型，所以有三个基准数据，其编码后的结果应为：{1，1，1，l，1}(适合JM模型)；{2，2，2，2，2} (适合G0模型)；{3，3，3，3，3}(适合LV模型)；每个软件的失效数据经编码后成为一个五维向量。等价的失效数据可以选用同一种软件可靠性模型。一系列失效数据经过编码后作为计算机网络的输入，对于给定的某软件失效数据通过查看与何种基准数据聚为同一类就可以判断该软件适合何种可靠性模型。
　　（2）运用BDD原理运算简化
　　BDD ( Binary Decision Diagram)是一种特殊的树形结构，是采用具有标号的二叉树表示布尔逻辑函数的直接非循环表示图。故障树向BDD的转化从故障树的最底一层门事件开始，用底事件置换门事件。将所有门事件均用底事件置换编码，便可得到顶事件的BDD。在进行ite结构转化的过程中，先将基本事件变量按照某一规则进行排序，index(Xi)代表Xi在排序中的位置，若A=ite(Xi,F1,F2),B=ite(Xj,G1,G2)，则在结构化过程中遵循以下规则（<op>为布尔运算符）：
　　当index(Xi)<index(Xj)时，A<op>B=ite(Xi,F1<op>B,F2<op>B)；
　　当index(Xi)=index(Xj)时，A<op>B=ite(Xi,F1<op>G1,F2<op>G2)。
　　在BDD模型中，求顶事件概率和最小割集非常简单，而每个回溯路径的非否基本事件则构成一个割集，运用集合运算简化后即为最小割集。
　　（3）神经网络模糊系统的软件可靠性预计方法
　　基于神经网络的模糊系统的软件可靠性的预计方法需要完成的任务；模糊规则的个数可由聚类方法决定神经网络均采用 BP 网络，具有2个隐层，且每个隐层的节点个数均为 l6个，神经元的传递函数为 Sigmoid 函数，但输出层采用线性函数；随后，将得到的输入输出样本（X，Y）分成2 个部分，一部分用来训练网络；另一部分用来测试与评价；最后，训练对应结论部的神经网络Ns（s= l，2，...，m ）。假设Ns对应第s条规则，那么第s组内的所有输入输出样本就是Ns 的学习样本。
　　（4）冗余系统不可靠度计算
　　分析步骤：1.暂时先不考虑共因失效的影响，按照传统的方法画出系统的故障树，同时，将故障树转化为BDD，进而求出不考虑共因失效情况下系统的不可靠度函数表达式；2.假定系统中某一共因组包括m个元件，且各元件寿命在独立失效情况下具有相同的概率分布，P1=P2=...=Pm=P(t)，简化为US；3.考虑共因失效情况下系统的不可靠度表达式，某指定的k个元件在某时刻t仍然正常工作的概率，g为元件的个数，k为未失效的元件个数）。
　　（5）计算机网络系统访问与安全隔离防护措施
　　通过防火墙SNAT一系列的设置，可以只允许向合法的用户开放访问权限，在计算机以及互联网之间建立起一道坚实的围墙。用户可以通过防火墙实现对访问的控制。这就使得所有对系统进行访问的信息，必须与防火墙的规则完全匹配，而其它不匹配的访问都将被拒绝。这种计算机网络系统访问与安全隔离防护措施，有效的阻断与减少了攻击的路径，有效提高了计算机网 络系统的可靠性，有效降低了系统安全风险，保障了计算机网络系统的可靠性。
　　5.结束语
　　计算机网络是我国实现现代化与信息化建设的重要途径。软件可靠性是系统规模大、异构程度高的现代计算机网络的根本要求。因此，必须严格遵循计算机网络系统软件可靠性的设计原则，关注与克服线路中断或局部故障等缺陷，建设高可靠性的计算机网络软件系统，提高全方位恢复与监控能力，进而促进网络系统的软件可靠性与设计水平的整体提高。
　　参考文献：
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　　[2] 刘华庆，计算机组网与维护技术[M ]，北京：清华大学出版社，2011年3月；
　　[3] 陈光锡，软件可靠性学科发展现状及展望[J]，电子工业出版社，2009年12月；