[发明专利]一种基于贪婪算法的提高K-终端网络可靠性的方法

说明书

本发明属于规则网络系统可靠性研究领域，具体涉及一种基于贪婪算法的提高K‑终端网络可靠性的方法。该方法采用贪婪算法和蒙特卡罗算法，结合重要度分析，为中型或大型K‑终端网络可靠性预测的数值分析研究提供了有力支撑。改方法采用重要度分析和蒙特卡罗算法估算寻找网络边的优化方案，建模过程简单、高效。本发明将需要优化的大型网络分为多组网络边，以这些网络边为基本的优化对象，能够精确快速地给出优化方案，从而实现对大型网络的可靠性优化，使其可靠性指标满足要求，本发明对于现实中的中型或大型网络具有重要意义。

技术领域

本发明属于规则网络系统可靠性研究领域，具体的说是涉及一种基于贪婪算法的提高K-终端网络可靠性的方法。

背景技术

网络系统遍布于社会生活中的各个领域，网络可靠性是其重要的整体性能指标，网络的可靠性展现了网络维持正常工作的能力，可靠性高的网络往往有着较强抗干扰能力。由于网络系统应用广泛且极为关键，对于网络可靠性的研究就变得尤为重要。公开号为CN107967545A的中国专利公开了一种发明名称为“概率安全评价中子系统部件的Birnbaum重要度和结构重要度计算方法”。首先通过系统和部件的Birnbaum重要度和结构重要度，分析部件对系统的重要度。然后，揭示了Birnbaum重要度和结构重要度的一种深入规律，为安全评价的重要度分析提供所需的Birnbaum重要度和结构重要度信息。但是，传统的重要度主要应用在双端网络系统中，在K-终端网络领域内鲜有研究，而且传统的重要度推广至K-终端网络后，对各个重要度的计算方法以及不同网络重要度之间的关系的研究甚少并且缺乏理论性的指导。

一个网络系统通常由多个节点与多条边组成，不同的网络边对于网络系统性能的影响也不尽相同。通常由于实际的成本限制，需要在有限的资源下，对一个网络系统进行高效设计、性能提升和运行维护，这时便需要根据网络边对网络系统的重要性进行资源的合理分配，将有限的资源用在最重要的少量网络边上。重要度是重要性的量化表现，具体地说，重要度可以量化网络边对整个网络系统的重要性的程度。基于重要度对网络边进行排序，当网络发生故障时，根据排序结果决定优先维修的网络边，可以有效提高维修效率。

发明内容

为了在优化资源有限的情况下，强化导致网络系统失效的最薄弱部位，以此提升网络系统的可靠性，本发明提出一种基于贪婪算法的提高K-终端网络可靠性的方法。该方法采用贪婪算法和蒙特卡罗算法，结合重要度分析，为中型或大型K-终端网络可靠性预测的数值分析研究提供了有力支撑。基于本方法所预测得到的网络边重要度进行排序，在提供优化资源有限的情况下，可以有效的提高K-终端网络的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种基于贪婪算法的提高K-终端网络可靠性的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.分析K-终端网络的结构；

该步骤对特定的K-终端网络进行分析，获得网络的节点集合和网络边的集合，以及终端节点集合。终端节点是指决定K-终端网络是否连通的关键节点。

步骤2.计算K-终端网络的累计D*-谱；具体包括如下子步骤：

参考图1为基于贪婪算法的蒙特卡罗算法流程图；

子步骤1：利用基于贪婪算法的蒙特卡罗算法估算网络D*-谱的数值。根据D*- 谱的定义，随机模拟网络边的一个排列组合π＝(π₁,...,π_r,...,π_n)，然后模拟网络边的连续破坏过程，即根据排列从左到右依次破坏网络边，直到网络失效，记录下失效网络边的组合；所述过程重复模拟M次，M2；