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网络拓扑结构精选(九篇)

网络拓扑结构

第1篇:网络拓扑结构范文

关键词:计算机网络;网络拓扑结构;拓扑形成机制

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2012)31-7441-03

计算机网络的拓扑结构是指网络中包括计算机在内的各种网络设备(如路由器、交换机等)实现网络互连所展现出来的抽象连接方式。计算机网络拓扑所关心的是这种连接关系及其图表绘示,并不在意所连接计算机或设备的各种细节。通过拓扑图表可以清晰的了解到整个网络中各节点的线路连接情况以及整个网络的外貌结构。其中的节点主要是指网络中连接的各种有源设备,比如计算机、路由器、打印机、交换机等等,这些节点通过微波、线路、光纤、电话等介质进行信息流的连接从而形成网络。因此,计算机网络拓扑结构就是节点和链路所组成的。

1 计算机网络拓扑结构的分类

计算机网络拓扑结构主要是计算机、路由器、打印机、交换机等设备跟链路如光纤、线路等所构成的物理结构模式,即节点跟链路的组合。计算机网络拓扑结构根据其连线和节点的连接方式可分为以下几种类型:(1)总线型,(2)环形,(3)星型,(4)树形,(5)网型。

1.1 总线型结构

计算机网络拓扑结构中,总线型就是一根主干线连接多个节点而形成的网络结构。在总线型网络结构中,网络信息都是通过主干线传输到各个节点的。总线型结构的特点主要在于它的简单灵活、构建方便、性能优良。其主要的缺点在于总干线将对整个网络起决定作用,主干线的故障将引起整个网络瘫痪。总线型的图形如图1所示:

1.2 环型结构

计算机网络拓扑结构中,环型结构主要是各个节点之间进行收尾连接,一个节点连接着一个节点而形成一个环路。在环形网络拓扑结构中,网络信息的传输都是沿着一个方向进行的,是单向的,并且,在每一个节点中,都需要装设一个中继器,用来收发信息和对信息的扩大读取。环形网络拓扑结构的主要特点在于它的建网简单、结构易构、便于管理。而它的缺点主要表现为节点过多,传输效率不高,不便于扩充。环形结构的图形如图2所示:

1.3 星型结构

在计算机网络拓扑结构中,星型结构主要是指一个中央节点周围连接着许多节点而组成的网络结构,其中中央节点上必须安装一个集线器。所有的网络信息都是通过中央集线器(节点)进行通信的,周围的节点将信息传输给中央集线器,中央节点将所接收的信息进行处理加工从而传输给其他的节点。星型网络拓扑结构的主要特点在于建网简单、结构易构、便于管理等等。而它的缺点主要表现为中央节点负担繁重,不利于扩充线路的利用效率。星型网络拓扑结构如图3所示:

1.4 树型结构

在计算机网络拓扑结构中,树形网络结构主要是指各个主机进行分层连接,其中处在越高的位置,此节点的可靠性就越强。树形网络结构其实是总线性网络结构的复杂化,如果总线型网络结构通过许多层集线器进行主机连接,从而形成了树形网络结构,如图4所示。在互联网中,树形结构中的不同层次的计算机或者是节点,它们的地位是不一样的,树根部位(最高层)是主干网,相当于广域网的某节点,中间节点所表示的应该是大局域网或者城域网,叶节点所对应的就是最低的小局域网。树型结构中,所有节点中的两个节点之间都不会产生回路,所有的通路都能进行双向传输。其优点是成本较低、便于推广、灵活方便,比较适合那些分等级的主次较强的层次型的网络。

1.5 网形结构

在计算机网络拓扑结构中,网型结构是最复杂的网络形式,它是指网络中任何一个节点都会连接着两条或者以上线路,从而保持跟两个或者更多的节点相连。网型拓扑结构各个节点跟许多条线路连接着,其可靠性和稳定性都比较强,其将比较适用于广域网。同时由于其结构和联网比较复杂,构建此网络所花费的成本也是比较大的。网型拓扑结构如图5所示:

2 计算机网络拓扑结构的形成机制

随着计算机网络的发展,人们发现计算机网络拓扑结构存在着节点度的幂律分布特点。节点度的幂律分布特点促使了网络拓扑模型的巨大转变。越来越多的模型构建都是从幂律规律中的优先连接和优先生长的特点入手,让那些比较符合计算机拓扑性质的模型根据其中一些简单的演化规则自动地产生、生长和连接。通过这种优先连接和优先生长的规律不断地加入新节点。正是网络拓扑结构的这些特点,使得网络的发展变得越来越复杂,其性能越来越可靠,从而也促使了许多网络拓扑连接规则的出现,即网络拓扑结构形成机制的构建。

正是因为计算机网络拓扑结构在不同规模和不同层次都表现着优先生长和优先连接的特性,本质上趋于类似,所以,拓扑结构构件模型就像层次化的选举过程。具体行程机制如图6所示:

网络拓扑结构形成过程中,首先假定某平面中布置着许多个节点,同时存在着一个均匀走动的离散的时钟,通过这个时钟将每个节点进入网络的时间记录下来,记录下来的时间都是随机分布的。每一个节点在进入网络时刻的前后所要采取的行为就是接收信息或者消息和发送对已收信息的响应。这些收发信息中设置了优先度和传达范围,它们将对信息的辐射范围产生着最为直接的影响。所有的节点在接收信息之后一般是依据信息源的优先度来设计优先度的,若所接收到的许多消息源节点存在相近的优先度,其将会随机地选择一个消息源节点进行连接。根据这种模式进行不断的发展,最后将会产生上图6的图形结果。在整个拓扑网络形成过程中,首先要经历a图的初始阶段,在网络形成初始阶段,只有非常小一部分节点参与活动,所接收的和发送的信息范围还非常小,它们仅仅只能跟周边的节点进行通信或者是连接。而随着网络的不断发展,节点度在不断扩大,每一个节点所收发的信息范围越来越大,所形成的连接也将越来越大和越来越多,网络此时正在对外大肆扩展。在小局域网中胜出的一些节点将参与更大范围的连接和竞争,从而形成较大的局域网,最后发展成更大的城域网和广域网。持续这样下去最后便形成聚集中心,如上面图示的(b)和(c)。这就是计算机网络拓扑结构的形成模型,是一种消息自组织和传递接收的模型。

3 结束语

综上所述,计算机网络的拓扑结构是指网络中包括计算机在内的各种网络设备(如路由器、交换机等)实现网络互连所展现出来的抽象连接方式。计算机网络拓扑结构主要是节点和链路所组成的。包括:总线型、星型、网络型、树型、环型等形式,各种网络拓扑都有着自己的特点,随着网络的发展,其便形成一种更复杂的网络结构。根据网络拓扑结构的优先连接和优先生长的规则,网络拓扑的形成就是从简单的网络慢慢发展成复杂的网络,最终发展成为一种更大更高级的网络拓扑结构体系。这种体系具有一定的层次结构,一般是利用协议对网络的通信进行规制。

参考文献:

[1] 张军.一门崭新的交叉科学:网络科学(上)[J].物理学进展,2011(3).

[2] 李荣.网络拓扑结构理论分析及其应用[M].北京:清华大学出版社,2010.

第2篇:网络拓扑结构范文

关键词:矿井;无线传感器网络;LEACH算法;层次拓扑;结构优化

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)16-3900-04

Abstract: Aiming at the characteristics of complex environment and wiring difficult in mine, according to mine real environment and system requirements, a four-storey clustering type chain topology of wireless sensor networks in the mine is built. The topology formation processes of stationary node networks, mobile node networks and whole networks are researched. Specially, the topology of mobile node networks is built by combination weighted LEACH algorithm,and the experiment simulation shows that the algorithm can reduce energy consumption effectively, and prolong the lifecycle of whole network. Meanwhile, aiming at the mobility of mine worker, the join strategy and leave strategy of mobile node are put forward respectively. The system has the specialties of multi-level, good stability and strong extensibility, which provides a good foundation for further data transmission and fusion and personnel location of mine monitoring system.

Key words:mine; wireless sensor networks; LEACH algorithm; hierarchical topology; structure optimization

我国煤矿井下自然环境复杂,矿井安全事故经常发生,造成了重大生命财产损失,同时也影响着煤炭工业的发展[1][2]。因此,建立一个有效的矿井环境及人员监测系统就显得非常重要。目前,国内矿井监测系统大部分使用的是有线方式,存在着灵活性差、布线和维护困难等局限性,无法对矿井重要参数及工作人员进行无缝的全面监控,给煤矿开采留下不可避免的安全隐患。因此,结合无线传感器网络构建矿井监测系统就成为了必然。将无线传感器网络技术与工业以太网相结合应用于矿井环境及人员监测,可以实现井内监测系统的灵活性和全面覆盖,降低布线的难度和成本,提高数据的稳定性和安全性。

矿井无线传感器网络的拓扑结构[3]是矿井监测系统进一步的数据传输、融合和人员监控的基础。目前已有研究者对矿井无线传感器网络的拓扑结构进行了初步的研究,并提出了基于Prim算法拓扑结构[4]、基于节点地址分配的矿井拓扑结构[5]、基于LEACH算法矿井网络拓扑结构[6]等等。现提出来的这些方案都还存在改进和完善的空间,因此本文将提出一种基于组合加权LEACH算法的矿井网络四层拓扑结构。

1 系统的整体规划

矿井监测系统是对无线传感器网络和有线工业以太网[7]的集成,由两部分组成:地面监控系统和井下信息采集系统。两系统之间通过以太网连接。地面监控系统包括服务器和用户终端。地面服务器负责收集数据信息,并存储和整理,用户终端通过访问服务器里的数据库,实时掌握井内环境变化情况和井下人员动态。井下信息采集系统包括以太网、交换机、汇聚节点和无线传感器节点。无线传感器节点包括固定节点和移动节点,负责对井下环境信息和工作人员位置信息的采集,并发送给汇聚节点。交换机则是无线传感器网络和以太网通信的桥梁,汇聚节点收集信息后通过交换机和以太网上传至地面服务器,地面监控系统收到信息后,做出相应的判断和应急反应。

2 系统拓扑结构

2.1 井下无线传感器网络架构

考虑到井下恶劣的环境条件,所部署的无线传感器网络能源受限,拓扑具有动态性,因此本文将设计一种多层次的、扩展性强的井下拓扑结构,如图1所示。

由图1可看出,整个井下网络由汇聚节点、固定节点、移动节点组成。网络拓扑结构包括四层,其中汇聚节点(CH1)为一级簇头,负责接收整个网络的数据,并与地面服务器通过有线网络连接;固定节点(CH2)为二级簇头,负责数据的融合和转发,同时还是未知节点定位的参考节点;三级簇头节点(CH3)是从移动节点中通过组合加权LEACH算法选出来的,负责簇内节点信息的收集并转发给二级簇头节点;第四层则是普通的移动节点(CN),各CN加入到各个簇,负责数据的采集。

2.2 固定节点网络拓扑结构

固定节点网络也可以称做上层骨干网,由事先安装在巷道内固定位置的汇聚节点(CH1)和固定节点(CH2)组成,汇聚节点一般安装在巷道口,固定节点则按一定间距安装在巷道内,它们的位置信息是已知的且存储在地面监控中心,固定节点一般是不可移动的。

固定节点作为网络的二级簇头,负责将网络内收集到的数据转发给汇聚节点,因此二级簇头节点和汇聚节点之间应建立一个有效的通信拓扑。LEACH拓扑控制算法中,认为所有簇头节点都能与汇聚节点直接通信,而在矿井实际环境中,这是无法实现的。因此根据巷道的长形结构,构建链状的上层骨干网,无法与汇聚节点直接通信的二级簇头节点选择不同的二级簇头节点作为它的父节点,由父节点承担数据转发任务。

首先,汇聚节点发起建网信息,CH2(二级簇头节点)向周围广播自身信息,若收到汇聚节点的响应信息,则发送链接请求给汇聚节点,收到链接响应后入网成功。未收到汇聚节点响应信息的CH2分析是否有其他已入网的CH2的响应信息,根据响应信息的信号强度值,选择距离较近的已入网CH2节点作为自己的父节点,并向其发送链接请求。网络中子节点的工作时隙表由其父节点为其分配。

二级簇头节点作为网络数据传输的中继节点,任务较重,能耗较大,因此在实际应用中可在重要的二级簇头节点周围部署备用节点,备用节点一直处于睡眠状态,只有在二级簇头节点能量耗尽时才被唤醒,替代原来二级簇头,同时向地面监控中心发送报警信息,提醒工作人员更换电池。备用节点的部署,保障了网络的稳定性,使矿井监测系统具有更好的鲁棒性和安全性[8]。

2.3 移动节点网络拓扑结构

在井下网络中,当众多移动节点同时发送信息给CH2时,容易引起信道冲突,造成能量的浪费,因此本文根据组合加权的LEACH算法来构建移动节点网络拓扑结构,在移动节点中选出合适的节点作为三级簇头(CH3),由CH3负责簇内信息的收集并转发给CH2节点,从而提高能量利用率,延长网络生命周期。

三级簇头的选举采用组合加权的LEACH算法,即为每一个移动节点分配一个权值W,该权值衡量了移动节点适合充当簇头的程度,权值W越小的节点越适合充当簇头。考虑到矿井环境的实际情况,权值W的计算考虑四个影响因子:剩余能量、节点度、节点的移动性、节点与其邻居节点之间的平均距离。因此,移动节点j的权值[W(j)]可由以下公式计算可得:

[W(j)=a1×E(j)+a2×D(j)+a3×M(j)+a4×P(j)]

其中,[E(j)]表示节点j已经消耗的能量,[D(j)]表示节点j的节点度与网络理想节点度之差,[M(j)]表示节点j 的移动性,[P(j)]表示节点j与其邻居节点之间的平均距离。[a1],[a2],[a3],[a4]为权重因子,其取值关系为:[a1>a2>a3>a4]。

移动节点网络的拓扑形成过程描述如下:(1)移动节点网络多由矿井工作人员构成,他们通常聚集在一起进入井内,在下井之前就已成簇,由于各节点的初始能量相同(每个便携式设备都已充满电),设定第一轮的三级簇头由ID 号最小的移动节点充当;(2)当三级簇头的能量下降至初始能量的70%时,将进行下一轮的三级簇头选举,这时三级簇头会在本簇中广播一个权值查询命令,每个簇成员节点收到命令后按权值公式计算自己的权值,并发送给簇头节点,簇头节点选择一个权值最小的节点来充当下一轮簇头,并把新簇头ID号发送给簇成员节点,同时把自己设置为非簇头节点,簇成员节点把新簇头ID与自己ID相比较,若相等,则把自己设为簇头节点;(3)当选为三级簇头的节点在移动节点网络内广播簇头消息,其他移动节点收到簇头广播消息后,发送入簇消息给所选择簇的簇头,簇头节点收到所有入簇消息后,建立一个TDMA调度时间表,并发送给簇内每个节点;(4)当所有普通移动节点都收到时间表后,进人数据传输阶段,各簇成员节点按照TDMA时间表将采集数据发送给三级簇头节点,三级簇头节点收集所有成员节点发来的信息,对其进行融合处理并转发给二级簇头节点,簇内节点在TDMA时间表分配给自己的时隙之外关闭其通信模块。

每一轮中,当三级簇头的能量下降至充当簇头时能量的70%时,进行下一轮的三级簇头选举。移动节点网络中,基于组合加权LEACH算法的拓扑结构形成流程图如图2所示。

2.4 整个网络的拓扑形成

当上层骨干网建立后,若没有移动节点进入巷道内,固定节点处于睡眠状态,只对环境信息进行监测并周期性上传给汇聚节点。当有移动节点进入巷道内,移动节点自主组成簇结构,由三级簇头节点唤醒二级簇头节点(固定节点),二级簇头节点记录下移动簇群的信息并转发给汇聚节点。若某三级簇头节点在规定时间[Tw]内没有发送任何信息给二级簇头,二级簇头则认为该簇群已离开,同时从链接表中删除该簇群信息。

3 网络拓扑的动态变化

网络拓扑的动态变化是指移动节点的加入或离开。由于井下工作人员的移动性强,那么就必然涉及到单个节点的加入或离开,另外也有可能有节点出现失效的情况,从而引起网络的拓扑动态变化。节点失效也可看作是节点的离开。

1) 移动节点的加入:移动节点向周围广播入簇请求信息,收到请求信息的三级簇头节点回复响应信息,移动节点根据响应信息的信号强弱,选择信号强的三级簇头节点作为自己的簇头节点,并发送链接请求给所选簇头,当移动节点收到簇头分配的工作时间表后,加入成功。

2) 移动节点的离开:三级簇头节点会周期性的广播查询信息,簇内节点收到查询信息后会在自己的工作时隙内发送一个应答信息给三级簇头,如果三级簇头节点在规定时间[Tw]内未收到某节点的应答,则判断为此移动节点已离开本簇,三级簇头节点便在自己的链接表中删除该节点信息,并重新给簇内节点分配工作时隙。

4 仿真结果与分析

使用MATLAB对井下无线传感器网络进行仿真,设置巷道长为500m,宽10m,汇聚节点布置在巷道口,CH2按一定间距布置在巷道内,移动节点则随机分布在巷道内。分别对移动节点平均剩余能量和网络生命周期进行仿真,并与LEACH算法进行比较分析。

1) 移动节点平均剩余能量。即井下网络正常工作中,所有移动节点的平均剩余能量。移动节点平均剩余能量仿真结果如图3所示。

从图3可以看出,该文构建的井下网络中,移动节点的平均剩余能量要高于采用LEACH算法构建的井下网络。这是因为,该文采用组合加权的LEACH算法选举出的三级簇头综合性能好,并且当CH3的能量下降至充当簇头时能量的70%时,才进行簇头的更新,减少了簇头的更新次数,从而降低了选举簇头带来的能耗。

2) 生命周期。即网络维持正常工作所持续的时间。网络生命周期仿真结果如图4所示。

由图4可知,随着移动节点的最大通信距离的增大,该文算法与LEACH算法的网络生命周期都在减小,并且,在整个通信范围内,该文算法的生命周期都优于LEACH算法。其原因是:相比于LEACH算法,该文采用组合加权算法选出的三级簇头综合性能更好,节点能量能够得到有效利用,负载也更均匀,从而延长了节点存活的时间,整个网络的生命周期也更长。

5 结束语

本文基于组合加权的LEACH算法,提出了一种井下无线传感器网络的四层层次型链状拓扑结构,使得选出的三级簇头具有较好的性能,能够有效的降

低移动节点的能耗和延长整个井下网络的生存时间。另外,由于井下工作人员构成的移动节点具有强移动性,增添了单个移动节点的加入策略和离开策略,提高了网络的稳定性。设计出的井下网络拓扑结构具有能耗低、网络生命周期长、灵活性好等优点,可实现对矿井内部的无缝监测。下一步研究工作可对分簇算法与功率控制相结合的矿井拓扑结构建立机制做一定的尝试和研究。

参考文献:

[1] Jiping. Personnel location monitoring and systems under ground mine[J]. Coal Science and Technology, 2010, 38(11):1-4.

[2] 黄开林.基于煤矿无线传感器网络的LEACH拓扑算法的研究[J].计算机测量与控制,2013,21 (4):1081-1083.

[3] Li N, Hou J C, Sha L. Design and analysis of an MST-based topology control algorithm[J]. IEEE Trans. on Wireless Communications, 2005, 4(3):1195-1207.

[4] 刘志高,李春文,丁青青,等.煤矿人员定位系统拓扑优化模型[J].煤炭学报,2010, 35(2):329- 332.

[5] 牛春雷,杨维.瓦斯监测层次型无线传感器网络拓扑控制机制[J].煤炭科学技术,2009, 37(9):100-103.

[6] 刘晓文,闫静杰,苗锦,等. 矿井无线传感器网络LEACH协议的改进[J].煤炭科学技术,2009, 37(4):46-49.

第3篇:网络拓扑结构范文

关键词:告警;拓扑关系;关联分析

中图分类号:TP393.01 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)04-0144-01

1 前言

随着信息技术的迅猛发展,现代企业对于信息资源的依赖性越来越强,网络规模也越来越庞大。目前,电网公司为了提升管理能力和业务水平,建成了各类型的众多业务系统。所有的系统对于电网公司的正常运转都至关重要,如何保障业务系统的运行,提高业务系统的稳定性和可用性就成为了目前最重要的问题,只有保证网络及其相关IT基础架构的稳定,才能保证业务系统的稳定。

作者通过研究网络事件的关联分析算法,提供一种从大量的网络事件中提取关键、核心事件的算法,以便快速定位网络故障的源头和影响范围,避免关键故障告警被大量“无用”事件淹没,提高故障发现与解决的效率,保障网络及其相关IT基础架构运行的稳定。

2 研究背景

网络事件主要分为两类:一种是根据资源的运行数据,如CPU的使用率,内存的使用率,按照预先配置好的阀值规则而生成的事件。一种是由资源,如网络设备,根据自身系统的设定而生成的事件。这类事件是由设备的厂商按照一定的原则定义,不仅包括故障信息,还包括一些审计信息,如用户的操作行为等。

目前,在网络管理领域,针对网络事件关联分析进行了一系列的研究,但是没有考虑网络拓扑结构对事件关联分析的重要性。

针对现有网络事件关联分析设计的不足和电网公司网络结构的特点,本文提出了一种基于拓扑关系的网络事件关联分析机制,该机制充分考虑了网络拓扑结构在事件关联分析中的重要作用,将两类事件进行统一分析,有效地提高了网络事件关联分析的准确性和实时性,并提供了一定趋势分析能力。

3 关联分析算法设计

由于不同厂商之间事件格式的不统一,在对网络事件进行关联分析之前,需要对事件进行规范化,将格式统一。在对网络事件进行格式统一后,就可以针对网络事件进行关联分析,以分析网络事件的根源、影响范围等。

3.1 聚合算法

网络事件数量庞杂,存在大量重复的事件,因此在对网络事件做进一步分析之前,首先需要对网络事件进行聚合。对网络事件的聚合主要分为两类:

(1) 对于不断重复出现的单条事件,按照时间进行聚合,记录事件发生的次数,并记录第一次和最后一次该事件产生的时间,作为事件的开始时间和结束时间。

(2)对于一组相关联的事件,根据两个事件之间的间隔时间进行聚合,而聚合后的事件还可以按照持续时间进行再一次的聚合,记录其发生的次数。

3.2 影响分析算法

网络事件的影响分析实际就是与规则进行相匹配的过程。影响分析算法的具体步骤为:

首先,根据网络拓扑结构和业务拓扑结构,生成设备与业务的影响关系树。N1设备的告警可能是引起N2,N3,N4等设备的告警。拓扑结构中的每个可能的告警设备,都用一个故障树描述其故障关联。最终,所有的故障都可以汇聚到引起业务系统的故障。在影响关系树上,定义两种关联关系:连接关系和包含关系,连接关系一般指这个设备与另一个设备之间有连接。包含关系一般指一个资源在另一个资源上运行。

其次,针对单个资源,将其网络事件与规则库中定义的各种规则进行匹配,形成该资源的关联关键事件。

最后,根据影响关系树,分析设备的事件可能造成的影响范围和影响程度,完成网络事件的影响分析,并根据其影响范围和影响程度的大小,定义该事件的紧急程度,并将影响范围内与其相关联的事件进行连接、归并。

4 告警模块设计

基于规则库和关联分析算法,本文根据电网公司网络结构的特点,建立了一种分布式的告警模块的系统模型,主要包括以下几个部分:

规则维护:提供对事件规则库中的各类型规则的维护功能。

事件接收器:负责接收网络中各类资源生产的原始事件,并上报。

事件生成/标准化:根据基础采集器上报的运行数据,按照预先配置的阀值规则,生成标准格式的事件;对接收到的原始事件进行规范化,统一格式。

事件P联分析:根据资源库中的拓扑关系和规则库中的规则,对由事件生成/标准化生成的标准事件进行关联分析。

第4篇:网络拓扑结构范文

1计算机网络的发展

1.1复杂网络的基本内涵复杂网络是计算机领域的一个术语名词,是指基本具备小世界、无标度、吸引子、自相似、自组织中的部分或者所有属性特征的网络架构。网络系统的演化进阶、演化规律的释放、演化动力学的基体层次及网络系统模型的形成机制、几何属性、结构稳定性等是构筑其理论的核心。由许多节点与连接两个节点的一些边构成了网络。而节点是指系统中不同的个体,边代表着个体间的关系;具有特定的关系的两个节点之间连一条边,两个节点有边相连则是相邻的。

1.2计算机网络拓扑结构网络的拓扑性质是指不依赖于节点的具置和边的具体形态而表现出来的性质,其对应的结构就是网络拓扑结构。有研究报道,在很大程度上,网络拓扑决定了网络的性质,不同的网络性能是因为不同的拓扑结构,因此,网络拓扑是研究网络中的重中之重。

2复杂网络理论

复杂网络理论在基于复杂理论的计算机拓扑研究中的应用网络管理,是在网络系统正常运行的重点部位,把握并网络拓扑行为的改变方式优势并应用是建立网络模式的关键。在理论的学习研究中,还要分析在计算机的网络动态情况下的数据流量,掌握计算机网络动态情况下计算机流量数据及网络的稳定特性。基于拓扑结构原理的插入及分析,并研究分析该结构的衍生技术层面以解决问题的方法。在传统的计算机结构方法中,多数计算机网络的拓扑是以简单的随机网络来展现的。随机网络模型在规模小、单一业务种类的网络初级阶段,一定程度上客观地反映在计算机网络拓扑中的演化规律。现在的计算机网络所处的环境发生了很大变化:计算机用户量不断增长,不同网络正在融合发展;庞杂的网络协议体系的层次结构在垂直方向呈现出多样化,以区域和性能为标准水平上进一步形成水平上分布且多级的架构;由于协议,非线性作用、用户之间的合作与竞争网络等在节点间、节点与数据分组间发生。它们使计算机网络变得复杂,随机网络模型已不适合计算机网络拓扑行为。

以系统整体性为重点的复杂网络理论应运而生,成为人们研究计算机网络拓扑的新途径,有研究就是基于复杂网络理论研究复杂的计算机网络行为,从不同层次、不同角度分离网络系统的整体性及网络中单个之间的联系和相互作用,以分析表现其整体性的性质。例如流量行为和拓扑行为的各自性能以相互作用行为的研究等。基于复杂网络理论的定义及研究,从整体上了解计算机网络拓扑结构的特征模型,并分析计算机网络的整体系统定型。基于拓扑结构的理解,通过定量分析并把其结果应用到定型分析当中去;相互联系作用的网络节点在拓扑演化行为中受到极大影响。复杂网络拓扑结构的构造机制,是建立并分析研究网络拓扑结构及动力学行为的演化模型。在基于构造机制而建立的演化模型中,针对拓扑数据的范围变化和对数值进行分析处理的讨论,都是根据网络结构而进行分析讨论的,在计算机网络中,由于其分布比较明确而且具有小范围的节点度,还有依据其没有标记的特性和相联系的动力行为。

3基于复杂网络理论的计算机网络拓扑应用

世界上多数发达国家开始重视计算机拓扑技术系统原理的研究以及在IT领域的应用,同时全世界上的著名高校都十分看重计算机拓扑技术理论技术的研究,比如说,传统的拓扑数值参考体系结构工分为五个层次,分为控制过程,再优化过程,再次生产中进行调整,然是企业层面进行管理整治,最后在经济上进行宏观决策。锥塔式管理模式通常采用这种模式并取得很好的效果,在生产过程中将不再采取以往控制与管理详解的形式,而是将其分开,不再注意资源在生产过程的消耗及能量损耗、对设备的实施监控与管理控制。由于此种结构模型采用多层次结构,而且比较复杂,应用起来成本极高且不那么灵便。也不利于计算机网络平台技术的建成,在社会实践中得不到很好的推广应用。另外,煤矿企业为世界工业发展提供了很大的能源支持,然而,安全生产一直是煤矿企业持续发展并一直坚持的,因此在煤矿企业安全生产中更加强调控制和管理的统一化。生产、管理、安全三者是相互联系、相互依托的,需紧紧的联系在一起,才会更好的发挥起作用,不过其需依据计算机理论的实际研究和应用,形成资源管理、生产执行、过程控制三个层次的计算机复杂网络信息化系统。

在复杂网络理论指导下,优先突出复杂网络下计算机的统计方面的关系,然而拓扑网络结构的构造以及拓扑运行的方式也是不可或缺的,在突出表现计算机的统计方面的关系的同时也要形成它们操作模式的具体形式。在广泛的复杂网络以及其复杂理论的研究当中,要时时刻刻关注大众用户的资源信息,并不时地进行更新,不过,要控制管理用户资源,不要让其超过最新的范围,以保持高效运行。在网络不断发展更新的过程中,要时刻保持较高的资源数据利用率,使其利用尽量最大化。在计算机拓扑网络中,数据搜索功能是至关重要的,因此,要保持数据服务总台具有其强大功能,以增强其性能。网络拓扑结构化成果已不能很好地适应现有的网络载体,因目前的网络载体的连接功能特性不能很好地与网络拓扑结构相匹配,需要进一步提升结构化的研究成果以满足需求。而无标度特性的结构网络提体系的实现需要对计算机网络拓扑结构的区域管理进行扩展化延伸,因此,通过对网络数据同步控制,进一步形成完整的网络拓扑,而网络拓扑的完整性可以有效减缓拥堵的计算机网络数据的压力,从而提高计算机网络数据运行的效率。

4结语

第5篇:网络拓扑结构范文

0引言

网络拓扑分析是电力系统网络分析应用软件的基础,它的任务就是对网络中开关状态的变化进行处理,形成新的网络结线,得到拓扑数据,供电力系统应用程序使用。拓扑分析的效果直接影响着应用程序的使用效果。早期的网络拓扑分析是利用堆栈技术进行搜索[1]。为了加快拓扑的速度,出现了以下几种利用数据结构加上特定的算法来实现拓扑的改进方法:1)追踪网络拓扑变化[2]。其拓扑处理方法是保存前一次网络拓扑分析的母线结构,通过对比前后开关状态的变化,局部修改母线编号。这种方法虽比较费时,但拓扑分析效率有所提高。2)分电压等级拓扑法。该拓扑分析方法只搜索断开开关所在的厂站电压等级,大大减小了搜索的空间,提高了网络拓扑分析的效率[3]。3)面向对象(OO)的电力网络拓扑。实现拓扑跟踪OO模型的启发式拓扑分析方法,利用OO技术可扩展拓扑算法的适用范围[4,5]。4)基本分析单元的有色Petri法。将整个电网拓扑分析问题分解为若干基本分析单元,采用基本分析单元的有色Petri网模型,只重新计算受开关状态变化影响的分析单元,减小了搜索的空间,可提高拓扑分析的效率[6]。随着电力系统自动化的深化,地理信息系统(以下简称为GIS)在电网中的应用越来越广泛,如何在GIS基础上构建电力网络拓扑,已成为在GIS基础上构建电力系统的高级应用软件需解决的首要问题。为了充分利用GIS的信息资源,有效地利用GIS系统提供的网络拓扑数据,本文提出了一种实用的基于GIS的电网网络拓扑分析算法。

1GIS中的网络拓扑功能[7]

地理信息系统以地理空间数据库为基础,对空间相关数据进行管理、操作、分析、模拟和显示,提供了空间和动态的地理信息。对于容纳海量数据的地理空间数据库而言,拓扑分析是其核心技术。

1.1GIS中拓扑的基本功能

根据拓扑学原理,图形元素可以大致分为点、线、面三种基本形式,空间实体的拓扑特征就体现为这三种基本元素的拓扑关系。所以,对空间的拓扑分析,就是对点、线、面三种基本元素相互之间的关系进行分析处理后提取的拓扑特征。基于结点-弧段-多边形的拓扑分析,是建立在点集拓扑的理论基础之上的。它描述了空间实体之间的连接性和邻接性,此即为拓扑空间关系所要描述的内容。在GIS中,基础的拓扑表述方法已经集成为通用函数,供开发使用。其中连通性分析功能便是一种带有自动拓扑功能的函数,它根据定义的拓扑规则,自动进行图形的拓扑分析,得到拓扑数据。

1.2拓扑空间数据模型空间数据模型的基本类型起源于“Spaghetti模型”,如图1所示。GIS中的拓扑生成意味着给Spaghetti文件增加拓扑结构。图2为增加了拓扑结构的拓扑模型示意图。GIS拓扑空间数据定义为空间特征数据和属性数据。空间特征数据记录的是空间实体的位置(X,Y),拓扑关系和几何特征,是将GIS和其他各种数据库管理系统区分开的标志,其拓扑关系是通过拓扑模型自动创建的;属性特征数据,需要按照其级别来分类以便进行属性的概括和显示,通常用关系表的形式组织。图2中线(或弧)由结点定义,是有方向的;点、线、面之间的拓扑关系用若干拓扑属性表来描述。按照分类,GIS用一些表明实体类别的整数来代替实体原始属性的级别值,这些整数就是GIS赋给实体的标识号(OID),这些OID号具有很好的完备性,与实体一一对应,是各个实体之间关联的桥梁。查找时,直接在拓扑属性表中查找OID即可,比Spaghetti模型在整个图中查找效率高。

2GIS拓扑分析的应用局限

现有的GIS拓扑分析主要用于电力系统故障点查询、停电范围的查找、着色显示等简单分析功能,而不适用于电力系统网络分析的潮流计算、无功优化、智能操作票专家系统等高级应用。网络分析中所用到的拓扑描述方式与GIS对拓扑关系的描述方式并不完全相同。主要有以下几点区别:1)在GIS系统中,其拓扑分析是基于空间连通性,分析的是将实体经过抽象之后的点、线、面之间的空间关系。而电网分析应用程序所用的数据是以描述电网模型为主,即主要描述电网结构和逻辑关系。2)GIS中的拓扑描述并不区分节点类型,对杆塔与线路端点等一般节点在拓扑分析的时候并不加以区分,而杆塔节点在网络分析中是不需要的。3)GIS中的母线是用线实体来表示,而在网络分析中所需的拓扑数据却是节点号。因此,GIS构建的拓扑数据不能够直接应用于网络分析应用程序,应该通过一定的方法将以GIS方式描述的拓扑数据进行转换。除了能够提供地理空间分布信息数据外,还可以给出网络分析用的元件参数,包括节点号、支路数据、节点数据等等,并对母线、连接线等零阻抗元件做正确的拓扑处理。

3基于GIS的电力网络拓扑分析

电力网络拓扑一般分为两个基本步骤[1~3]:第一步是厂站的结线分析,也称母线分析;第二步是系统网络分析,分析整个系统的母线由支路连接成多少个子系统,也称为电气岛分析。本文在GIS平台上,按照网络分析要求,定义了各元件的属性表结构,对母线、开关和节点编号做了有效的处理,并依照拓扑的基本步骤和GIS的连通,形成了一种实用的基于GIS的电力网络拓扑算法。

3.1拓扑实现的环境由于GIS系统具有庞大的空间数据库系统,直接在上面进行拓扑分析必然会影响计算速度,而且,数据库中有很多数据是电网网络分析软件不需要的,如前面提到的杆塔等。因此,本文在GIS上只加载与网络分析所需数据相关的图层,在此基础上实现拓扑分析。利用GIS自身强大的功能,该平台具有和外界接口的能力,与实际系统对接可以得到实时数据;与其他作图软件如AutoCAD等对接可以直接得到电网图形及数据;与其他数据库对接可以直接通过数据库引擎技术将获取所需的数据。

3.2元件属性表结构GIS提供的实体属性表中,含有地理空间信息及OID号。为满足电力网络分析软件对其提供数据的要求,重新定义了电网中各网络元件的属性表。在原有的属性表基础上加入了网络分析所需要的数据,如带电状态、型号等。各属性表结构如表1所示。由给出的结构定义可以得到各元件的网络参数,供网络分析软件使用。其中,带电状态可以用来进行着色显示;型号用来获取具体的参数,如在线路属性表中,得到线路的型号和长度,结合标准线路参数,就得到了线路的阻抗值。为了程序能自动给出元件的网络参数,定义了标准线路参数表和标准变压器表,专门存放各种型号对应的参数。开关元件的关联线路字段、负荷及电容器等元件的关联节点字段都是用来存放元件拓扑关系数据的,线路、变压器等都是支路,拓扑存放在“支路-节点关联表”之中,其形成在节点编号处理中给出。

3.3母线的处理母线是节点的集合,按照电力系统的习惯将母线定义为线状零阻抗实体,其上节点号码均相同,包括连接线等线状零阻抗实体都按照这种方式定义。对于由网络开关造成的母线模型影响,采用了一种非常简便实用的方法[3]。开关断开后,母线分裂,分裂出一个或者多个母线,则新增母线编号排在初始母线最大编号之后;开关操作未造成母线模型的变化,或者开关闭合后,删除一个或多个母线,母线合并,采用初始母线编号。这种处理方法,实现简单,计算量小,效率高,适合用于开关操作频繁的情况。

3.4开关的处理拓扑的主要任务是处理网络中开关状态变化所引起的接线变化,因此,开关在拓扑中的处理方式至关重要。GIS系统中,开关是图2中的中间点,通过GIS拓扑中点与线的关系,分别与所连接的线路相关联。当开关状态发生变化时,对母线模型影响的拓扑处理过程如图3所示。由开关变化的状态来确定对母线模型的影响后,再按照上文对母线的处理方法更新受影响母线模型;然后,由与线路的关联情况,通过GIS连通性分析可以迅速形成网络结线。这个功能还可用于实现带电模拟操作、查询停电范围等功能。

3.5节点编号按照GIS系统的连通性所得到的拓扑编号,即实体的标识号-OID号,具有很好的数据完备性,而且不需要人工输入网络原始编号信息。同时,连通性分析是对平台上的整个网络进行分析,和拓扑分析的第二个基本步骤有相同的作用,因此,获得的OID号已经具有子系统的信息。应用程序只需要将OID号从图库中读出,按照自己的要求对OID号重新编号即可。本文对编号的处理只需要简单地将OID号变成从一开始的连续编号,无须进行复杂的编号工作。编号的简要程序流程如图4所示。其中所有OID号由GIS原始连通性自动给出;用GIS的邻接关系判断函数将线路和节点关联,形成的关联表为初始关联表;用SQL语句将关联表中节点号更新得到编号后的关联表。当开关状态发生变化,需要进行拓扑处理的时候,直接利用此表,拓扑速度将大大提高。超级秘书网

3.6算法的整体流程算法的整体流程简图如图5所示。其中网络拓扑初始分析包括初始厂站分析、初始母线分析;自动节点编号,形成节点-支路关联表;进行初始连通性分析,得到了电气岛号。此处可以与实际的系统接口,也可以用于模拟操作。当开关状态发生变化的时候,按照对母线的处理办法,来确定对母线模型的影响。首先对开关状态进行判断,决定是否影响母线模型,对受影响的母线进行处理,然后根据支路-节点关联表,进行连通性分析,相当于电气岛分析。分析的结果按照带电与否进行着色,显示于GIS系统之中,使拓扑的结果一目了然。整个过程均在开发的电网图形平台上进行,拓扑过程中,充分利用了GIS的连通性分析功能,使得整个过程简单易行。

第6篇:网络拓扑结构范文

关键词:大规模ip网络;拓扑发现;snmp

一、网络拓扑发现概述

(一)网络拓扑发现的概念

网络拓扑是指网络元素及其之间的连接关系。这里所讲的网络元素,既可以是路由器,也可以是交换机、网桥等,还可以是客户端、服务器,甚至是子网、as等。这里所讲的网络,既可以指局域网,也可以是互联网,也可以是互联网的一部分。而网络拓扑发现,就是指发现并确定网络元素及其之间的连接关系。

(二)互联网的拓扑结构抽象

网络技术 发展 到今天,除非为某种特殊应用而专门设计的局部网络,以太网( ethemet)已经成为事实上通用的网络组网方式,tcp/ip协议簇已经成为事实上的网络通讯协议标准。从概念上说,互联网可以看作是一个个小的局域网络通过互联(互连)而成的。但一方面,组成互联网基础的各个局域网络的拓扑结构本身可能很不相同,另一方面,各个局域网络的之间的互联(互连)关系也千差万别。因此,互联网的拓扑结构不可能用局域网三种基本的网络拓扑结构进行抽象。

二、网络拓扑发现的分类

(一)按照网络拓扑发现的对象进行分类

按照对象的不同对网络拓扑发现进行分类,可分为面向域内的网络拓扑发现和跨域的网络拓扑发现。

面向域内的拓扑发现,是指面向同一as或者同一isp、甚至更小规模的局部网络的拓扑发现技术。跨域的网络拓扑发现则是指面向不同as(或isp)网络的拓扑发现技术。二者的不同主要在于,面向域内的拓扑发现网络管理员一般具有对网络元素的管理和控制权,而跨域的拓扑发现网络管理员一般无法对域外的网络元素进行管理和控制。由于探测的对象不同,因此所适用的网络发现方法以及网络拓扑发现的目的等均有很大的不同。由于网络管理员不能对网络元素进行管理和控制,因此在一般情况下,跨域的网络拓扑发现比域内的网络拓扑发现困难得多。

(二)按照网络拓扑发现的方法进行分类

按照发现方法对网络拓扑发现进行分类,可分为主动式网络拓扑发现和被动式网络拓扑发现。

所谓主动式的网络拓扑发现,是指将一组精心设计的数据报注入被探测的网络,通过对网络反馈信息进行分析,得到网络的拓扑连接情况。例如,各种基于traceroute的网络拓扑发现方法,就是典型的主动式网络拓扑发现。基于snmp的网络拓扑发现,从原理上也应该归类为主动式的网络拓扑发现方法。由于主动式网络拓扑发现可以根据探测需要,由探测发起者对探测数据报进行专门设计,因此适用情形较广,可以探测网络范围可以很大,并且可通过提高注入数据包的 科学 性和合理性,不断提高网络拓扑探测的准确度。主动式网络拓扑探测的缺点主要是探测数据报将增大网络的负荷。在大规模多点探测中,甚至有可能导致网络性能的严重降低。在极端的情况下,由于注入数据报严重改变了网络负荷,甚至使探测到的网络拓扑与实际情况不相符。

而被动式的网络拓扑发现,则是指对网络元素间的数据进行侦听,通过对侦听得到的数据进行分析,进而得出网络的拓扑连接情况。例如,通过侦听路由器间的ospf交换数据包来探测网络拓扑的方法,就是一种被动式的拓扑发现方法。被动式的网络拓扑发现方法不向网络注入数据包,因此对网络负荷的影响较小。但由于被侦听的只是局部网络,因此往往通过分析也只能得到局部网络的拓扑情况。另外,侦听得到的数据可能存在很多不真实的数据,如不能对数据进行有效的分析处理,有可能得到不真实的网络拓扑图。

(三)按照网络拓扑发现的粒度分类

根据粒度的不同,网络网拓扑发现大致可以分为粗粒度、中间粒度、细粒度三个级别。

粗粒度是一般指as级别的拓扑发现。在粗粒度的拓扑图中,节点代表一个域,而边则代表域间的连接。中间粒度是指集群(路由器集簇)间的拓扑发现。在中间粒度的拓扑图中,节点代表单路由器或主机的特定集群,边则代表路由器或集群主机之间的连接。细粒度是指路由器级的拓扑发现。在细粒度的拓扑图中,节点代表路由器(子网或主机),边代表路由器的连结。目前,面向internet的拓扑发现的研究主要集中在as级和路由器级两个方面。

三、基于snmp的 网络 拓扑发现分析

(一)snmp协议简介

snmp c simple network management protocol)即简单网络管理协议,目前有snmpvi、snmpv2两个版本。snmpvl于1990年开始,其规范文为rfc1157等。snmpv2于1993年开始,rfc1441对snmpv2进行了系统地介绍。目前,最新版本snmpv3的规范文本为rfc2571。snmp采用“管理者一”的模式,实现对网络设备的监视和控制。采用“轮询”与“陷阱”两种方式,实现管理进程与进程之间的信息交互,共定义了基本的5种报文:get-request操作:从进程处提取一个或多个参数值;get-next-request操作;从进程处提取一个或多个参数的下一个参数值;set-request操作:设置进程的一个或多个参数值;get-response操作:返回的一个或多个参数值。这个操作是由进程发出的。它是前面3种操作的响应操作;trap操作:进程主动发出的报文,通知管理进程有某些事情发生。

snmp是一个应用层协议,尽管可以在传输层采用各种各样的协议,但是在snmp中,用得最多的传输层协议还是udp。另外,为了实现对网络的管理,snmp又对其它两个必需的部分进行了定义。一个是管理信息库mib(management information base),管理信息库包含所有进程的所有可被查询和修改的参数。rfc1213定义了第二版的mib,叫做mib-ii。另外一部分是关于mib的一套公用的结构和表示符号,叫做管理信息结构sib( structure of management information),由rfc1155定义。

(二)基于snmp的网络拓扑发现的基本原理

所有的网络设备维护一个mib(管理信息库),保存该设备上与网络运行相关的全部信息,并对管理工作站的smmp查询进行响应。管理工作站通过发送请求信息,查询储存于网络路由设备中的管理信息库mib中的相关信息,从中解析出网络拓扑相关的信息,就可以构画出整个网络的拓扑结构。从原理上看,基于snmp的网络拓扑发现类似于图的广度优先搜索。

mib中的路由表iproutetable定义了该设备的路由信息,其中与拓扑发现相关的表项有:iproutedest、iproutemask、iproutelf index, iproutenexthop、iproutetype等。iproutedest记录以该设备为起点可以到达的目的地址范围,iproutemask记录的是目的网络的子网掩码,iprouteif index记录iproutedest所对应的接口索引号,iproutenexthop记录本接口所对应的下一跳网关地址或者直连子网的网关地址,iproute升pe记录iproutenexthop所表示的地址与该设备的连接关系。

(三)基于snmp的网络拓扑发现的优缺点及适用范围

基于srrnrn的网络拓扑发现的优点是发现过程和算法简单,目标明确,发现效率高,系统和网络开销小。由于入nb的信息可以自动随着网络的状况更新,这样通过srrnrn获取的拓扑信息就总是反映网络最新的状况。另外,此方法除了可以实现网络层拓扑探测外,经过对入心b数据进行精心分析,还可以实现对链路层的拓扑发现。基于snmp的网络拓扑发现的主要缺点是方法受到路由设备访问权限的限制。随着网络安全问题越来越受的人们的重视,因此采用此方法开展跨管理域的网络拓扑发现变得越来越困难。另外,除了标准的mib信息外,有的厂家为自己的设备开发了专门的mib,如果在拓扑自动发现程序中使用了这些mib,其处理上就需要随厂家的不同而作特殊的处理。

参考 文献

[1] 熊英,基于tcp/ip的网络拓扑发现方法的研究.湖北 工业 大学学报.2005

第7篇:网络拓扑结构范文

关键词:复杂网络;理论构筑;计算机网络拓扑;优化探究;技术改进

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2012)30-7175-02

网络资源的局限性无法及时适配网络用户数量的井喷式增长,其中尤以在网络基础架设构筑层面应用最为普遍的计算机网络技术拓扑所遭遇的节点数据包、网域数据输送压力负载、用户上网体验欠佳等集中性瓶颈问题,为了维持庞大复杂的计算机网络系统的正常、效率地运转,迅速合理地对基于复杂网络理论构筑的全新网络拓扑技术的理论支撑与转换适配,就显得必要而关键。而将全新多元的计算机网络拓扑技术与网络体系架设铺展应用管理进一步交互、调整、优化,不仅可以迅速缓解目前商用计算机网络系统的供求压力,而且也可以深入细致地优化既存的网络产业整体结构。

1 现阶段复杂网络理论构筑的内涵属性与架构特征

1.1 复杂网络的基本内涵

复杂网络(Complex Network)作为一个计算机领域的术语名词,所蕴含的内涵相对抽象,概括而言,就是指基本具备小世界、无标度、吸引子、自相似、自组织中的部分或者所有属性特征的网络架构。其理论构筑的核心内容则包含网络系统的演化进阶、演化规律的释放、演化动力学的基体层次以及网络系统模型的形成机制、几何属性、结构稳定性等等。而在以上核心内涵之中,小世界、集团性、幂律的度值则是对复杂网络理论构筑进行解析探究的关键要点。

1.2 复杂网络的架构特征

首先,小世界(small world)是构建复杂网络的基本单元。所谓的小世界是将空间概念内的相互联系的无数个节点有机交互连接而形成的网络系统的计算机抽象化的概念表述。复杂网络即是通过无数小世界的单位组建为基础元件,并将每个小世界单元元件的任意两个节点相互连接,形成公用的路径通道,作为数据信息运载流通的网络纹线。

其次则是集团性的交互连接态势导向日趋明显。复杂网络作为一种空间视域的各个小世界、子系统的混合集合体,其当然地包含了系统内各个子系统的集团性。而这种系统内部单元个体之间的集团交互性,也使得复杂网络的整体架构的兼容性与再塑性得以进行多元细化的延伸拓展。

第三,幂律的度值涵盖的视域逐渐多元。度是复杂网络系统中的一个主要概念名词,其指的是节点以及与其相关联的单位数量,其具备与复杂网络内各个单位小世界同样的度的集团交互性,而介数则又是度在小世界子系统中的具体体现,其是指在复杂网络系统中所有以最短路径经过某一节点的幂律的数量,它集中反映了节点的影响作用效力,也是幂律度值交互作用复杂网络的主要数据包。

2 拓扑模型在计算机网络中的基本体现以及主要适配

2.1 计算机网络拓扑模型的主要特征

计算机网络是以计算机群组为主要载体的复杂网络的一种具体体现形式,均衡实现节点之间平均距离最小化、网络边数最小化则就当然地成为其在拓扑优化层面上的主要目标,而未来计算机网络系统的繁杂趋势也就是基于复杂网络的小世界网络架构。而计算机网络所覆盖延伸的空间范围相当广阔,为了维持庞大复杂的计算机网络系统的正常、效率地运转,迅速合理地对基于复杂网络理论构筑的全新网络拓扑技术的理论支撑与转换适配,就显得必要而关键。而其所具备的小世界、较少边、高聚集独特特点也使得计算机网络进一步具备了优先连接与生长延伸的规律性优势,优先连接规律通过新节点进入计算机网络的规则创设,可以在新节点加入计算机网络时自动有效地选择具备较大连接数的节点进行优先连接,以节约带宽。

2.2 当前计算机网络拓扑模型适配构筑的基本现状

首先是具开放性、人性化的UI操作成为当下计算机网络拓扑理论构筑架设应用的趋势。尤其是随着用户对网络数据速率的认知度、高速上网业务依赖度呈现粘性化的增长,用户越来越注重“人网合一”的交互式体验,要求网络数据业务铺设服务的细节化、体贴化、效率化,这就对基于复杂网络理论创设的计算机网络系统提出了更为集中实效的阶段题目。

其次是智能化、集约化的网络体验反馈。计算机网络拓扑理论的架设应用在新技术的持续刺激下,越来越呈现复杂化、专业化的趋势,这就对相关的使用操作人员的专业素养和实际操作提出了更高的要求。因此作为技术人员辅助工具的人工智能拓扑技术应运而生,它的合理应用,极大地提高了计算机网络故障诊断和网络维护的效率,同时也自然地降低了相关的投入成本,这也是对复杂网络中集团性的实践应用与有效延伸。

再者是计算机拓扑网络系统安全化的普及性,安全性是网络应用管理维持机体生命的基础,基于安全性的理论探究和实际开发一直是网络技术的重点和热点。而由于具备时效性、低廉性、稳定性等诸多优势,SNMP协议成为当下IP城域网构筑架设的主流趋势。目前被普遍应用的是SNMP v l、SNMPv2,但现阶段的SNMP v l、SNMPv2协议的可控制性还比较薄弱,而基于Web的软件系统以其友好、统一的UI,兼之其在移动性以及系统平台的便捷性和兼容性,逐渐成为除了SNMP协议以外首选的计算机拓扑网络嵌入式技术平台。

3 计算机网络拓扑更新架设的途径步骤

从现阶段的复杂网络体系运营发展的基本态势而言,优先连接和生长拓展等网络拓扑规律是进行计算机网络的拓扑建模的基本导向与有效途径,这两大原则性规律主要是为了使得一系列适配计算机网络拓扑性质的建模可以以更为简单直观的演化推衍而自动地产生运转而被挖掘确立的。而目前对于构建计算机网络模型的主要途径也是依据基于复杂网络下的自治域级和路由器级,而且鉴于计算机网络的拓扑特性在不同层次、不同规模、不同架构中所体现的基于复杂网络下的集团相似性,所以,计算机网络拓扑模型的创设构筑都普遍适配以上两个级别的网络延伸。

3.1 细化改进计算机拓扑网络的理论解析

首先,我们需要假设在计算机网络这个模型系统内的某个平面中密集分布着无数个节点,而且还有一个具备离散性质的匀速运转的时钟模块在网络中作为节点连接点,而这些无数个节点进入网络系统的时间轴都是确定的,那么这些节点进入网络系统的时间点的分布状态即是从零时刻开始至具体的某一特定时刻内的随机分布的时间段的集合。

其次,每个节点进入网络系统就开始接收、发送信息源,并实时依据其所接收的消息源进行响应反馈,发送和接收的消息中包括了节点自身的优先度以及消息传达的范围广域。而在节点接收消息之后则会依照既有信息源的优先度值的实际变化,从而准确确定其是否跟发送消息的节点建立连接,如果其所接收的信息源节点存在相近优先度,那么该节点将会随机性地选择一个信息源节点进行尝试性连接。

第三,在计算机网络形成的初始阶段,仅仅只有一小部分节点在进行有效活动,而且每个节点的度值都相对较小,其所发送、接收消息的范围广域也相对有限,所以这些节点往往会选择临近的节点进行尝试连接。而伴随着时间轴的演进以及节点度的持续增加,系统内的各个节点之间的信息数据发送接收的路径长度也随之增加,为了实现每个节点的数据信息源的有效释放,系统内的节点就会开始复杂剧烈的交互,而最终单位小世界区域范围胜出的节点会以其为中心节点进而形成更大区域的代表性小世界。而这个交互的衍变过程将不间断地延续下去,直到网络系统内形成几个较大的聚集中心为主,最终构筑架构严密稳固的拓扑模型。

3.2 进一步引入全新前沿技术理论进行拓扑网络更新延伸

通过引进现阶段计算机拓扑网络应用架设中的技术热点,进一步更新既有的网络构建的软件系统,从而实现计算机网络架构的协调优化,已经显得刻不容缓。而从当前主流的计算机拓扑网络架设格局现状来剖析,基于分布式计算原理的CORBA技术和B/S网络管理结构则是最契合最有效的网络应用架设方式。

CORBA的网络管理系统基于Client/Server的架构进行二次构造。其中服务方是指针对网络元素和数据库组成的被管对象进行的一些基本网络服务,例如配置管理、性能管理等;客户方则是面向用户的一些界面,或者提供给用户进一步开发的管理接口等。其中,从计算机网络中获取的网络管理信息通常需要经过CORBA/SNMP网关或CORBA/CMIP网关进行转换,这一部分在有的网络管理系统中被抽象成CORBA的概念,更加符合当下计算机拓扑网络的理论构筑更新改进。

B/S网络管理结构模式是基于Intranet的需求而出现并发展的新型网络应用架设方式。在B/S模式中,最大的益处就是运行维护比较简便,且能实现不同人员、不同地点、以不同接入方式接入IP城域网网络。其工作原理是计算机网络中客户端运行浏览器软件,浏览器再以超文本的载体形式向Web服务器提出访问数据库的要求,Web服务器接受客户端请求后,将这个请求转化为SQL语法,并交给数据库服务器,数据库服务器得到请求后,验证其合法性,并进行数据处理,然后将处理后的结果返回给Web服务器,Web服务器再一次将得到的所有结果进行转化,形成HTML文档形式,转发给客户端浏览器以友好的Web页面形式显示出来,这样就极大地提升了网络浏览的实际速率以及实时体验,也很大程度上有效缓解了计算机拓扑网络在用户上网峰时负载运行的巨大压力。

4 结束语

基于复杂网络的计算机网络拓扑技术的理论构建作为一项具有专业性、技术性、衔接性的步骤程序化工程,在整个网络系统运营体系中发挥着调节优化的关键效用。从保障网络系统整体的运营质量以及提升用户上网体验的基本前提出发,进一步推进计算机拓扑技术理论构建的深层次拓展以及高程度延伸,及时合理升级改良既存的计算机网络拓扑技术理论构建的方法途径,继而稳步有效地提升整个网络产业运营的综合竞争力,最终实现网络用户消费体验与网络产业经济效益的协调双赢。

参考文献:

[1] 李东军.复杂客户网络拓扑性质研究[J].计算机工程与应用,2011(2).

[2] 姚灿中.基于复杂网路的大众生产系统稳定性研究[J].计算机集成制造系统,2011(3).

[3] 郑力明.基于复杂网络理论的p2p覆盖网拓扑结构研究[J].电子设计工程,2012(1).

第8篇:网络拓扑结构范文

关键词:计算机网络;探测;发现技术;网络拓扑;协议

中图分类号:TP393.07

在当今社会,计算机网络技术发展的越来越迅速,在商业、制造业、金融、服务业以及交通行业,计算机网络都占有显著的作用,在快速发展的社会中,要想满足我们生活的基本要求,就必须要建设稳定的计算机网络并使其能够可靠的运行。使计算机网络得以稳定、可靠运行的保证就是要建立一个完善、健全的网络管理维护系统,同时也能够促进网络配置、网络性能分析以及安全管理。拓扑发现就是指对于网络元素的发现以及将各个网络元素之间的关系确定出,主要为主机、子网以及互联设备(网桥、交换机、路由器等)。

1 网络拓扑在网络管理中的地位

在当今社会中,定义了多种多样的网络管理,国际标准化组织(ISO)在ISO/IEC7498-4中定义并描述了开放系统互连参考模型(OSI/RM)管理的术语和概念,将OSI管理结构提出来,同时对于所有OSI的行为进行了具体详细的描述。网络管理信息的表示、网络资源的表示、系统的结构以及系统的功能都是网络管理系统所包含的内容。因此,性能管理、配置管理、计费管理、故障管理以及安全管理都是网络管理最主要的五个功能。要想确保网络系统能够正常顺利的运行,就必须要确保网络管理的这五大功能,这其中就包含了网络拓扑。

要想将网络拓扑图形显示实现,就必须要确保网络拓扑的自动发现技术,故障定位最主要的内容就是路径搜索。对于故障管理与配置管理来说,十分重要的功能就是拓扑发现,同时也是构成网络管理最主要的内容。本文对于几种网络拓扑自动发现的方法做了详细的论述。将拓扑结构的关系具体形象的展现出来,所利用的就是网络拓扑图,利用网络拓扑图有助于网络管理员对于网络拓扑结构更快更详细的掌握,对于出现故障的地点也能够尽快的将其定位,将故障所影响的范围迅速确定。基于Web的网络管理在Internet出现之后,也迅速发展成为一种新的发展模式,它的出现使得网络管理不再受到地理位置、专业技能以及具体平台的约束,而能够单独存在,进而使得网络管理更加方便。

2 网络拓扑发现技术分析

2.1 基于SNMP路由表的拓扑发现技术。对于当今社会来说,利用SNMP是拓扑发现方式之中最有效、最科学的,只有网络设备支持SNMP协议,才能够应用此技术,也就是说要具有SNMP的,对于拓扑发现,利用的就是MIB库中路由表中的信息,该信息就是SNMP所定义的。因为路由表中下一跳的地址,都是网络结点,且该结点都拥有路由功能,所以说,读取路由器中的路由表就应当从管理工作站缺省路由器开始,也就可以慢慢的发现拥有功能的网络结点。

MIB中的信息会随着网络的变化而变化,是SNMP最主要的优点,同时具有相对较快的信息获取速度,这也使得拓扑发现速度得到了进一步的加快。不是所有的网络设备都可以为其提供SNMP服务,这就是利用SNMP进行拓扑发现最主要的原因,有时即使利用SNMP服务,也不能确保MIB中具有相当多的有用信息。还有一个解释MIB值的问题,尽管已经标准化的定义了MIB的某些信息,还有不少的生产商为了使得自己生产的产品的功能得到详细具体的描述,擅自将私有信息加入到MIB之中。因此,只有及时的将这些内容添加至拓扑发现之中,才能使得这些新的信息得以发挥利用。

2.2 基于ICMP Ping的拓扑发现技术。在IP网络之中,最早应用也最广泛应用的工具就是Ping,它的主要功能就是测试主机是否能够收到ICMP ech reply信息,当然,也能够根据对于往返延迟的计算,判断我们距离结点有多远。路由器或者主机就是这里所说的节点,Ping的开销与分组的大小有关,分组越小,开销越小。要想确定是否与可达的网络节点相对应,可以利用Ping与任意一个IP地址进行判断。如果发出Ping报文的是一个可达节点,那么大约几十微妙就能能到响应;如果发出Ping报文的是一个不可达的节点,那么就可能间隔2秒才能得到响应,所以对于不可达节点来说,利用Ping不能得到很好的效果,特别是如果向很多待定的IP地址进行拓扑发现,其失效率会更低。只有将超时间隔降到最低,才能保证其效果,但是要保证其间隔高于网络的正常延时。

2.3 基于OSPF的拓扑发现技术。对于OSPF中链路状态数据库存放的信息来说,能够利用计算机网络路由计算,主要过程是指从各种不同的链路状态记录之中,将代表网络的节点图描绘出来。中转网络以及OSPF路由器是节点图之中的内部节点,汇总网络、外部目的、末梢网络站点为节点,各种链路所包含的就是具有不同度量制式的弧线。所以说,对于自治系统的各个区域来说,存在于任意一个路由器中的OSPF路由表信息能够被网络管理维护系统所访问,进而能够将网络拓扑图构造出。

在企业网络管理系统的实际运行之中,都会处于自治系统的范围之内,所以说,具有很大的适用性是基于OSPF构造网络管理系统的一大特点,另外两个特点就是具有较高的速度与效率。然而,该技术却局限于不能支持OSPF协议的设备与网络连接。除此之外,OSPF具有相对较复杂的路由计算,很难实现算法上的理解。

3 网络拓扑发现技术的评价方法

3.1 速度。利用算法执行花费的时间来衡量速度,通过采集信息而生成拓扑结构的时间与利用图形化的方式将所生成的拓扑关系表示出来的时间是组成算法执行时间的两大主要部分。

3.2 负载。在计算机网络拓扑发现过程中,可能由很多原因造成算法对网络所引起的负载,比如,在基于SNMP算法之中,判别该地址能否将ICMP报文成功的引入与拓扑信息SNMP数据包的有效获取都是网络引入负载的两个主要方面。

3.3 完整性。网络设备数量在实际网络中设备数量所占的比例能够利用算法来表示,换种说法就是说,在一个网络之中,所能够发现的网络设备的数量与不能够发现的网络设备的数量所构成的比例,该比例越小越不好。

3.4 准确性。对于多种可能选择的拓扑结构的可能性,能够用算法来表示。在实际网络管理过程中,对于拓扑结构不能使其具有二义性,必须要对其进行优化,也就是说,下一步工作就会把此作为重点。

3.5 成本。计算机网络工程中,不单单只有设备成本,同样效率成本与人员成本也包含其中。尽管利用一个拓扑发现技术,能够将网络之中的拓扑情况详细具体的表达清楚,然而如果设备成本、人员成本过高,也不是一个正确的选择。

4 结束语

通过观察与研究可以发现拓扑结构的实用性并不是十分的强,甚至于国内还不具有成熟的网络拓扑模型,仅仅在单一的拓扑发现策略上对其进行研究分析。对于未来网络拓扑发现的研究方向主要归纳为以下几点:第一,通过对Internet历史进行分析,可以看出Internet自治域系统与骨干网的发展变化,提出Internet未来的发展方向,进而为网络拓扑发现的研究做铺垫。第二,面对如此庞大的Internet网络结构,将构件网络拓扑模型的顺序,以及如何取舍节点把握清楚。第三,由于组播通信技术快速发展,可以利用概率统计方式研究网络拓扑发现技术。

参考文献:

[1]张宏莉.Internet测量与分析综述[J].计算机光盘软件与应用,2013(12):110-111.

[2]蔡伟鸿.基于SNMP协议的以太网拓扑自动发现算法研究[J].计算机工程与应用,2013(14):156-160.

[3]王福威.基于SNMP的网络拓扑发现研究与实现[J].石油化工高等学校学报,2012(03):82-86.

第9篇:网络拓扑结构范文

关键词:无线传感器网络;网络管理;拓扑结构;节能

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2007)18-31534-02

Network Management of Wireless Sensor Networks

DU Jing-lin1,SHI Lan2

(1.Nanjing University of Information Science and Technology Department of Electronic and information Engineering,Nanjing 21004,China;2. Department of Remote sensing,Nanjing 21004,China)

Abstract:Wireless sensor networks are networks consisting of small sensors that are limited in both power and processing. These sensor networks are often used in monitoring applications, such as the environment, structures and animal habitats. Network management is key function in all of networks, including sensor networks. The nature of wireless sensor networks makes networks management a more difficult than that of traditional networks. One main property of network management of sensor networks is topology management. This paper gives a brief background on network management and how it is used into sensor networks. It provides a more detailed look at topology management and some existing topology management algorithms.

Key words:Wireless sensor networks;network management;topology management;Energy conserving

1 概述

无线传感器网路是由许多能量和处理能力有限的传感器节点组成。这种网络能够用在许多不同的应用,包括环境监测、军事应用、结构控制与监测、野生动物习性的监测等。无线传感器网络在这些应用面临着许多挑战,其中最主要的问题是能力消耗问题。传感器网络是典型的无人看护网络,并且紧靠有限电池供电,因此节省能量是部署传感器网络非常关键的问题。

所有类型的网络都需要管理和维护。所有的网络管理都需要一些网络的管理形式,不同类型网络可能强调网络网络管理的不同方面。在网络的管理上通常有以下几种的不同的管理结构:集中式的管理、层次式的管理结构,分布式的管理结构。在集中式管理中,一个中心服务器用来执行网络管理应用角色;在层次式管理中,包括多个管理平台,通常有一个服务器和多个客户端组成网络管理应用;为了实现分布式网络管理功能需要分布式管理体系结构,这种结构也适合无线传感器网络的网络管理,在这种结构中,网络结构利用多个对等平台来共同管理任务。这种结构可以提供更好的扩展性、可用性和可靠性。

2 网络管理

无线传感器网络的网络管理与传统网络的网络管理相似,有着相同的管理任务不同的管理方式。例如,性能管理也包括监测网络保证网络的覆盖与连接。传感器网络中的安全管理非常困难,因为网络的自组织特点,采用无线通信以及资源有限。传感器网络中的管理一个主要目标是自主性,特别是在故障管理和自动配置中十分重要。由于传感器网络是无人看护网络,自主发现错误,自主修复的能力就非常重要;另一个主要问题是,当网络中一个节点实效后,不能影响整个网络的操作,不像传统网络设备出现故障后会影响一些用户甚至整个网络。

在传感器网络中的网络管理有一些新的功能,其中包括拓扑管理、能量管理以及编程管理。节省能量是传感器网络中的一个重要方面。节能可以在网络管理的不同层面和不同方式下进行。其中最通用的办法是当节点空闲关闭电源,现在又许多协议和算法建立都是为了节省能力。例如,为传感器网络开发的特别的MAC协议和路由协议,当传输数据时,高效的节省电池的能量。编程和代码管理是传感器网络中的另一个主要功能。传统的程序升级等功能是通过把节点连接到手提电脑或者PDA等设备上来实现,但是在大规模的网络管理中,这种方式很不显示现实,这就需要当某些节点需要更新程序时,通过网络把有限的数据报通过自组织网络传送过去。目前在程序升级领域也是一个非常活跃的研究方向。在无线传感器网络的网络管理中还有一些主要的思想与传统网络不同。节省能量是传感器网络的主要问题,次之就是如何高效利用带宽。一种方法就是通过提取网络一部分节点的管理信息来实现整个网络的管理。节省能力和有效利用带宽的一个主要办法就是数据聚集。在传感器网络中一个网络节点和其邻居节点都采集数据,通过比较和数据聚集的办法,只传送一个数据信息,消除冗余节点的数据,采用一定的数据收集策略,就可以大大减少数据信息的传送量,起到节省能量和带宽的目的。传统网络管理是集中式的应用,而无线传感器网络是分布式的架构。网络管理不应该就是收集所有节点的数据,然后无线的传送到中心管理节点上,在中更应该采用网内处理办法,采用合适的数据聚集算法,来减少数据传输,减少能量消耗和带宽的开销。

3 网络拓扑结构管理

无线传感器网络的主要问题是节能,而这也正是拓扑管理的主要的目标。拓扑管理的另一个主要目标是拓扑控制,也就是保证网络的连通性。在无线传感器网络中拓扑管理主要有三个方面的想法:拓扑发现、睡眠周期管理和成簇管理方法。根据文献[3],可知在无线传感器网络中的拓扑管理主要有以下六个特点:1)对称性2)连通性3)生成性4)分散性5)低度性6)低干扰性。

3.1拓扑发现

拓扑发现包括一个基站和整个网络节点网络的拓扑结构和组织。网络中节点之间的物理连接情况或者节点之间的逻辑关系信息传输到管理节点上,用来维护整个传感器网络的拓扑结构图。基站或者管理站点向整个网络发出拓扑发现请求,网络上的节点通过网络将相关信息传送回来。在拓扑发现中主要两种方法,一种方法是采用直接的办法,节点一旦接受请求信息就立即传送包含特定节点信息的响;另一种方法是采用聚集的办法,这种办法中,节点不是立即响应,而是等待其子孙节点将信息传回来后,通过聚集然后将信息会传给初始化节点。

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现有一些对拓扑发现问题的解决方法。例如TopDisc[1]算法使用树结构,树的根节点是网络监测节点,用来发现整个网络的拓扑。当一个拓扑发现的请求被传送出去,节点的邻居集就创建了。TopDisc算法在节点中创建了簇,并且标识簇头节点用来报告整个网络的拓扑结构。这是一个近似于贪心的算法来发现网络的覆盖集,算法的开始是通过监测节点广播一个拓扑发现请求包,然后在整个网络中传播来实现的。TopDisc算法是近似于集中式的工作方式。该算法有一些可能的应用,如其可以用来报告几个网络图,包括网络连通图、网络可达图等,还可以用来产生网络节点的能量分布图以及节点使用分布图。

3.2睡眠周期管理

在无线传感器网络有些协议和算法通过让一些冗余节点周期性的休眠来达到网络节能的目的。这些算法主要是在一定周期内来决定选取哪些节点集进入休眠状态,而当休眠期结束,必须通过一定的机制来唤醒,以使其在下一轮进入工作状态。因此维护传感器网络中节点的睡眠周期是这类算法协议的主要职责。

这种拓扑管理中的一个算法是STEM算法[4,5],该算法中,节点在大部分时间里用来感知数据,一旦把数据发送出去,就把节点无线发射装置关闭,因为无线通信是最主要的耗能源,等需要有数据时在开始通性设备。通常在这种算法要在传感器节点上装有两个无线通信设备,其中第二个无线设备为低负载装置,主要用来发送唤醒消息。在STEM算法中最主要的问题是延时,当网络中一个节点要通过一个休眠节点将数据发送出去,必须等待其被唤醒才可以实现,带来网络的延迟,而在一些应用中,实时性是非常关键的。

3.3基于簇的管理

在现在有许多基于簇管理的算法用来拓扑管理。这些算法可以根据许多方式进行分类,如:基于位置信息和不基于位置信息的;分布式和集中的;基于节点ID和节点度的。我们通过对于基于簇的拓扑管理算法分析总结,按照一定特点归结为表1。

3.4拓扑管理面临的挑战

传感器网络中的协议和算法的主要设计目标都是节能,这也是拓扑管理算法的目标。通过减少能量的消耗来最大化网络的生命周期。算法的维护开销应该最小化,如果算法中不要求位置信息和时间同步,这将是对能量节省是非常有利的。在实际的应用场景中,移动性是需要的,因此在未来的研究中,能够支持移动性以及由于某些节点实效而要求算法的鲁棒性都是十分必要的。

4 总结与展望

网络管理是所有类型网络中都非常关键的功能。在传统的有线网络中,网络管理是由服务器控制的典型集中式结构,主要包括了网络故障管理、配置管理、安全管理、性能管理以及账户的管理。

无线传感器网络中包括有许多传感器节点,并且受到了电源和能量的制约。网络管理在无线传感器网络是非常关键的,采用分布式的运行方式更为实际。传感器网络中网络管理主要包括了能量管理、编程管理以及拓扑管理。而在拓扑管理中主要可以通过定时让一些节点进入休眠周期来达到节能的目的,通过簇管理算法来实现网络的稳定性与节点。目前已经有了许多相关的算法,未来需要更加鲁棒、更加节能的算法,在该领域还有许多工作亟待解决。

表1 无线传感器网络簇结构算法

参考文献:

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[5]C.Schurges, V.Tsiatsis, S. Ganeriwal and M. Srivastava, "Topology management for sensor networks: exploiting latency and density", MOBIHOC' 02, Lausanne, Switzerland, ACM, June 9-11 2002.

[6]M.Ye,C.Li,G.Chen,and J. Wu."EECS: and energy efficient clustering scheme in wireless sensor networks", 24th IEEE International Performance, Computing, and Communications Conference, 2005. (IPCCC 2005). 7-9 April 2005. page(s):535-540.

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