基于改进多因素模糊算法的网络模型定量分析研究

1基于改进多因素模糊算法的网络模型定量分析研究张裔智刘建峰孙波1重庆三峡学院网络中心（重庆万州404100）摘要：本文改进了多因素模糊综合算法，介绍了从IPv4迁移到IPv6的几种主要的技术模型，利用改进的多因素模糊综合算法对三种过渡技术模型进行量化评价，根据用户要求给出了优化模型。关键词：综合评判、过渡技术模型、多因素模糊算法中图分类号：TP393文献标识码：A1引言目前全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族，版本号是4(简称为IPv4)，发展至今已经使用了30多年，它的缺陷也是明显的。IPv6已被认为是下一代互联网络协议核心标准之一，在IPv6网络流行于全球之前，即从诞生到实际应用于Internet之前，总是先有一些网络首先具有IPv6的协议栈，达到IPv4与IPv6共存，然后逐步由IPv4迁移到IPv6网络。因此在这个过渡时期，IPv4网络将会逐渐减少，而IPv6网络将会越来越多，最终取代IPv4。2IPv4向IPv6过渡的技术模型本文所要解决的关键问题是通过量化方法比较从IPv4向IPv6过渡的三种技术（双协议栈技术[1]、隧道技术[2][7]和网络地址转换技术[3]）的满意度，下面介绍这三种技术模型。2.1双协议栈技术模型IPv6节点访问IPv4节点时，先向双栈服务器申请一个临时IPv4地址，同时从双栈服务器得到网关路由器的TEP（TunnelEndpoint）IPv6地址。IPv6节点在此基础上形成一个4over6的IP包，4over6包经过IPv6网传到网关路由器，网关路由器将其IPv6头去掉，将IPv4包通过网络送往IPv4节点。网关路由器要记住IPv6源地址与IPv4临时地址的对应关系，以便反方向将IPv4节点发来的IP包转发到IPv6节点，双协议栈技术模型如图1所示。图1双协议栈技术模型2.2隧道技术模型在IPv6发展初期，必然有许多局部的纯IPv6网络，这些IPv6网络被IPv4骨干网络隔离开1基金项目：万州区科委《基于IPV6的家庭网络技术》（项目编号20083001）作者简介：张裔智(1963—)，男，四川达州，教授，工学硕士，主要从事计算机教学与研究。2来，为了使这些孤立的“IPv6岛”互通，就采取隧道技术的方式来解决，利用穿越现存IPv4因特网的隧道技术将许多个“IPv6孤岛”连接起来，逐步扩大IPv6的实现范围，这就是目前国际IPv6试验床6Bone的计划。该技术的优点在于：只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其它部分没有要求，因而非常容易实现，其隧道技术模型如图2所示。图2隧道技术模型2.3网络地址转换技术模型NAT-PT是一种纯IPv6节点和IPv4节点间的互通方式，所有包括地址、协议在内的转换工作都由网络设备来完成，支持NAT-PT的网关路由器应具有IPv4地址池，在从IPv6向IPv4域中转发包时使用。此外网关路由器支持DNS-ALG(DNS，应用层网关），在IPv6节点访问IPv4节点时发挥作用，其技术模型如图3所示。图3网络地址转换技术模型3多因素模糊算法介绍模糊综合评价决策是对多因素影响的事物做出全面评价的一种十分有效的多因素决策方法，所以模糊综合评判决策又称为模糊综合决策或是模糊多元决策[5]。3.1模糊综合评判步骤[6]第一步：因素集U={1u，2u，3u，···，nu}第二步：评判集V={1v，2v，3v，···，mv}第三步：单因素评判:()UVf，()iifuu12,,...,iiimrrr()V由模糊数学可知模糊映射f可诱导出模糊关系：()()()ijiifUVRfuvr，因此fR可由模糊矩阵nmRu表示：111212122212.....................mmnnnmRrrrrrrrrr，称R为单因素评判矩阵，由模3糊数学可知模糊关系R可诱导出U到V的模糊线性变换fT称UVR构成一个模糊决策模型，U，,VR是此模型的三个要素。第四步：综合评判对于权重12...nAaaa，取maxmin合成运算，即用(,)M计算，可得综合评判ARB。3.2确定权重的方法[6]：第一步：由各个专家根据各种因素对总体目标影响大小不同，在给定的值域内进行评分。第i位专家根据因素的重要性对第j个指标的评分为ijR其中:i=1,2……n为专家总数；j=1,2……,m为指标总数。第二步：第i位专家的资信等级为r。r=1表示专家很熟悉被评价内容；r=2表示专家较熟悉被评价内容；r=3表示专家不太熟悉所评价的内容。irY为第i位专家的资信权重,设定：1iy=1,2iy=0.8,3iy=0.5。第三步：第j项指标的综合评分为11nirnjijiiriyRRyi=1，2，···，n，j=1，2，···，m以上公式是对单项指标统计的结果，根据评审专家在该项指标等级划“对号”的频率统计数据，可以写成一个单项指标评价的行矩阵。若在某一等级jV处评审委员会没有人划“对号”，得到的ijkr为0。说明该问题在此指标方面完全不属于该等级。3.3多因素模糊算法的改进在实际问题中，遇到因素很多而权重分配又比较均衡的情况时，可采用多层次模型。其中二级模型的运算步骤如下：第一步：将因素集U={1u，2u，3u，···，nu}分成若干组12...kUUUU，使得1,()kiijiUijUUU，称12...kUUUU为第一级因素集，设()()()11,,...,(1,2,...,)iiiiiiknUuuu，其中121...kkiinnnnn，称为第二级因素集。第二步：设评判集V={1v，2v，3v，···，mv}，先对第二级因素集：()()()11,,...,iiiiinUuuu的in个因素进行单因素评判，即建立模糊映射：:;iVifU()()()()()1112111,,...,iiiiimifuuurr；()()()()()2122222,,...,;iiiiimifuuurr．．．4()()()()()12,,...,iiiiiiiininiminnnfuuurr得单因素评判矩阵为：()()()11121()()()21222()()()12.....................iiiiiimiiimiiiimnnnurrurrRurr（1）设()()()11,,...,iiiiinUuuu的权重为()()()12,,...,iiiiinaaaA，求的综合评判集为：iiiARB1,2,...,ik第三步：在对第一级因素集12...kUUUU，做综合评判。设12...kUUUU的权重为12,,...,kAaaa，总评判矩阵为：12...RkBBB，然后采用矩阵乘法运算来代替(,)M，即是评审专家利用评判集对评判因素打的分值，乘上它们对应的概率密度，得到一个较为合理的平均值，即综合评判为：11*kkmmVARB（2）4根据算法量化因素进行计算考虑到过渡时期IPv4和IPv6网共存的情况，设计运营商IPv4向IPv6的过渡方案时应重点考虑如下几个评价因素[4][8][9[]10]，如表1所示。表1评价因素因素说明经济性应可能充分利用现有IPv4网和设备，降低过渡方案的复杂性，降低网络建设成本。全面性可以提供现有各种类型用户的接入，还要考虑将来的接入方式，特别是混合接入情况。互通性既要保证与现有IPv4网的互通，又要保证与其他运营商IPv6网络的互通，而且要保证两种平台下用户和业务的互通。平稳性充分保证过渡时期的网络性能和质[11]，保证IPv6网络的优化和合理及不同厂家设备之间的兼容性，平稳过渡。对三种过渡技术满意程度划分可形成5个等级：极高(V1)，较高(V2)，一般(V3)，低(V4)，极低(V5)，并由上述5个评估等级元素构成评价等级集合。我们给出其中的一种过渡技术（隧道技术）的具体运算，其它可同理得到。第一步：评价指标权数分配，由于对三种过渡技术评价的指标层次划分本身缺乏精确的依据，从一个层次到另一个层次并没有明显的界限，其衡量结果也必然是模糊的。因此，在5对三种过渡技术的衡量中，对于权重的确定，采用专家调查法和模糊评价法相结合，使之能够量化决策者的经验判断。若对上述IPv4到IPv6的几种过渡技术的现状和发展预测，进行专家调查，对计算结果进行计算整理，由公式（1）得到评价矩阵结果如下：1112113140.40.20.20.10.10.20.40.4000.40.30.3000.30.20.30.20RRRRR第二步：多因素模糊综合评价应用数学模型：*iiiARB11112131415221222324253313233343544142434445551525354550.280.400.210.050.010.270.420.20.0700.440.320.150.0900.260.330.130.060.040.450.RbbbbbBbbbbbBbbbbbBbbbbbBbbbbbB340.1100权向量A＝12345aaaaa，按照模糊数学评价模型公式（2），可得B=12345bbbbb，B即是总的评价结果。按照最大隶属原则，jb中数值最大的maxjb所对应的等级jv即为该技术的不满意等级。0.280.400.210.050.010.270.420.20.0700.280.190.360.120.05*0.440.320.150.0900.260.330.130.060.040.450.340.1100B经计算得：B=(0.34180.36360.06110.06690.0076)，计算结果表明，矩阵B的最大隶属度（0.3636）。运用同样的算法，我们可以得到另外两种技术的最大隶属矩阵分别为：双协议栈技术：B=（0.27650.28540.05460.05980.0086），最大隶属度（0.2654）网络地址转换技术：B=（0.11220.26210.20340.01280.077），最大隶属度（0.2621）对以上三种从IPv4到IPv6的过渡技术的综合评价见表2。表2三种模型的隶属度过渡技术隧道技术双协议栈技术网络地址转换技术得分0.36360.28540.2621即在只选择经济性、全面性、互通性、平稳性作为评价判定标准的情况下，隶属度最大的方案就是满意度最高的，因此我们可得到，目前选择隧道过渡技术较为理想。5小结与展望我们用多因素模糊算法给出了网络过渡模型的优化问题，到目前为止，还没有一种机制能够适用于所有的情况，各种过渡机制都有其特定的适用环境。在部署IPv6网络的过程中，6首先要明确应用的类型、范围和系统的类型，然后选择合适的过渡机制进行设计和实施，只有因地制宜、科学分析，才能更好地、更顺利地用最小的代价从IPv4网络世界逐步过渡到IPv6网络世界。本文只对IPv6的过渡问题作了讨论，而在对模型的建立，因素的选取等优化问题的定量分析是有待于我们进一步去研究讨论。参考文献[1]NIELSENTH.IPv6forfuturewirelessnetwork[J].WirelessPersonalCommunications,2001,17:237-242[2]KELLYF.ModellingCommunicationNetworks,PresentandFuture[S]PhilosophiclTransactionsoftheRoyalSocietyA354,1996,437-463[3]KazuakiTsuchiy