淺析非單一性計算機網(wǎng)絡(luò )中的相變與整體關(guān)聯(lián)行的論文
摘 要：隨著(zhù)計算機的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )越來(lái)越受到用戶(hù)的喜歡，成為人們生產(chǎn)生活中不可缺少的一部分。然而隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò )系統的運行中也出現了一些問(wèn)題，大多數的人們對于這些問(wèn)題缺乏了解，因此不能很好的處理。一些人在利用相變的理論來(lái)解釋計算機網(wǎng)絡(luò )中冪律現象的過(guò)程中，只是單一的從相變理論出發(fā)，而忽略了網(wǎng)絡(luò )之中節點(diǎn)的相互關(guān)聯(lián)情況，缺乏整體性的思考模式，使計算機網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)誤區。本文從相變理論出發(fā)，系統的闡述了相變理論的內涵和整體關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，并就其中的問(wèn)題做出了相應的闡述。
關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò )；相變理論；整體關(guān)聯(lián)行為；非單一性
目前，計算機網(wǎng)絡(luò )系統已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)非線(xiàn)性的復雜系統，正在向大規模，高性能的網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展，在這個(gè)系統中，牽一發(fā)而動(dòng)全身，每個(gè)關(guān)聯(lián)點(diǎn)之間都有著(zhù)緊密的聯(lián)系。加強對這些整體關(guān)聯(lián)的把握，了解計算機網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)演變，已經(jīng)成為計算機科學(xué)界發(fā)展的必然。在這個(gè)領(lǐng)域有所突破后，人們將會(huì )對計算機網(wǎng)絡(luò )的變化方式更加的了解，從而更加充分的使用網(wǎng)絡(luò )資源，使網(wǎng)絡(luò )化更便利，為以后的生產(chǎn)生活提供便利。
1.計算機網(wǎng)絡(luò )相變現象
計算機網(wǎng)絡(luò )的相變現象，最早被發(fā)現于20世紀90年代初期，其中信息流的自相似現象便是最早的研究。這種自相似現象指的是局域網(wǎng)傳輸的信息在到達時(shí)間上具有某種相似性，長(cháng)相關(guān)性及突發(fā)性。一般網(wǎng)絡(luò )相變的研究方法有以下兩種，一是利用現實(shí)的計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)驗，并且求的實(shí)驗結果，另一種是通過(guò)抽象的建模，利用模型進(jìn)行實(shí)驗求的結果，第一種雖然逼真，但是無(wú)法對實(shí)際網(wǎng)絡(luò )的參數進(jìn)行相應的控制，第二種則可以較好的控制網(wǎng)絡(luò )參數，便于取得實(shí)驗結果。
通過(guò)這些研究，證實(shí)網(wǎng)絡(luò )中的非擁塞相和擁塞相之間有相應的相變現象，網(wǎng)絡(luò )中相變和冪律也有著(zhù)復雜的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò )中的相變屬于連續相變，其中有臨界行為相伴隨，將臨界點(diǎn)看做一個(gè)管道的接口處，在它的一側網(wǎng)絡(luò )信息是順暢的，處于非擁塞相的狀態(tài)，數據信息可以順利的通過(guò)，而在對應的一側，為擁塞相，一些數據可能由于擁擠無(wú)法被傳送，使得系統真實(shí)性降低，網(wǎng)絡(luò )的整體性能下降。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò )中相變現象最主要的原因是路由器之間擁塞的傳播以及臨界點(diǎn)數據波動(dòng)的1/f特性。相變行為的層次決定于緩沖單元的數量，數量越多，層次越高。如果是整個(gè)系統，那么相變行為層次達到最高，其變化也是最為豐富，對于網(wǎng)絡(luò )的研究也有著(zhù)更大的幫助。
2.計算機網(wǎng)絡(luò )中相變產(chǎn)生的問(wèn)題
在計算機網(wǎng)絡(luò )研究中，人們取得了一定的成果，給網(wǎng)絡(luò )資源的運用帶來(lái)了一定的便利，但是同時(shí)也應該看到，其中還有存在著(zhù)很多的問(wèn)題，這些問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面：
�。�1） 相變研究的方法比較單一
在當今的相變現象研究中，上述闡述中提到了兩種方法，最常用的是第二種方法。相對來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )相變研究所使用的方法還是比較單一。這種方法主要是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò )的基礎上，假設出一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，通過(guò)對這個(gè)模型的實(shí)驗分析，得到相應的數據。優(yōu)點(diǎn)是可以迅速快捷的得到實(shí)驗的需要數據，從而得出實(shí)驗結果，但是缺點(diǎn)是在由于是建立在模型上，數據雖然有很強的參考性，但是不能完全真實(shí)的反應網(wǎng)絡(luò )的所有特征，而實(shí)際網(wǎng)絡(luò )中拓撲結構也存在著(zhù)不規則和意外的特性，會(huì )產(chǎn)生一定的誤差，因此真實(shí)性略有不足。
�。�2） 沒(méi)有一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境
目前我國的計算機網(wǎng)絡(luò )環(huán)境還有欠缺，服務(wù)質(zhì)量不能很好的保證，業(yè)務(wù)量比較單一，不能適應現代不同等級服務(wù)的要求，網(wǎng)絡(luò )管理控制的方向還停留在落后的意識里，不能轉移到網(wǎng)絡(luò )本身的提高上，如何采用新的節點(diǎn)策略和網(wǎng)絡(luò )結構一直是未解的難題。這些因素的存在都給我過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )相變的發(fā)展研究帶來(lái)了一定的不便。只有不斷的改變和完善，將網(wǎng)絡(luò )環(huán)境提升到一個(gè)較高的水平，才能不斷適應全球化和商業(yè)化的模式要求，從而為網(wǎng)絡(luò )相變提供良好的基礎，為國家網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展奠定基礎。
�。�3） 缺乏專(zhuān)業(yè)的技術(shù)性人才
隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，科技越來(lái)越迅猛的表現出更新快的特點(diǎn)，而科技的發(fā)展離不開(kāi)人才的發(fā)展。計算機網(wǎng)絡(luò )相變現象作為最近才興起的新興行業(yè)，對人才有著(zhù)巨大的要求。我國由于起步晚，研究時(shí)間短，因此不可能出現大量的專(zhuān)業(yè)人才，無(wú)法滿(mǎn)足研究的要求。同時(shí)很多網(wǎng)絡(luò )方面的人才對計算機網(wǎng)絡(luò )相變現象重視程度不夠，不會(huì )將研究的中心放在相變上面來(lái)，也在一定的程度上加劇了人才缺失的現象。同時(shí)國家對于計算機網(wǎng)絡(luò )的相變重視程度也不夠，未能給相變研究提供一個(gè)完善的平臺。雖然現在在這方面的研究有國家的相應參與，但是參與的程度不夠，不能結成一個(gè)完善的產(chǎn)業(yè)鏈條，為國家發(fā)展做出其應有的貢獻。首先國家缺乏一個(gè)相對專(zhuān)業(yè)的教育隊伍，很多人才不能通過(guò)專(zhuān)業(yè)的教育獲得相應的知識；其次人才培養的措施不到位，大多數人才都是等到需要的時(shí)候才進(jìn)行學(xué)習，沒(méi)有長(cháng)時(shí)間的知識積淀；最后研究機構不能根據需要設立，部分設立的研究機構也是缺乏經(jīng)費，物資等，不能很好的發(fā)揮其作用。只有國家在政策層面給予相應的重視，我國的計算機網(wǎng)絡(luò )相變研究才能很好的發(fā)展下去。
3.解決計算機網(wǎng)絡(luò )相變與整體關(guān)聯(lián)行為的辦法
對于計算機網(wǎng)絡(luò )中相變和整體關(guān)聯(lián)行為之間關(guān)系的研究，要注意方法，在整體的層面上要把握，同時(shí)在細節上也要注意，主要的方法有以下個(gè)方面：
�。�1） 不斷拓展研究方法
迄今為止的研究方法中，，模型中使用的協(xié)議一直止步于相對簡(jiǎn)單的無(wú)連接UDP協(xié)議，而且在傳輸數據上做了相應的簡(jiǎn)化過(guò)程，這遠遠不能滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )相變的發(fā)展需要，因此，在以后的研究工作中，我們應該集中主要的力量來(lái)突破鏈接的TCP協(xié)議上，在此基礎上通過(guò)節點(diǎn)路由器選擇更實(shí)用的模型。計算機領(lǐng)域的研究和其他領(lǐng)域的研究很多都會(huì )有一定的相通之處，我們在研究的時(shí)候要調動(dòng)我們的思維，不斷的發(fā)掘出有力的方法，例如，統計物理學(xué)中，廣泛使用宏觀(guān)序參數和臨界指數來(lái)研究相變現象。這些都是以后要特別注意的重點(diǎn)。同時(shí)研究實(shí)用性的模型除了上述辦法外，還可以繼續完善和發(fā)展拓撲結構，采用二維或者三維的結構，擺脫之前單一使用二維的特點(diǎn)，或者將研究重心轉移到細胞自動(dòng)機新的動(dòng)態(tài)演變上來(lái)，模擬更加真實(shí)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )，從而達到增強研究效果的目的。
而在研究計算機相變的過(guò)程中，也不能放棄自組織臨界的研究，因為兩者之間存在著(zhù)密切的關(guān)系。所謂自組織臨界，是用來(lái)闡述單元之間相互作用的復雜系統行為特征，這種單元數量大，并且是短程相互作用。這種研究和高速公路的交通流量研究非常的類(lèi)似，通過(guò)注意節點(diǎn)的分布，得出功率譜密度，來(lái)發(fā)現1/f噪聲的特點(diǎn)，通過(guò)節點(diǎn)的排隊長(cháng)度，了解擁塞的狀況，而排隊長(cháng)度在時(shí)間和空間上均是呈現冪律，從而對自相似也做出了合理的解釋。通過(guò)對數據包的注意，來(lái)了解整體關(guān)聯(lián)行為。之前的數據包流可能不存在相互關(guān)聯(lián)性，但是在節點(diǎn)的調制后，這些數據包可能會(huì )出現長(cháng)程相關(guān)的特性，這點(diǎn)和交通流很像，通過(guò)對比可以很好的理解和認識。
�。�2） 提高人才的專(zhuān)業(yè)素養，不斷挖掘相變和整體關(guān)聯(lián)行為的特點(diǎn)
計算機網(wǎng)絡(luò )的研究人員，要不斷在網(wǎng)絡(luò )相變的研究中投入精力，不斷學(xué)習，同時(shí)在實(shí)際的操作過(guò)程中，不斷的進(jìn)行總結歸納，摸索出新的研究方向和研究方法，不斷完善相變的研究模型。同時(shí)在學(xué)習的過(guò)程中，要多進(jìn)行交流，特別是和國外相通行業(yè)人士的交流。國家在這方面要為這些人才創(chuàng )造專(zhuān)門(mén)的機會(huì )，通過(guò)一些政治的手段來(lái)給他們制造交流的機會(huì )，保證他們能夠學(xué)到應有的知識。而在國內國家要制定出完善的人才培養機制，制定人才培養方案，爭取在短時(shí)間內給國家培養出一批高素質(zhì)的優(yōu)秀人才。國家也要建立完善的實(shí)驗基地，配備精良的實(shí)驗儀器和舒適的研究環(huán)境，留住人才，給予他們更多的發(fā)展機會(huì )，為網(wǎng)絡(luò )相變和整體關(guān)聯(lián)行為提供人力、財力、物力的支持。
�。�3） 不斷完善和提高網(wǎng)絡(luò )環(huán)境
網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的好壞對于網(wǎng)絡(luò )相變和整體關(guān)聯(lián)行為的好壞有著(zhù)直接的影響。我國應該努力完善網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，不斷改進(jìn)傳統的服務(wù)質(zhì)量，應該致力于在網(wǎng)絡(luò )上開(kāi)展多種業(yè)務(wù)，針對不同的服務(wù)等級制定出不同的服務(wù)機理，為這些網(wǎng)絡(luò )要求進(jìn)行服務(wù)。同時(shí)應該摒棄依靠客戶(hù)和合作來(lái)控制擁塞的行為，盡快的轉移到網(wǎng)絡(luò )本身發(fā)展上來(lái)。目前對于這種改變，沒(méi)有一個(gè)固定的方向，這就要求國家投入大量的精力，爭取將系統、自組織有序化、協(xié)同發(fā)展，將各個(gè)方面的知識應用于網(wǎng)絡(luò )。在這個(gè)過(guò)程中，跨學(xué)科借鑒是個(gè)很好的方法，通過(guò)這種方法可以很好的解決一些問(wèn)題，例如網(wǎng)絡(luò )擁塞的現象，總之，利用一切可以利用的力量，為網(wǎng)絡(luò )發(fā)展做出貢獻。
4.結語(yǔ)
計算機網(wǎng)絡(luò )相變的發(fā)展和整體關(guān)聯(lián)行為的研究是一塊開(kāi)闊的視野區域，挑戰和機遇并存，我們要堅信，在科學(xué)的發(fā)展下，信息科學(xué)和非線(xiàn)性科學(xué)總將會(huì )很好的融合，成為21世紀科技發(fā)展的必然趨勢，在這一趨勢下，人類(lèi)會(huì )對自身智能和生命現象認識的更加透徹，達到前所未有的升華。
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