[科普中国]-网络模型

计算机网络是指由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体，各个部件之间以何种规则进行通信，就是网络模型研究的问题。网络模型一般是指OSI七层参考模型和TCP/IP四层参考模型。这两个模型在网络中应用最为广泛。

简介

网络模型是数据库模型设想为代表对象及其关系的一种灵活的方式。其独特之处在于，作为对象类型为节点和关系类型为弧的图形来看，不限于层次结构。

许多工程系统的共同特点是：它们是由许多实际上交织成网络形式的单元所组成。典型的例子有，城市交通运输系统、城市污水汇集和处理系统，城市供水系统、城市电力电讯系统等。此外，许多工程决策问题和组织系统，虽然不具有网络的表现形式，但也常可用网络模型来解释。例如，在一个建筑企业中，决策和命令的流程可以用网络模型来描述，在工程施工过程中，工作进度表可以看作是由工序组成的网络等。将庞大复杂的工程系统和管理问题用网络模型加以描述，可以便利地解决很多工程设计和管理决策的最优化问题。

虽然层次模型的结构数据作为树每条记录具有一条父记录和多条子代，网络模型允许每条记录具有多条父代和子代记录，形成一个通用的图结构。该属性适用于两个层次：模式是由关系类型（在CODASYL中称为“集合类型”）连接的记录类型的广义图形，而数据库本身是由关系（CODASYL“集合”）关联的记录出现的广义图形。这两个级别都允许循环。支持网络模型的主要论点与层次模型相比，是它允许对实体之间的关系进行更自然的建模。虽然这个模式被广泛的实施和使用，但是由于两个主要的原因，它没有成为主导。首先，IBM选择了坚持层次模型IMS和DL / I等已有产品的半网络扩展。其次，它最终被关系模型所取代，它提供了一个更高层次，更具说明性的界面。直到20世纪80年代初，分级和网络数据库提供的低级导航接口的性能优势对于许多大型应用程序来说是有说服力的，但随着硬件变得更快，关系模型的额外生产力和灵活性导致逐渐淘汰企业使用的网络模型1。

历史网络模型的最初发明者是查尔斯·巴赫曼（Charles Bachman），并被发展成由数据系统语言会议（CODASYL）联盟于1969年发布的标准规范。之后是1971年的第二次出版物，成为大多数实施的基础。随后的工作一直持续到20世纪80年代初，最终达到ISO规范，但这对产品影响不大。

数据库系统一些使用网络模型的着名数据库系统包括：

综合数据存储（IDS）

IDMS（综合数据库管理系统）

Raima数据库管理器

TurboIMAGE

Univac DMS-1100

三个要素

一是表征系统组成元素的节点。

二是体现各组成元素之间关系的箭线(有时是边)。

三是在网络中流动的流量，它一方面反映了元素间的量化关系，同时也决定着网络模型优化的目标与方向。

例如，某区域的公路网络地图如图4-1(a)所示。若以节点表示城镇，节点间的连线表示公路，沿连线的数字表示距离，则可绘出图4，2(b)所示的网络模型。根据流量的性质该模型的优化方向是寻求特定城镇间的最短路径2。

分类

1．以物质为流量的网络模型

当网络模型中的流量内容是液体、气体，固体等物质实体时，就构成了以物质为流量的网络模型，其优化目标一般是最大流量或最小费用流量。交通运输(公路、 铁路，航空、航海)，资源调配，工业流程装置等许多实际问题，都可抽象为这类网络模型。

在图4—1的示例中，若沿连线的数字井非距离，而是相应公路能够通过的最大流量，则其就成为一种以物质为流量的网络模型。

2．以信息为流量的网络模型

以信号，数据等信息为流量的网络模型的例子，除了广播，通讯网络外，还包括有在控制过程中所采用的方框图或信流图，社会组织系统图、管理信息系统网络等。

图4-2给出了建筑企业经营预测的控制系统图。企业首先要根据生产经营的实际需要，确定预测目标和要求，据此收集有关资料，选择适宜的预测方法进行预澜，接着要分析预测结论是否合理，若不合理，或修订预捐0目标和要求，或重新选择预测方法，反之则可进入预测实施，将预测结论用于指导企业的生产经营活动，实施中可能又会遇到新的生产经营预测问题，尽而开始一个新的循环。

3．以能量为流量的网络模型

最典型的以能量为流量的网络系统，是城市电力系统和集中供热系统。图4—3给出了某城市电力网络的示意图。

4．以时间、费用、距离等为流量的网络模型

以时间为流量的网络模型，最典型的是PERT(计划评审技术)。图4·4为一表示装配式房屋施工顺序的网络图，图中，每一根箭线表示一项工作，并标明了估计的工时数。利用该网络图，可以找出整个施工过程中的最优方案，合理解决劳力安排、资金周转，缩短工期等问题。本例中的最短可能时间为66h。

图4—5所示是以费用为期望值的方案决策树，它所描述的是这样一个问题：某建筑公司在河边洼地进行某项工程的施工，工程地点过去曾受过河流涨水的影响，还遇到过破坏性的洪水泛滥。因这项工程有四个月的时间不使用设备，故需决定设备的存放方案。有三种可供选择的方案：一是运走设备，用时再运回来，总共要花费1800元，二是将设备留在工地，建造一个平台加以保护，建造平台的费用为500元。该平台可以防御大水， 但不能防御破坏性的洪水泛滥，三是将设备留在工地而不采取保护措施3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所