基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法的研究

摘 要：隨著我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展，星載計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，目前被應(yīng)用在通訊、資源探測(cè)、遙感、氣象等眾多行業(yè)和領(lǐng)域。而且衛(wèi)星的功能越來越強(qiáng)，因此對(duì)星載計(jì)算機(jī)的負(fù)載要求也越來越高，需要收集大量的數(shù)據(jù)來進(jìn)行處理，包括壓縮、采集、數(shù)據(jù)回傳等。在這些不規(guī)則的應(yīng)用當(dāng)中，必須要采用負(fù)載平衡算法來計(jì)算負(fù)載，使負(fù)載更加平衡，這樣才能更加有效的利用資源。筆者針對(duì)基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法進(jìn)行了研究，希望能為廣大的相關(guān)工作者提供一些參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：偏差信息；星載計(jì)算機(jī)；系統(tǒng)；負(fù)載；平衡算法

中圖分類號(hào)：TP338.6

原來所采用的負(fù)載平衡算法具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如操作方法簡(jiǎn)單、不需要更多的開銷等等。盡管如此，這種方法卻能夠在一定程度上使結(jié)點(diǎn)獲取信息的渠道變窄。但后來出現(xiàn)了一種算法，這種算法叫基于偏差的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法，該算法能夠改變負(fù)載平衡算法原來的一些缺陷，大量的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)證明，這種新的計(jì)算方法具有一定的可行性。

1 負(fù)載平衡算法

1.1 負(fù)載平衡算法的含義

負(fù)載平衡算法又被稱為負(fù)載均衡算法，采用負(fù)載平衡算法的目的是為了使星載計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)整體平衡。由于在整個(gè)操作的過程當(dāng)中，會(huì)產(chǎn)生一定的開銷，甚至有時(shí)也會(huì)有的延遲的現(xiàn)象，因此，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的平衡非常的難。采用平衡算法雖然可以在一定程度上減輕開銷，但是卻有一些不足和缺陷，比如信息的獲取量會(huì)變窄，會(huì)影響系統(tǒng)性能，等等。同時(shí)，這種方法也是通過對(duì)偏差結(jié)點(diǎn)傳遞的負(fù)載信息來使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的負(fù)載變得平衡，而且僅僅只需要付出很小的代價(jià)，總體來說，這種算法還是比較的科學(xué)，雖然有一些不足之處。

1.2 負(fù)載平衡算法容易出現(xiàn)的問題

負(fù)載平衡算法能夠在有限的范圍內(nèi)，對(duì)局部負(fù)載進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡的最終目的。在此算法當(dāng)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)僅僅只和它旁邊的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換或者是通信，因此它的范圍有限。另外，轉(zhuǎn)移負(fù)載也僅僅只能發(fā)生在兩個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)當(dāng)中。

比如有兩個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)，分別是a和b，這個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載要相互平衡，假設(shè)L1為結(jié)點(diǎn)a在t時(shí)刻的負(fù)載，而L2為結(jié)點(diǎn)b在t時(shí)刻的負(fù)載。那么假設(shè)在t+N的時(shí)間段內(nèi)，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行了負(fù)載平衡之后，該公式就應(yīng)該這樣來表達(dá)：

L1（t+N）=L2（t+N）=50%（L1（t）+L2（t））

從上面的公式中可以看出，當(dāng)負(fù)載平衡的行為結(jié)束以后，整個(gè)系統(tǒng)就可以使全局達(dá)到負(fù)載平衡的目的。在靜態(tài)的情況下，負(fù)載平衡算法可以達(dá)到這樣的效果，當(dāng)結(jié)點(diǎn)受到旁邊的結(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息之后，它會(huì)把自己的負(fù)載信息拿出來，與旁邊的結(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息相對(duì)比。如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的負(fù)載相差得太多，那么這樣的情況就可以被稱為是過載結(jié)點(diǎn)，另外，一些負(fù)載量較重的結(jié)點(diǎn) 還會(huì)向一些負(fù)載量比較輕的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以減輕自己的負(fù)載量。

這種算法有很多的優(yōu)勢(shì)，比如減少開銷等，但它也有個(gè)劣勢(shì)，比如它可能會(huì)在系統(tǒng)達(dá)到平衡以后，停止運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載平衡行為。這樣就會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，甚至?xí)霈F(xiàn)其他的問題。

舉個(gè)例子，一個(gè)結(jié)點(diǎn)的負(fù)載為1，而相鄰的結(jié)點(diǎn)的負(fù)載為11，這就可以采用負(fù)載平衡算法來進(jìn)行計(jì)算，或者交換兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載。兩個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)，它們的負(fù)載的差距比遷移閾值要小，因此，就不能轉(zhuǎn)移負(fù)載。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了平衡，但是全局卻仍然不平衡。后來產(chǎn)生了一種新的算法，這種算法不但實(shí)現(xiàn)了最小的開銷，而且還不會(huì)產(chǎn)生上面所說的缺點(diǎn)和不足之處，這就是基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法。

2 基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法

2.1 利用相鄰結(jié)點(diǎn)的負(fù)載偏差來使全局平衡

這種新算法的產(chǎn)生使得結(jié)點(diǎn)的實(shí)際負(fù)載信息產(chǎn)生了改變，而一個(gè)結(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息卻能夠反映相鄰的結(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息。比如，L1（t）比L2（t）的值小，那么結(jié)點(diǎn)a和結(jié)點(diǎn)b之間的負(fù)載信息在進(jìn)行轉(zhuǎn)移的時(shí)候，結(jié)點(diǎn)a傳給結(jié)點(diǎn)b的負(fù)載信息就不再是上面所講的L1（t），卻變成了結(jié)點(diǎn)a和相鄰結(jié)點(diǎn)合起來的信息CL1（t）。同時(shí)，CL1（t）也體現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)a和相鄰結(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況。如果結(jié)點(diǎn)a的負(fù)載信息與結(jié)點(diǎn)收到的信息解釋相同，那么就說明能夠進(jìn)行負(fù)載的轉(zhuǎn)移。但是實(shí)際上，負(fù)載在進(jìn)行轉(zhuǎn)移的時(shí)候，與結(jié)點(diǎn)a需要的負(fù)載量可能會(huì)不一致，這時(shí)候就必須要再次用信息的偏差來使結(jié)點(diǎn)a與旁邊的結(jié)點(diǎn)的負(fù)載相平衡，但是需要注意的是，不能選擇結(jié)點(diǎn)b，要選擇其他相鄰的結(jié)點(diǎn)。

2.2 對(duì)該算法進(jìn)行改進(jìn)

在上面所講到的方法當(dāng)中，發(fā)送者和接收者會(huì)建立起連接，這時(shí)候，兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)之間就會(huì)發(fā)生負(fù)載的轉(zhuǎn)移，但是接收者的負(fù)載信息要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于發(fā)送者的負(fù)載信息，從而及時(shí)的找出負(fù)載太少的結(jié)點(diǎn)，將負(fù)載信息向這個(gè)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移過去。

此種方法在上述計(jì)算方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，并且使得負(fù)載量多的結(jié)點(diǎn)將負(fù)載量轉(zhuǎn)移到負(fù)載少的結(jié)點(diǎn)。同時(shí)，這種方法還擴(kuò)大了負(fù)載移動(dòng)的范圍，使得負(fù)載轉(zhuǎn)移的次數(shù)慢慢的減少，最終使得計(jì)算的結(jié)果更加的科學(xué)和準(zhǔn)確。

3 基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法的優(yōu)勢(shì)

3.1 不會(huì)限制負(fù)載信息的獲取范圍

過去的算法因?yàn)椴捎玫氖蔷植坑^點(diǎn)平衡負(fù)載的方法，所以在一定程度上限制了負(fù)載信息的獲取范圍，僅僅只達(dá)到了系統(tǒng)的平衡，沒有達(dá)到全局的平衡。但進(jìn)行改進(jìn)后的計(jì)算方法解決了這一問題，不但沒有限制負(fù)載信息的獲取范圍，而且還達(dá)到了全局平衡的目的。

3.2 計(jì)算的方法很簡(jiǎn)單

這種新的算法將結(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息偏差用線性函數(shù)來進(jìn)行導(dǎo)出，不但簡(jiǎn)單明了，而且容易操作。另外還使得負(fù)載轉(zhuǎn)移的范圍有所擴(kuò)大，減少了負(fù)載轉(zhuǎn)移的次數(shù)。因此，該方法具有一定的可操作性。

3.3 減少了開銷

使用這種新的計(jì)算方法，結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的開銷減小了，不僅如此，相鄰結(jié)點(diǎn)互相之間的通信量和通信時(shí)間也減少了。

綜上所述，基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法具有一定的合理性與可行性，而且計(jì)算的方法非常的簡(jiǎn)單，它通過計(jì)算結(jié)點(diǎn)負(fù)載的偏差，從而體現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)與相鄰結(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載狀況，這樣就可以使全局達(dá)到平衡的程度。另外，相比于其他算法，它的計(jì)算結(jié)果還非常的準(zhǔn)確、科學(xué)，而且它的優(yōu)勢(shì)也非常的多。目前，這種算法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

4 總結(jié)與體會(huì)

星載計(jì)算機(jī)是衛(wèi)星的重要部件，關(guān)系到衛(wèi)星的數(shù)據(jù)處理、姿態(tài)控制等等，但在實(shí)際工作中，星載計(jì)算機(jī)常常會(huì)受到高能粒子的影響，因此出現(xiàn)一些問題。為了提高星載計(jì)算機(jī)的性能，滿足星載計(jì)算機(jī)的負(fù)載要求，必須要采用合理而可行的方法來計(jì)算其負(fù)載量，從而使星載計(jì)算機(jī)的全局達(dá)到平衡的目的。這種方法就是基于偏差信息的星載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)載平衡算法，同時(shí)，該方法不但彌補(bǔ)了負(fù)載平均算法的缺陷和不足之處，還大大的提高了系統(tǒng)的性能。

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