混合編程方法在網絡運維效能評估中的應用

蘇耀峰

摘要：介紹了混合編程方法原理，針對Matlab和Java混合編程進行了深入分析，使用Matlab的開源DEA算法，通過生成Jar包的方式，使用Java程序調用，得出某年度網絡運維效能評估結論。評估方法具有通用性強、擴展性好等特點，可廣泛應用于各類系統(tǒng)效能的量化評估。

關鍵詞：混合編程；網絡運維；網絡效能評估

DOIDOI：10.11907/rjdk.161101

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）005-0145-02

0 引言

網絡運行維護的主要任務是定期統(tǒng)計、分析和評估網絡運行情況，及時發(fā)現和處置各類故障，確保網絡及其承載的業(yè)務安全、穩(wěn)定和可靠運行。運維效能評估是按照一定的評價標準，采用科學的方法檢驗和評定某一系統(tǒng)或某項活動的實施效果，用定性和定量指標判定其運作成效，同時尋找缺陷和弱點及其制約原因，從而改進運作和管理機制，優(yōu)化資源配置，提升工作績效，是實施科學管理的重要手段。網絡運維效能評估的一個關鍵環(huán)節(jié)是選擇恰當的評估方法，比如模糊評判法、數據包絡分析法等，有時還需要綜合多種方法才能得出較準確的評估結果。這些方法在系統(tǒng)建模、模型運算、數據整理等方面都較復雜，給效能評估工作帶來了困難。

Matlab由美國MathWork公司研制，主要提供科學計算的基礎環(huán)境，實現可視化與交互式程序設計，已經成為眾多學科領域的計算與分析平臺。Matlab實現了很多復雜算法，包含豐富的開源算法資源，這些算法資源給實現網絡運維效能評估帶來了便利，也為系統(tǒng)設計與實現提供了手段。但是，Matlab在用戶界面設計方面表現較弱，若要發(fā)揮其計算功能強大的優(yōu)點，還需要使用其它程序設計語言配合。本文擬通過混合編程方法，綜合Matlab與Java兩種語言特點來進行網絡運維效能評估。

1 混合編程原理

混合編程是指使用兩種或兩種以上程序設計語言來開發(fā)應用程序的過程，如VC與Matlab、Java與Matlab、VC與Java等等。Java語言具有平臺無關性和易擴展等優(yōu)點，通過使用Java調用Matlab，可以充分發(fā)揮這兩種語言的優(yōu)勢。Java調用Matlab的方法主要有COM組件方法和Jar包方法。

1.1 COM組件方法

COM組件方法是將使用Matlab編寫的m文件轉換為COM組件，然后利用第三方工具包在Java程序中調用COM組件，實現調用Matlab算法。其具體實現有Jawin和Jacob兩種方法。

（1）Jawin（Java/Win32）。Jawin建立了一個開放源代碼的、免費的體系結構，可實現Java組件與Windows DLL公開的組件或者Windows COM對象之間的互操作。Jawin允許Java編寫的應用程序任意調用基于DLL或COM的原始代碼，并且不需要構造任何JNI代碼。比如調用微軟的基于COM的XML解析器和工具，訪問Win32 API特性，比如安全API、Windows注冊表與事件日志等。Jawin可以通過一個COM組件的代碼生成器讀取類型庫，并生成從Java應用程序調用該組件所需要的Java stub。

（2）Jacob（Java COM Bridge）。Jacob是一個開始于1999年的開源項目，通過JNI功能訪問Windows平臺下的COM組件或者Win32系統(tǒng)庫。其核心是基于JNI技術實現的Variant、Dispatch等接口，使用Jacob的相關類庫（Jacob.jar、Jacob.dll）搭設從Java到COM的交互橋梁。通過該方法可以方便地完成Word、Outlook等對象操作，并繞開操作這些對象所隱藏的細節(jié)部分。

1.2 Jar包方法

Jar包方法是將Matlab的m文件打包成Java可以直接讀取的Jar文件格式的方法。Jar包包含各種類庫，可被Java直接引用并使用其中的類和方法，其具體實現主要是使用Matlab自帶的Deploy Tool工具。

Matlab的Deploy Tool支持Matlab工程編譯成各類結果，如一般的Windows應用程序、Matlab for .NET/COM、Matlab for Java、Matlab for Excel等等。其原理是通過MCC編譯器將m文件轉化為相應的c語言文件，包括數據文件，進而調用通用的C/C++編譯器將先前的文件編譯成控件庫或者可執(zhí)行文件。當目標機器沒有安裝Matlab運行環(huán)境時，該工具還提供Matlab運行環(huán)境功能，并且打包需要用到的資源文件，為其它語言直接使用提供便利。

2 混合編程實例

為了驗證混合編程方法在網絡運維效能評估中的應用，首先選用DEA評估方法，然后使用Matlab實現該算法并進行Jar打包發(fā)布，再利用Java程序進行調用，最后進行評估結論分析。

2.1 DEA評估方法

數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA）是由美國學者在“相對效率評價”基礎上發(fā)展起來的一種行之有效的系統(tǒng)分析方法，它的理論基礎是相對效益概念，主要工具是數學規(guī)劃，主要方法是優(yōu)化算法，根據多指標投入、產出數據，對相同類型單位的相對有效性進行評價。

DEA方法評估模型主要有CCR與BCC模型，其中，CCR模型主要針對在規(guī)模收益不變的情況下決策單元的效能評估，可分為分式規(guī)劃和線性規(guī)劃；BCC模型是基于CCR模型的擴展，涵蓋了規(guī)模收益，并建立在滿足凸性、錐性、無效性和最小性的假設基礎上。

使用DEA方法評估網絡運維效能，必須首先確定投入產出指標，然后選擇決策單元。根據已有研究成果，將投入人力作為輸入指標，設備數量、光纜長度、可用率作為輸出指標。網絡運維各單位可以作為DEA評估的決策單元，但是應遵守如下規(guī)則：若n為決策單元樣本容量，m和s分別為投入和產出指標的數量，則n≥max[m×s，3（m+s）]。

2.2 混合編程實現

為了輕量化設計以及核心算法重用，采用B/S結構實現網絡運維效能評估。其中，服務器端采用Web Sevice方式處理用戶請求，由Java調用Matlab算法程序進行計算并返回結果；客戶端使用網頁發(fā)送用戶請求（待評估數據），并接收計算結果，工作流程如圖1所示。

（1）Matlab程序實現。采用開源DEA法的Matlab實現，主要功能按照效率（綜合效率和純技術效率）、形式（包絡分析和乘數分析）、面向（面向投入和面向產出）等要素組合為8個模塊，分別為：①面向投入的綜合效率模型包絡分析（DEACRSEI）；②面向產出的綜合效率模型包絡分析（DEACRSEO）；③面向投入的綜合效率模型乘數分析（DEACRSMI）；④面向產出的綜合效率模型乘數分析（DEACRSMO）；⑤面向投入的純技術效率模型包絡分析（DEAVRSEI）；⑥面向產出的純技術效率模型包絡分析（DEAVRSEO）；⑦面向投入的純技術效率模型乘數分析（DEAVRSMI）；⑧面向產出的純技術效率模型乘數分析（DEAVRSMO）。每個模塊均封裝為獨立函數，并帶有決策單元投入指標、產生指標矩陣參數，通過參數輸入進行計算并得出分析結果。

（2）Jar包生成。在Matlab中的輸入命令窗口鍵入“deploytool”命令后會出現Deployment Tool部署工具。首先，在部署工具中點擊new按鈕，選擇Matlab Builder for Java與Java Package，新建DEAAnalysis工程。然后，將Matlab設計的m文件從工作目錄面板拖拽到部署工具中的新建類文件夾中，添加Java需要調用的類和方法。最后點擊build按鈕生成與工程同名的文件夾，編譯成功后，即生成DEAAnalysis.jar文件。生成過程中需要注意的是，如果目標機器沒有Matlab運行環(huán)境時，需要勾選add MCR選項，將Matlab實時運行環(huán)境打包。

（3）Java程序設計。服務器端使用Jetty開源Web服務器提供訪問服務，接收客戶端httpClient發(fā)送的待評估數據。接收到評估數據后，進行解析并使用DEA分析類進行多次評估，直到達到評估要求。最后，填充http響應并返回客戶端，具體流程如圖2所示。

2.3 評估測試結果

使用混合編程方法驗證某年度網絡運維效能評估，評估結果如表1所示，達到了預期效果。

3 結語

混合編程方法是多種語言混合使用的開發(fā)方法，可充分發(fā)揮不同語言優(yōu)勢。針對網絡運維效能評估，可使用Matlab編程減少復雜算法設計和運算負載。使用Java編程，面向對象設計服務模式和相關界面，通過Java調用Matlab生成的Jar包的方式進行混合編程。通過實例驗證，使用混合編程方法可科學評價網絡運維，保障運維效能，及時發(fā)現網絡運維過程中出現的配置不好、設備分配不當、保障任務不均等問題，為調配各類資源提供合理建議。該方法降低了網絡運維效能評估復雜度，評估系統(tǒng)擴展性好、使用方便，具有較好的推廣價值。

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（責任編輯：杜能鋼）