關(guān)于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配的優(yōu)化研究

施曉波

摘要：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為世界人民帶來(lái)快捷便利，推動(dòng)著各行各業(yè)發(fā)展的同時(shí)，還存在一些問(wèn)題需要解決。因此該文針對(duì)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量和流量分配優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行深入研究，首先簡(jiǎn)單了解計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用現(xiàn)狀，隨后深入分析計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配問(wèn)題的優(yōu)化方法。通過(guò)該文的研究為關(guān)注該問(wèn)題的人員提供參考，從而推動(dòng)國(guó)家的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)；遺傳算法；電網(wǎng)分組

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）01-0046-02

現(xiàn)階段，雖然國(guó)家的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，但是通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用上還存在一些問(wèn)題，想要讓計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到真正的發(fā)展，就必須要在保證計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。而網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的降低就是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容量與流量分配問(wèn)題的優(yōu)化過(guò)程。因此深入研究計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配的優(yōu)化問(wèn)題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用現(xiàn)狀

改革開(kāi)放后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，不斷地深入到國(guó)家人民的生產(chǎn)生活中去，而隨著時(shí)間的推移，人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的依賴性逐漸提高。在快節(jié)奏的工作生活中，大部分人們都在尋求最適合自己的休閑放松方式，而互聯(lián)網(wǎng)中的娛樂(lè)資源就是現(xiàn)代社會(huì)中最主要的放松方式之一。其次，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的數(shù)據(jù)資源也是現(xiàn)階段最為常見(jiàn)的應(yīng)用類型，利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)資源，能夠最大程度降低各方面成本，提高工作效率。最后，是互聯(lián)網(wǎng)中的學(xué)習(xí)資源，計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓互聯(lián)網(wǎng)成為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，推動(dòng)教育領(lǐng)域得到了全面的擴(kuò)展。目前網(wǎng)絡(luò)上大多教學(xué)網(wǎng)站都是利用多媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行傳播推廣，比如，微課技術(shù)、翻轉(zhuǎn)課堂等，豐富了教學(xué)資源的同時(shí)也開(kāi)拓了學(xué)生的視野。

2 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配問(wèn)題的優(yōu)化方法

2.1 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型

上文中提及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)深入到國(guó)家生產(chǎn)生活中的各個(gè)方面，人們對(duì)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量的要求也在不斷提高，因此在對(duì)整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善和發(fā)展的基礎(chǔ)上，還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能和效益進(jìn)行全面的結(jié)合與分配。而想要對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)性能和效益進(jìn)行科學(xué)合理的分配處理，首先就要建立相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中容量與流量分配問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，選擇最合理的方案。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，先要了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)容量和流量分配問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，也就是在已知的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果和相應(yīng)節(jié)點(diǎn)通信量的情況下，如何合理選擇計(jì)算及網(wǎng)絡(luò)中容量和不同節(jié)點(diǎn)之間通信路由，才能夠降低通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本，并達(dá)到降低通信網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的目的，還要保證國(guó)家人民對(duì)通信的需求得到滿足。由此可知，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量是一種非線性問(wèn)題，還是一個(gè)處于多約束條件下的非線性問(wèn)題，在了解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)后，再提出了相應(yīng)的假設(shè)。本文做出了五種假設(shè)，具體如下：①在已知計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)容量以及節(jié)點(diǎn)通信需求的情況，建立的數(shù)學(xué)模型。②不考慮計(jì)算機(jī)丟失數(shù)據(jù)包的情況，也就是假設(shè)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的緩沖器容量無(wú)限大。③在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文分組在基于指數(shù)形式分布的同時(shí)，也遵循泊松到達(dá)的規(guī)律。④建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，忽略節(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文的處理時(shí)延。⑤建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，假設(shè)報(bào)文傳輸?shù)牡燃?jí)屬于相等，并且屬于同一種服務(wù)。最終形成了下列數(shù)學(xué)模型：

此外還要對(duì)上述數(shù)學(xué)模型的約束條件進(jìn)行分析，而上式中的Z代表著計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行整體成本的優(yōu)化，而D則是計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中各單位平均延時(shí)費(fèi)用的成本系數(shù)，G則為固定費(fèi)用的加權(quán)系數(shù)，V就是可變費(fèi)用的加權(quán)系數(shù)。其中Qlk和Slk分別標(biāo)志和第一調(diào)鏈路中線路的容量和一條鏈路型號(hào)在指標(biāo)為k時(shí)的成本系數(shù)[1]。

2.2 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用改進(jìn)的并行遺傳算法的優(yōu)化過(guò)程

傳統(tǒng)的并行遺傳算法已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量的分配優(yōu)化問(wèn)題的需求，因此國(guó)家在原有遺傳算法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改進(jìn)，能夠?qū)β酚芍性谇暗幕蜻M(jìn)行精確的判斷。不止如此，在改進(jìn)后還能夠從根本上對(duì)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)容量與流量進(jìn)行有效分配，在全面保證分配效率的同時(shí)也提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能。改進(jìn)過(guò)后的遺傳算法優(yōu)化求解的過(guò)程可以分為五個(gè)步驟，首先將算法中的參數(shù)和其他數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入；其次選擇三個(gè)染色體群并且編號(hào)；第三計(jì)算出適應(yīng)值后，將每個(gè)染色體分別復(fù)制并且讓染色體進(jìn)行基因變異；第四在變異后的染色體中選出最優(yōu)化的染色體個(gè)體，反復(fù)降低交互頻率，如果該個(gè)體的適應(yīng)值在反復(fù)十次后還沒(méi)有提高時(shí)，就要修改遺傳參數(shù)；最后就要對(duì)初始染色群體進(jìn)行重新混合分配[2]。

2.3 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量?jī)?yōu)化分配模型仿真結(jié)果

1） 資源分配得到優(yōu)化

通過(guò)上文中建立的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化分配進(jìn)行計(jì)算后，針對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行全面具體地分析，首先在利用傳統(tǒng)改進(jìn)過(guò)后的遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化分配時(shí)，報(bào)文分組長(zhǎng)度延長(zhǎng)，帶動(dòng)著平均分組延時(shí)和鏈路整體的利用率也得到了增加，進(jìn)而將通信量從負(fù)荷重的鏈路中分配出去，分給負(fù)荷輕的鏈路，由此從根本上避免了瓶頸現(xiàn)象的出現(xiàn)，讓資源分配得到了全面的優(yōu)化，達(dá)到了計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)容量和流量?jī)?yōu)化分配模型計(jì)算的初級(jí)目標(biāo)。

2） 提高網(wǎng)絡(luò)的性價(jià)比

雖然滿足了資源分配優(yōu)化問(wèn)題，但是隨著分組長(zhǎng)度的增加，總體運(yùn)行費(fèi)用也進(jìn)一步增加，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷也相對(duì)加重。因此就需要選擇容量較大的鏈路，但是就會(huì)增加鏈路本身所需費(fèi)用，最終造成了可變費(fèi)用增加。根據(jù)具體的遺傳算法進(jìn)化所得出來(lái)的結(jié)果，能夠在增加鏈路容量的同時(shí)對(duì)平均時(shí)延的增加進(jìn)行一定的抑制。因?yàn)樵贠CT網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)鏈路較為集中，讓平均時(shí)延和分組長(zhǎng)度之間的關(guān)聯(lián)性減弱。不論是傳統(tǒng)的ARPA網(wǎng)絡(luò)，還是OCT網(wǎng)絡(luò)，鏈路費(fèi)用都占總體費(fèi)用的絕大部分，而分組長(zhǎng)度對(duì)鏈路的費(fèi)用有著直接的影響。因此，在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)容量和流量數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，還要利用遺傳算法對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全面的優(yōu)化，進(jìn)而提高整體網(wǎng)絡(luò)的性價(jià)比。

3） 網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的優(yōu)化

最后是網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用問(wèn)題，也是進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配優(yōu)化的根本目的，實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用和延時(shí)費(fèi)用等都會(huì)隨著分組費(fèi)用的增加而增加。如果從網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性來(lái)說(shuō)，單位分組延時(shí)可以被忽視，在這個(gè)條件之上，進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，遺傳算法將會(huì)為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)選擇最小容量的鏈路，從而降低通信網(wǎng)絡(luò)的固定費(fèi)用。然而在實(shí)際使用的過(guò)程中，延時(shí)費(fèi)用會(huì)受到單位分組延時(shí)的影響，因此遺傳算法會(huì)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信選擇容量較大的鏈路，從而讓整體費(fèi)用降低。通過(guò)對(duì)ARPA網(wǎng)絡(luò)和OCT網(wǎng)絡(luò)分別展開(kāi)探討發(fā)現(xiàn)，前者在增加單位分組延時(shí)費(fèi)用時(shí)，總體網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用的比例將會(huì)提升到20%，此時(shí)固定費(fèi)用仍然是主體的網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。但是后者的可變費(fèi)用就會(huì)隨著分組延時(shí)的增加而降低。

3 總結(jié)

綜上所述，想要在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的過(guò)程中，既滿足網(wǎng)絡(luò)通信需求，又讓網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用最低，就要保證計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)容量與流量得到全面的優(yōu)化。本文對(duì)原有改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，讓計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)需求得到滿足的同時(shí)，降低網(wǎng)絡(luò)的固定費(fèi)用和可變費(fèi)用，從而降低整體的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到提高國(guó)家通信網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)的根本目的，讓國(guó)家的網(wǎng)絡(luò)資源得到合理的利用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘆正勇. 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配的優(yōu)化分析[J]. 信息系統(tǒng)工程， 2017（1）：33-33.

[2] 林靜， 盧會(huì)春. 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中容量與流量分配的優(yōu)化分析[J]. 電腦迷， 2017（12）：112-112.endprint