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1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化模型表達(dá)介紹

1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化模型表達(dá)

一般計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化模型中主要包含優(yōu)化目標(biāo)、變量、條件、參數(shù)等元素。對于不同的服務(wù)對象，優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)通常不盡相同，分類依據(jù)主要為用戶與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的關(guān)心目標(biāo)。決策變量則是與任務(wù)調(diào)度方案相對應(yīng)的元素。模型中所設(shè)置的決策變量的數(shù)量對計(jì)算機(jī)網(wǎng)路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度會產(chǎn)生一定的影響。而約束條件則是限制網(wǎng)絡(luò)調(diào)度資源容量與策略的參數(shù)。固定參數(shù)則與變量相對應(yīng)，它屬于模型中的常量，有其固定特性。一般優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最小總體能量、最大總體吞吐量、延遲、網(wǎng)絡(luò)傳輸成本、丟包率等。固定參數(shù)則囊括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的速率、傳輸能量、網(wǎng)絡(luò)源編碼速率等。約束條件同樣有對系統(tǒng)傳輸能量的顯著、信息訪問的競爭等。系統(tǒng)變量則包括用戶所分配的寬帶及系統(tǒng)傳輸?shù)墓β省?/p>

1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)路優(yōu)化模型方法分類

首先，按照模型函數(shù)的個數(shù)可以將優(yōu)化模型分為單目標(biāo)優(yōu)化模型與多目標(biāo)優(yōu)化模型。一般而言，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要是針對某項(xiàng)單一的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)來說的，并以其屬性作為約束。若將多重因素納入考慮的范疇，則需要選用多目標(biāo)優(yōu)化模型。其次，依照變量的類型，又可將優(yōu)化模型分為連續(xù)變量優(yōu)化、離散變量優(yōu)化。基于函數(shù)目標(biāo)與約束函數(shù)的考慮，同樣可將模型分為凸優(yōu)化與非凸優(yōu)化模型。另外依照參數(shù)的具體類型，則可將網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型分為確定與隨機(jī)優(yōu)化模型。此外不同類型的優(yōu)化模型同樣也對應(yīng)著不同方式的網(wǎng)絡(luò)求解算法。

2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化模型的求解算法

一般由于受到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)處理方式的制約與限制，大部分網(wǎng)絡(luò)資源部署并不具備專門性較強(qiáng)的集中性控制節(jié)點(diǎn)，在常規(guī)情況下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)著控制數(shù)據(jù)層面與控制層的雙向功能，有較強(qiáng)的負(fù)擔(dān)，因此，為達(dá)到系統(tǒng)性能優(yōu)化的目的，需規(guī)劃出占用資源少，復(fù)雜程度較低的求解算法。特別是針對自身攜帶能量比較少，能量補(bǔ)充途徑較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)能量節(jié)點(diǎn)，則不僅需要提升計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能，還需優(yōu)化其自身的求解算法。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化時主要遵照將復(fù)雜優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為簡單模型的思路。以下就主要介紹針對NP難問題的近似算法與時間收斂算法。

2.1近似算法

一般在探討計(jì)算機(jī)NP難問題的解決方案中，通常將近似算法應(yīng)用于其中，在系統(tǒng)一定的條件下，大部分系統(tǒng)NP難問題均與線性規(guī)劃問題存在大量的相似點(diǎn)，與其研究內(nèi)容有著不同程度的吻合度。常規(guī)來說，在解決計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化過程中的凸優(yōu)化問題時所選用的原—對偶方式，能夠在實(shí)施一定改造的前提下，配合系統(tǒng)處理，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行組合優(yōu)化，屬于近似算法的范疇。由于受到求解算法的通用影響，在對近似算法的設(shè)計(jì)過程中，同樣也會受到常規(guī)通用性技術(shù)的作用。一般在相對有限的時間內(nèi)所選取的系統(tǒng)優(yōu)化算法均為近似算法，它在設(shè)計(jì)、計(jì)算方面有著顯著簡單、方便的優(yōu)勢，多數(shù)NP難問題均可整合為整數(shù)線性規(guī)劃問題予以解決。

2.2時間收斂算法

通常時間收斂算法的應(yīng)用一般集中于對凸優(yōu)化方法的研究中。在整個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中，大部分能量均可歸結(jié)為凸優(yōu)化模型，囊括線性規(guī)劃、二次規(guī)劃等。為尋求最優(yōu)易解方案，通常需要將全局問題轉(zhuǎn)化為局部問題，秉承網(wǎng)絡(luò)效用最大化的原則，選用數(shù)值方法，迫近其最優(yōu)解。一般在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源的選擇與配置方面通常存在著部分離散型變量，其分布對可行域的凸性造成了破壞，影響了全局最優(yōu)解的分析與判定。而相對部分通信網(wǎng)絡(luò)而言，基于網(wǎng)絡(luò)資源的離散型配置特征，需著手其離散優(yōu)化問題。其中最具代表性的離散優(yōu)化便為網(wǎng)絡(luò)路由器的選擇，不僅需考慮網(wǎng)絡(luò)延時因素，同樣還需分析其最短路徑，從根本上保障系統(tǒng)保證配置的最高利用率。

3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化模型的實(shí)施方案

3.1集中優(yōu)化與分散優(yōu)化方案

針對集中優(yōu)化而言，該方案的實(shí)施需建立在約束集中控制器的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)計(jì)算所得出的最優(yōu)算法結(jié)果作為參考依據(jù)，進(jìn)行科學(xué)、合理的網(wǎng)絡(luò)資源分配處理。分散式優(yōu)化方案同樣有其自身實(shí)施的顯著特征。首先，其最優(yōu)求解過程實(shí)際上為與分布完成的重要過程，在整個計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，大部分核心部分均會參與到系統(tǒng)優(yōu)化程序中，并傳輸對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。而后，根據(jù)其所傳遞的數(shù)據(jù)信息資源來實(shí)現(xiàn)下一階段的調(diào)控處理工作。對比兩種優(yōu)化實(shí)施方案來說，分散式優(yōu)化方案具有運(yùn)行速度更快、節(jié)點(diǎn)通信容量更大、安全性更佳的優(yōu)勢。

3.2靜態(tài)優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化方案

靜態(tài)優(yōu)化方案在其具體實(shí)施過程中所有涉及到的參數(shù)均處于鎖定狀態(tài)中，而動態(tài)優(yōu)化方案的計(jì)算過程則會受到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式的影響，導(dǎo)致措施處理的延遲性。同樣對比兩種優(yōu)化方案來說，靜態(tài)優(yōu)化方案有其易解程度高、優(yōu)化結(jié)論更強(qiáng)等優(yōu)勢。而動態(tài)優(yōu)化方案則在真實(shí)性與適應(yīng)性方面優(yōu)于靜態(tài)優(yōu)化實(shí)施方案，有其真實(shí)度高、適應(yīng)性強(qiáng)的特征。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量優(yōu)化模型中，靜態(tài)優(yōu)化處理方法與動態(tài)優(yōu)化處理方法并不存在硬性的區(qū)分，兩者同樣可互相轉(zhuǎn)化。實(shí)際上，動態(tài)優(yōu)化實(shí)施方案同樣也是在一定時間范圍內(nèi)所執(zhí)行的某次靜態(tài)優(yōu)化結(jié)果。因此，在確定具體的處理方案時，通常需要將計(jì)算量與適應(yīng)性兩項(xiàng)因素納入考慮的范圍，選擇整體效果最優(yōu)的優(yōu)化模型。

作者：張肖莉單位：蘭州理工大學(xué)