計算機網(wǎng)絡(luò)的改善探究

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本文作者：葉霏 單位：湖北工業(yè)大學商貿(mào)學院

計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機工作的重要基礎(chǔ)，隨著計算機技術(shù)的普及，網(wǎng)絡(luò)對人們的影響越來越重要。如在校園網(wǎng)絡(luò)中，校園網(wǎng)絡(luò)集成了管理服務(wù)、學校教學等各種應(yīng)用系統(tǒng)和任務(wù)，它已成了科研信息化、管理網(wǎng)絡(luò)化、教學現(xiàn)代化的重要平臺和學校信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。在現(xiàn)代化的工廠中，管理者通過建立局域網(wǎng)和能夠部分連接廣域網(wǎng)特定網(wǎng)絡(luò)，把共有資源實現(xiàn)了共享，方便了科學管理和員工學習。但隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的增多和遠程開放程度的增加，網(wǎng)絡(luò)不得不支持越來越多的服務(wù)系統(tǒng)，因此，許多計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)表現(xiàn)的越來越不堪重負。要想使網(wǎng)絡(luò)能夠承擔不斷增加的重任和提高其利用率，就不得不對計算機網(wǎng)絡(luò)實施優(yōu)化。計算機的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是指通過分析、計算、測試等方式找出現(xiàn)行計算機中存在的影響其網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量的問題，然后通過采取相應(yīng)的科學技術(shù)手段進行修補或改善，從而優(yōu)化計算機的上網(wǎng)速度，使網(wǎng)絡(luò)達到更佳的運行狀態(tài)，使網(wǎng)絡(luò)資源得到充分利用。早期的一些算法考慮拓撲優(yōu)化、流量分配較多，且多為試探算法，不能獲得最優(yōu)解，已經(jīng)不能滿足當前計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的需求。

1計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的原則

在對計算機網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計時，優(yōu)先采用突現(xiàn)主要因素、縮小次要因素的原則簡化設(shè)計問題，將復(fù)雜計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計簡化成幾個相對簡單的模塊進行優(yōu)化，最終達到優(yōu)化的目的。對于簡單的模塊，采用單變量優(yōu)化法，即保持約束條件不變，讓其他因素的影響控制在一定范圍沒，只對一個變量進行調(diào)整，以獲得針對該變量的優(yōu)化目標函數(shù)結(jié)果。當然，計算機網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的具體目的和實施要求不同，優(yōu)化采取的具體方法和原則也不盡相同。計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化可以采用6組元法來確定，6組元分別為網(wǎng)絡(luò)的總費用（D）、網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)（L）、網(wǎng)絡(luò)中各條鏈路的容量（c）、網(wǎng)絡(luò)中各條鏈路上的報文流量（λ）、全網(wǎng)絡(luò)的吞吐率（γ）、網(wǎng)絡(luò)的平均時延（T）。采用該種方法確定計算機網(wǎng)絡(luò)中6組元之間的影響關(guān)系時，首先將計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的整個任務(wù)分成若干子模塊，在這些模塊中逐一改變變量，進行單一變量優(yōu)化，最后將逐一優(yōu)化出來的結(jié)果組合，折衷取舍以獲得整個計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化結(jié)果。在這些因素當中，它們隨著時代變化和科技技術(shù)進步而出現(xiàn)不斷變化的位置關(guān)系。如近些年來，計算機網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)設(shè)備價格越來越低，而功能卻越來越強大，高速通信信道也已連通了主要的信息集散點，大大降低了網(wǎng)絡(luò)成本費用。那么，計算機網(wǎng)絡(luò)流量分配、信道容量分配及拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化已不再是計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重點。相反的，計算機網(wǎng)絡(luò)鏈路容量、通信信道建設(shè)和維護成了人們關(guān)注的重點，怎樣才能減少資源耗費和網(wǎng)絡(luò)成本費用，怎樣能夠使全網(wǎng)內(nèi)所有的信道都能獲得較均勻的負荷且使平均延時變的更小，成為了計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵問題。

2計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計優(yōu)化舉例

隨著世界計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和通信網(wǎng)絡(luò)的飛速進步，人們把更多的目光投向了計算機網(wǎng)絡(luò)鏈路容量的優(yōu)化設(shè)計。研究人員以6元組法為基礎(chǔ)，提出了一種適用于分布式和集中式計算機網(wǎng)絡(luò)的鏈路容量優(yōu)化設(shè)計方法，在本優(yōu)化方法中，人們可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)鏈路容量的優(yōu)化函數(shù)求得整體最優(yōu)解，解決計算機網(wǎng)絡(luò)鏈路容量設(shè)計的關(guān)鍵問題。其設(shè)計示例如下：首先要選定一個等待優(yōu)化的計算機局域或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)可以是為社會提供服務(wù)的公共承載型的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，也可以是一個單位的公用局域或基于網(wǎng)上的一個信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)，如企業(yè)、政府機構(gòu)或?qū)W校。前者的吞吐率γ為這個公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上所有用戶使用的報文流量總和，后者的吞吐量γ則是這個企業(yè)、政府機構(gòu)或該單位內(nèi)全體用戶在使用這個信息系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的報文流量總和。采用忽略次要因素的原則，把所有報文源產(chǎn)生的報文流都是Poisson流，那么相應(yīng)的全網(wǎng)各鏈路上Poisson報文流也肯定都是Poisson流。在處理各報文源產(chǎn)生的報文流時，我們根據(jù)實際情況認為報文流都是按負指數(shù)分布的，其平均長度為1/μ。由此認為，各鏈路服務(wù)時間的分布也呈現(xiàn)除了負指數(shù)分布。另外，全網(wǎng)所有的鏈路都是M/M/1模型系統(tǒng)排隊。采用某種確定的路由算法，則各鏈的報文流量（即報文到達率）λi（i=1，2，…，N）是確定的。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)最初設(shè)計時已經(jīng)確定，全網(wǎng)的平均時延為常用值T。Ci為i鏈的容量，Ki為i鏈的費率，則全網(wǎng)的鏈路總費用為niii1D(c)KC==∑，在全網(wǎng)平均時延不超過T的約束下，求使D最小的鏈路容量Ci，i=1，2，…，N。那么此時，呈現(xiàn)在我們面前的就是一個非線性規(guī)劃的問題從公式中，我們可以容易得出（gc）是凹函數(shù)，D（c）是凸函數(shù)。當函數(shù)D（c）取極值時滿足庫恩-圖克（Kuhn-Tucker）條件，且為必要充分條件。當函數(shù)滿足庫恩-圖克條件時，點C*，C*是本問題的K-T點，則C*是極值點。因為D（c）和g（c）在其定義域內(nèi)是連續(xù)可微的，C*在D（c)和g（c）的定義域內(nèi)，故D（c）和g（c）在C*處連續(xù)且可以微分。通過g（c）是凹函數(shù)，D（c）是凸函數(shù)可知，在本非線性函數(shù)中的可行點C*滿足庫恩-圖克條件，所以，C*是上述非線性規(guī)劃的整體最優(yōu)解?？梢姡诒灸Ｐ驮O(shè)計中，只要求出帶約束條件的（3）式和（4）式，就能確定非線性規(guī)劃的庫恩-圖克點C*，即這個非線性規(guī)劃設(shè)計的整體最優(yōu)解C*。本設(shè)計算法通過求得問題的整體最優(yōu)解而解決了目前許多計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中容易存在的基礎(chǔ)問題，即計算機網(wǎng)絡(luò)鏈路容量的優(yōu)化設(shè)計。采用該種優(yōu)化設(shè)計模型很巧妙的解決了問題，同時滿足了新形勢下網(wǎng)絡(luò)設(shè)計需要，摒除了以前網(wǎng)絡(luò)設(shè)計計算方法中只能求出近似最優(yōu)解和以網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費用等為關(guān)鍵條件的不合理。

3結(jié)論

隨著時代的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)對人們在影響在不斷加強，而其優(yōu)化設(shè)計也不得不隨時展。計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化是一個需要付出很多努力而很難得到最佳結(jié)果的多目標優(yōu)化問題，為了簡化設(shè)計，人們發(fā)展了突出主要因素，忽略次要因素的優(yōu)化方法，把計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題簡化為多種規(guī)劃問題。隨著世界社會信息化不斷發(fā)展和計算機網(wǎng)絡(luò)用戶的不斷增加，會有越來越多人們參與到計算機網(wǎng)絡(luò)使用和優(yōu)化過程中，人們會找出更多更好的優(yōu)化方法解決問題。相信，那時計算機網(wǎng)絡(luò)能夠滿足人們對計算機網(wǎng)絡(luò)的更高要求，計算機網(wǎng)絡(luò)也能發(fā)揮其更加重要的理論意義和實用價值。