基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法研究

林翠云

（廣西華僑學(xué)校，廣西 南寧 530007）

1 基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法設(shè)計(jì)

1.1 確定緩存資源分配網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

為了提高網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源在分配中的效率，降低資源損失，本文引進(jìn)遺傳算法進(jìn)行緩存資源分配網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的確定。依據(jù)遺傳算法通過(guò)多次迭代完成頻譜無(wú)干擾信道的劃分，將該無(wú)干擾信道網(wǎng)絡(luò)劃分為個(gè)區(qū)域[1]，計(jì)算供用戶(hù)使用的無(wú)干擾信道離散度，設(shè)該離散度集合為F，則其表達(dá)式為

計(jì)算用戶(hù)總數(shù)和信道總需求量，并對(duì)其覆蓋點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行估計(jì)。其信道需求矩陣為

式中，m代表信道最小頻率間隔；n代表不產(chǎn)生干擾的額最小間隔。將分配信道矩陣設(shè)為m×n，則其存儲(chǔ)公式為

根據(jù)上述完成復(fù)用距離最小值和最小頻率間隔的計(jì)算，并將其分配給信道矩陣[3]。依據(jù)該矩陣完成其覆蓋點(diǎn)的提取，將覆蓋點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的提取。

1.2 基于SpsceWire的資源分配算法設(shè)計(jì)

在完成緩存資源分配網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的獲取后，引入SpsceWire算法實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的合理分配，為了確保分配效果，針對(duì)其分配算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。將網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中出現(xiàn)阻塞問(wèn)題頻率最高的位置作為路由節(jié)點(diǎn)[4]，并將其作為資源分配的突破口。在選擇阻塞行為發(fā)生概率最高點(diǎn)時(shí)，可針對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的阻塞行為發(fā)生概率進(jìn)行計(jì)算，其公式為

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上文從三個(gè)方面完成了基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法設(shè)計(jì)研究，為了檢驗(yàn)此方法可以在應(yīng)用中起到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、提供終端用戶(hù)優(yōu)質(zhì)資源分配服務(wù)的作用，下面將采用搭建仿真操作平臺(tái)的方式，開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

選擇某技術(shù)研究單位作為此次實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所，為了證明設(shè)計(jì)方法具有較強(qiáng)的適用性，可以實(shí)現(xiàn)在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下做到對(duì)資源的良好分配。在實(shí)驗(yàn)前，選擇該科研機(jī)構(gòu)內(nèi)一個(gè)呈現(xiàn)開(kāi)放狀態(tài)的Opnet平臺(tái)作為此次實(shí)驗(yàn)的操作平臺(tái)。在此平臺(tái)中集成網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，預(yù)設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源交互與共享模塊。對(duì)實(shí)驗(yàn)操作區(qū)域的布設(shè)可參照?qǐng)D1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源共享空間結(jié)構(gòu)

在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源共享空間中，Node表示源端生產(chǎn)的數(shù)據(jù)單元，相關(guān)數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)Q時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在源端被整理成文件包的形式用于后續(xù)緩存?zhèn)鬏敗?/p>

在實(shí)驗(yàn)中，由操作端實(shí)時(shí)記錄終端對(duì)于資源的需求時(shí)間（請(qǐng)求指令發(fā)送時(shí)間）、共享空間對(duì)于指令的反饋時(shí)間（資源開(kāi)始分配的時(shí)間），對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源在完成分配后的單位時(shí)間傳輸量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果繪制成圖，如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源單位時(shí)間傳輸量

從圖2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，在終端用戶(hù)發(fā)出請(qǐng)求信息之后，緩存資源共享空間能夠根據(jù)不同終端用戶(hù)的需求，進(jìn)行緩存資源的分配。根據(jù)曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)可以看出，資源在分配中的變化幅度相對(duì)穩(wěn)定，由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法，可以在實(shí)際應(yīng)用中起到對(duì)資源均衡分配的作用。

完成上述設(shè)計(jì)后，選擇基于Wireless HART的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法作為傳統(tǒng)方法，使用傳統(tǒng)方法和本文方法兩種方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源在分配過(guò)程中的阻塞率進(jìn)行計(jì)算。統(tǒng)計(jì)前端緩存資源、需求資源、接收資源的字節(jié)量，按照式（6）對(duì)資源在分配過(guò)程中的阻塞率進(jìn)行計(jì)算。

式中，Y為資源在分配過(guò)程中的阻塞率；n為分配節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)。

參照上述計(jì)算公式，對(duì)基于Wireless HART的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法，在分配資源時(shí)的阻塞量進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)成表格，如表1所示。

表1 兩種方法在分配網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源時(shí)的阻塞率

根據(jù)表1的內(nèi)容可以看出，在進(jìn)行相同鏈路的網(wǎng)絡(luò)資源分配傳輸時(shí)，本文方法能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn)對(duì)資源的阻塞率控制在一個(gè)相對(duì)較低的水平，而傳統(tǒng)方法無(wú)法落實(shí)此項(xiàng)工作。由此可以得出對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)論：相比基于Wireless HART的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法，本文設(shè)計(jì)的基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法，可以在實(shí)際應(yīng)用中起到降低網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配阻塞率的作用，以此種方式降低緩存資源在節(jié)點(diǎn)的丟失現(xiàn)象，提高分配過(guò)程中對(duì)資源的利用率。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從確定緩存資源分配網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)交互約束條件、基于SpsceWire的資源分配算法三個(gè)方面，對(duì)基于遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配方法展開(kāi)設(shè)計(jì)研究。通過(guò)實(shí)踐操作證明，本文設(shè)計(jì)的方法可行，并且在實(shí)際應(yīng)用中可以起到降低網(wǎng)絡(luò)通信緩存資源分配阻塞率的作用。在后續(xù)的研究中，將加大對(duì)此方法的設(shè)計(jì)投入，進(jìn)一步優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)將此方法在市場(chǎng)內(nèi)廣泛推廣的目標(biāo)?！?/p>