多径信道下网络多媒体P2P资源的自适应调度方法.pdf

收稿日期:基金项目:安徽省教育厅高校优秀青年人才支持计划项目(项目编号:)作者简介:王玉讲师本科:.通信作者:张海民副教授硕士研究方向:深度学习、图像处理:.:./.多径信道下网络多媒体 资源的自适应调度方法王 玉张海民(.宣城职业技术学院 信息与财经学院安徽 宣城.安徽信息工程学院 计算机与软件工程学院安徽 芜湖)摘 要:由于资源调度路径的负载与路径节点的传输能力存在差异资源传输效率难以得到保障因而提出了一种多径信道下网络多媒体 资源的自适应调度方法 该方法将 资源数据划分为 个要素以影响因素指标为基础构建了资源信息熵度量矩阵通过个性化赋权的方式对资源进行评估从堆积队列长度和堆积资源大小 个角度计算了路径的利用率结合评估结果按照自适应的方式对路径进行初步筛选再通过分析筛选路径上节点传输能力对资源的适应性进行调度路径的二次筛选实现资源的高效调度 测试结果表明该方法的路径吞吐量可以达到.时延稳定在.以内具有良好的调度效果关键词:多径信道网络多媒体 资源自适应路径利用率节点传输能力中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.第 卷 第 期 年 月 湖 北 理 工 学 院 学 报 .:随着信息技术不断发展以网络为基础的信息交互方式逐渐成为主流 在信息爆炸的大环境下网络资源的数据规模也呈现出明显的爆发趋势特别是以多媒体形式存在的 资源广泛应用于生产与生活 在当今网络环境下信息传输的信道已不再以单一的形式存在多径信道的覆盖范围基本涵盖了人们日常用网的各个方面 面对越来越高的多媒体资源获取需求如何实现对资源的高质量调度以及信息传输时的信道选择成为众多学者关注的问题 李萌等改进了原有的 算法实现了对云计算资源调度过程中的路径选择优化大大降低了传输链路径资源出现堵塞的概率提高了资源调度的效率但缺少对传输资源属性以及大小的考量传输路径的分配合理性存在一定的提升空间部分路径的传输带宽未得到充分利用 胡程鹏等将遗传算法应用到 资源的调度算法中通过迭代的方式计算与待传输资源的匹配最优路径实现了路径带宽与资源大小的高度匹配但其计算时间相对较长传输效率有待提高多径信道下的资源调度问题不仅要考虑路径负载还要考虑待传输资源的属性 为此本文提出一种多径信道下网络多媒体 资源的自适应调度方法分析传输路径的负载以及信道上对应节点的传输能力按照自适应的基本原则实现对多媒体 资源的调度并通过实验测试验证设计方法的有效性以期为网络资源的调度优化提供参考网络多媒体 资源的评估实现多媒体 资源高效调度的关键是合理选择调度路径 本文先对传输资源进行评估借助 信息熵理论构建资源评估模型结合评估结果对传输路径做进一步选择 将 资源数据划分为 个要素并建立对应的影响因素指标构建资源信息熵度量矩阵完成对 数据的度量 在构建矩阵之前考虑到 资源的多样性先对待调度的数据进行归一化 但是需要注意的是划分的 个要素并非每个资源都全部具备也有可能存在部分资源的要素构成是以单一形式存在的 因此本文构建的资源信息熵度量矩阵是以要素的影响因素为基础的表示为:()式()中 为资源的信息熵度量矩阵为第 个要素对应的第 个影响因素由式()可以看出资源的信息熵度量结果最终将是由 和 构成分别表示资源中不包含该影响因素和包含该影响因素结合式()定义 资源并变换处理资源的矩阵输出值过滤掉数值为 的影响因素表示为:()()式()中为变换处理后的结果 将该结果作为计算资源信息熵的最终数据建立评估模式():()()式()中 为常数 在对资源进行调度时由于不同要素对路径占用情况以及节点传输能力的需求存在差异以相同的标准计算会影响最终评估结果的精度 为此本文对式()做进一步优化对信息熵影响因素进行个性化赋权权重为:()()()式()中为对 的赋权结果 网络多媒体 资源的评估结果 为:()值越大表示待传输资源对传输路径带宽和路径上节点传输能力的要求越高 湖 北 理 工 学 院 学 报 年多径信道下网络多媒体 资源的调度.路径自适应选择获得待调度资源的评估结果后首先对路径进行选择通过分析路径的负载将负载低于拥塞标准的路径作为备选路径 决定路径负载的指标主要有 个分别是路径上任务流的堆积队列长度和路径上待传输资源规模的大小 由于路径的缓冲区可以暂存资源因而路径的利用率是路径负载的最直接表现 假设某路径对应的待传输资源规模为 数据量为 路径带宽为 此时路径的基础利用率 为:()()()式()中 为路径缓冲区对资源负载系数的稀释参数 为资源对路径的原始利用率由资源的基本属性决定 结合上文分析得到的资源评估结果 可以表示为:()()()式()中()为在 时刻路径的剩余可利用带宽()为在 时刻路径缓冲区的资源堆积规模 ()不仅受堆积队列长度的影响同时也受对应资源大小的影响其计算方式为:()()()()式()中()和()分别为 时刻路径堆积队列的平均长度和堆积资源的平均大小根据自适应的基本原则以待调度的网络多媒体 资源的评估结果为标准对传输路径进行初步筛选通过分析路径的基础利用率和资源评估结果之间的关系选择路径即:当路径的基础利用率大于资源传输需求时将此时路径作为资源传输的路径当路径的基础利用率等于资源传输需求时将此时路径作为资源传输的备用路径该类路径一旦出现异常资源传输请求时极有可能出现难以负担目标资源的传输需求造成负载异常影响传输效果当路径的基础利用率小于资源传输需求时直接过滤掉此时路径 以此作为路径自适应传输的初步筛选结果为后续的二次自适应筛选提供可靠基础.路径节点自适应选择在完成路径的初步筛选后根据路径的负载特征计算路径上对应节点的负载特征值并将其与待传输资源进行自适应分析作为资源调度的二次选择 由于节点的特征值是随心跳数据包在路径上传导的因此路径的根节点是对所有子节点的负载信息的综合反馈本文根据网络多媒体资源均衡化分布的基本原则对虚拟机的调度能力、调度路径物理节点进行判断 假设某初步筛选后的路径为 包含的物理节点数量为 此时堆积队列最长的节点即为路径的主要负载节点其负载强度为:()式()中为 路径对应的负载为堆积队列所处节点的负载 为路径所处环境中虚拟机的类型 为与物理节点 对应的虚拟机数量为虚拟机的处理能力从式()中可以看出节点的负载能力主要取决于虚拟机处理能力 实际上该能力是由、内存和宽带 个因素共同决定的其计算方式为:()()式()中为物理节点处理能力的量化值 为虚拟机的运行周期在实现对路径节点传输能力计算的基础上同样采用自适应的方式对节点与待传输资源进行匹配将满足传输需求的节点作为网络资源调度的最终选择 首先对路径上的节点进行初始化处理考虑到路径上资源的传输是处于动态模式下的本文在节点自适应计算中引入时间机制并对节点周围邻域路径成立的可能性进行计算判断节点的负载是否能够满足资源传输需求 满足则直接作为资源调度的下一节点不满足则在邻域中选择新节点重复上述计算直至满足传输需求以此实现对网络多媒体 资源的高效调度 节点自适应选择流程如图 所示第 期 王 玉张海民:多径信道下网络多媒体 资源的自适应调度方法 图 节点自适应选择流程实验测试为了测试本文调度方法的应用效果以文献和文献提出的方法作为对照组进行实验分析 种方法的调度结果对本文方法进行客观评价.测试环境搭建实验测试应用的 为 对应的操作系统为 ()系统搭载的内核版本为.搭建网络多媒体 资源调度虚拟实验平台网络传输带宽为.待调度的数据包最小为.最大为 调度的队列均匀分布于 层和 层对应每个调度任务数据流都具有 条 队列 实验过程中记录 种方法在对资源进行调度时的路径吞吐量和对应的传输时延.测试结果及分析首先统计 种方法对网络多媒体 资源调度结果的吞吐量每隔 计算在该时间段内的平均吞吐量持续 以 次测试的平均值作为最终的结果 种方法在指定时间内的平均吞吐量见表 从表 可以看出在 种方法中文献 方法和本文方法的平均吞吐量都随时间呈稳定上升的趋势而文献方法的平均吞吐量在 出现了回落 这是因为随着时间推移信道上的传输资源增加在进行遗传算法选定时是以计算该时刻当下的路径状态为基础开展的计算过程 中 路 径 的 状 态 也 会 发 生 改 变 文 献方法与本文方法相比吞吐量的上升趋势更加缓慢 因为文献 方法虽然充分考虑了路径的负载但是对于节点传输能力的分析不够充分 本文方法实现高吞吐量的同时能够确保快速增长主要原因就在于从路径负载和节点传输能力 个角度对资源的分配进行自适应调度提高了传输效率表 种方法在指定时间内的平均吞吐量时间/文献方法/文献方法/本文方法/.在此基础上进一步分析 种方法对路径选择时的可靠性统计 次测试中 种方法的传输时延结果见表 从表 可看出文献方法的时延基本稳定在.之间具有较高的稳定性但时间相对较长 文献方法的时延波动范围较大最小值仅.最大值达到.稳定性较低 本文方法的时延始终在.以内具有较高的稳定性同时保持在较低的状态 与上文平均吞吐量的测试结果相契合即时延短相应地相同时间内信道吞吐量也就越高表 种方法在资源调度时的传输时延序号文献方法文献方法本文方法.湖 北 理 工 学 院 学 报 年结论针对由于信道负载和节点传输能力限制引起的资源调度效率问题本文提出了多径信道下网络多媒体 资源自适应调度方法建立了路径负载模型按照自适应的原则分析了待调度资源在不同功能路径上出现堵塞情况的概率进行初次调度路径的选择根据路径上节点可传输资源大小的上限对资源调度路径的选择进行二次自适应筛选以此实现了稳定、快速的资源调度提高了传输路径的吞吐量降低了资源传输时延本文方法虽然在测试中取得了良好的结果但是仍存在进一步优化提升的空间在之后的研究中 可以从以下 个 方 面 入 手:资源随着信息时代的发展也将衍化出更多类型可以建立更加具体的分析模型实现对待传输资源的快速判断减少计算时间资源调度路径上对应的节点数量也是影响调度效率的关键因素在之后的研究中可以补充对路径节点数量的筛选环节通过 次自适应的方式进一步优化路径选择结果参 考 文 献 郝志峰黄泽林蔡瑞初等.基于 的分布式资源动态调度与协同分配系统.计算机工程():.赵秀梅钟新成.基于参数提取算法的拥塞网络多属性资源调度域划分.西安工程大学学报():.牛秦玉杨荣田海波.基于 通信的网络高覆盖率资源优化调度仿真.计算机仿真():.赵文君周金和王晶.面向 网络云原生应用资源调度的博弈优化策略.计算机工程():.杜晓明王晓韩双双等.一种能效最大化的一体化观测网络任务调度优化方法.系统工程理论与实践():.李萌刘鑫.基于改进 的云计算资源调度路径优化研究.计算机仿真():.胡程鹏薛涛.基于遗传算法的 资源调度算法.计算机系统应用():.郑岚.多信道通信网络环境下基于节点组簇技术通信资源调度算法.山西能源学院学报():.李锦煊王维.基于智能电网的 网络切片资源优化分配模型构建及仿真.自动化与仪器仪表():.滕碧红.基于能耗与负载差异化管理的 节点调度算法研究.新乡学院学报():.(责任编辑 王 书)(上接第 页)黄海涛程桦赵红飞等.高铁隧道穿越采空区段围岩变形受力规律分析.科学技术与工程():.李凌云.富水深基坑边坡变形规律分析.河南城建学院学报():.吉迪恩格兰尼尾岛俊雄.城市地下空间设计.许方于海漪译.北京:中国建筑工业出版社:.安辰亮冯卫星王道远等.车站异形深大基坑施工过程试验研究.铁道工程学报():.吴瀚.装配式地下车库构件尺寸优化及拼接过程结构力学特性研究.北京:北京交通大学.刘阳.地下立体车库关键交叉节点部位结构稳定及施工优化研究.北京:北京交通大学.戴成元刘鹏博.地下车库结构抗浮稳定性.辽宁工程技术大学学报(自然科学版)():.颜敬王树峰贺红星等.武汉滨江核心区地下空间环路工程设计与施工技术.施工技术(中英文)():.张创.井筒式地下车库的结构及其施工力学行为研究.成都:西南交通大学.(责任编辑 李玉花)第 期 王 玉张海民:多径信道下网络多媒体 资源的自适应调度方法