王凱++苗英瑞++劉怡紅

摘要：對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行提高，優(yōu)化方法在其中的地位非常關(guān)鍵，是提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制的理論依據(jù)，傳統(tǒng)的啟發(fā)式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法存在的一些缺陷，在優(yōu)化方法中都得到了有效解決。以優(yōu)化方法為基礎(chǔ)的機(jī)制設(shè)計(jì)以及性能評(píng)價(jià)屬于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)領(lǐng)域中研究中的前沿。該文還介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化算法的通用表達(dá)形式，還將不同的類型進(jìn)行了分類，最后對(duì)不同優(yōu)化算法的實(shí)施方案進(jìn)行了分析對(duì)比，總結(jié)出它們之間的聯(lián)系與區(qū)別。

關(guān)鍵詞：服務(wù)質(zhì)量；優(yōu)化方法；總結(jié)分析；性能評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）15-3498-02

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)在現(xiàn)代社會(huì)中取得了非常廣泛的擴(kuò)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用也越來越多，需求量在增加的同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求也越來越高，因此為了能夠使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的正常部署得到保障，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化提高就顯得非常的重要，對(duì)特定行業(yè)中的服務(wù)質(zhì)量則要盡可能的提高并且保障計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的正常運(yùn)行。與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)聯(lián)的因素有很多，比如說：網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)吞吐率等等。有種說法稱上述因素為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議效用，就現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，資源的現(xiàn)狀處于供不應(yīng)求的狀況。要想對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行提高，既要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行評(píng)價(jià)，還有一項(xiàng)工作就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行再造，采用優(yōu)化理論建設(shè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化模型并對(duì)其進(jìn)行分析，進(jìn)而能夠得到最接近用戶要求的網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)施機(jī)制。

為了對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化而建立的優(yōu)化模型的結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)優(yōu)化問題所采用的算法有著直接的影響，就優(yōu)化方案的實(shí)施方向由優(yōu)化過程中易解問題以及NP-難問題決定。至少要在精確地得到最好的服務(wù)質(zhì)量以及盡最大的能力獲得次優(yōu)方案，當(dāng)然能夠同時(shí)得到這兩者則更好。在優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量中較為關(guān)鍵的問題就是采取何種手段能夠?qū)⒌玫降膬?yōu)化算法在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)控制中得到良好的應(yīng)用，再造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境這個(gè)工程的工程量較大，并具循環(huán)性，循環(huán)的過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量提升有良好推動(dòng)作用。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化算法應(yīng)用主要如下幾個(gè)層面：對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化方案模型以及優(yōu)化算法通用表達(dá)形式進(jìn)行了深刻描述；對(duì)不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的求解方法進(jìn)行了探討，對(duì)比分析不同網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)施的方案，并且得到不同優(yōu)化方案之間的聯(lián)系以及不同的地方。

1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化方案優(yōu)化模型的表達(dá)形式以及分類

何謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在的目的就是為了為用戶提供更好的服務(wù)質(zhì)量，希望能夠吸引更多的用戶，將大量的潛在的互聯(lián)網(wǎng)用戶通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量發(fā)掘出來，逐漸的對(duì)互聯(lián)網(wǎng)用戶使用感受進(jìn)行提高。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以看作是日常生活中的生產(chǎn)者以及消費(fèi)者兩者組成的消費(fèi)系統(tǒng)。生產(chǎn)者在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中代表的就是服務(wù)主體，是整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)資源的提供方，消費(fèi)者就代表使用網(wǎng)絡(luò)資源的用戶，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的利用以及獲取都是通過生產(chǎn)者實(shí)現(xiàn)的，可以說生產(chǎn)者決定了用戶網(wǎng)絡(luò)資源的分配形式。就以無線網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說明，現(xiàn)在的有線寬帶的資源是無法滿足所有網(wǎng)絡(luò)用戶的，所以就需要發(fā)展無限網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)來滿足更多網(wǎng)絡(luò)用戶的網(wǎng)絡(luò)需求，就此情況計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域業(yè)內(nèi)提出了一種新型的網(wǎng)絡(luò)訪問技術(shù)——?jiǎng)討B(tài)頻譜訪問技術(shù)，拓展了該種技術(shù)后，越來越多的業(yè)內(nèi)人士逐漸的重視起來網(wǎng)絡(luò)資源配置問題。網(wǎng)絡(luò)資源配置問題直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生一系列的影響，比如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的多數(shù)指標(biāo)都受到網(wǎng)絡(luò)資源配置問題的影響等等。在線在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的利用率與網(wǎng)絡(luò)資源分配有著非常密切的聯(lián)系，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的分配均衡與否直接對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的公平性產(chǎn)生重要的影響。

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的過程中網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度是不可避免的一個(gè)重要的影響因素，就網(wǎng)絡(luò)用戶以及整個(gè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而言，在網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù)執(zhí)行以及在對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)的不同都是會(huì)對(duì)自身產(chǎn)生影響的?？梢詫⒆畲蠡W(wǎng)絡(luò)吞吐率的網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度策略看做是以時(shí)間來對(duì)資源進(jìn)行分配，通過這樣的方法使得能夠獲取最少的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)而極高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型建立相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)調(diào)度在此狀況下看做是在有限網(wǎng)絡(luò)資源狀況下的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量最大化的目標(biāo)決策的一個(gè)過程。

研究對(duì)象的不同，直接導(dǎo)致不同的目標(biāo)函數(shù)，可以將目標(biāo)分為終端用戶所關(guān)心的目標(biāo)以及在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商心中占有重要地位的目標(biāo)這兩大類；就進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的自由度而言，變量的個(gè)數(shù)直接會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，而且決策變量與對(duì)應(yīng)調(diào)度策略往往都是呈對(duì)應(yīng)關(guān)系的；就網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度，可以進(jìn)行調(diào)度的資源量受到了網(wǎng)絡(luò)資源約束條件的影響，并且其還對(duì)部分的技術(shù)策略撒謊能夠的限制進(jìn)行了一定程度的規(guī)定；上述四個(gè)元素中的固定參數(shù)指的就是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的常量，于網(wǎng)絡(luò)中的不能變化的。

效用函數(shù)即通用度最為廣泛目標(biāo)函數(shù)，可以將其作為一種客觀的物理指標(biāo)也可以在客觀因素中摻有少量的主觀因素。通常情況下的效用函數(shù)都單調(diào)陡增。提供理論基礎(chǔ)來對(duì)最大化效用問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使之成為凸優(yōu)化問題。

有關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化方法的優(yōu)化模型分類方法，有以下的幾種分類方法：按照函數(shù)與變量類型為依據(jù)進(jìn)行分類；憑借優(yōu)化模型的求解方法的不同進(jìn)行分類；根據(jù)不同的模型的實(shí)施方案的不同進(jìn)行分類等等。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型求解算法研究說明

現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)只有有限數(shù)量的處理資源，至今為止依舊有很多的網(wǎng)絡(luò)部署缺乏專門的集中控制地點(diǎn)，這無疑會(huì)加大節(jié)點(diǎn)的工作量，既要負(fù)責(zé)控制還得負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)。在這種情況下需要設(shè)計(jì)出一種類似于無線傳感器或者具有較高實(shí)時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的一種節(jié)點(diǎn)，該種節(jié)點(diǎn)具有頻繁對(duì)能量進(jìn)行補(bǔ)充不方便以及本身并不具備大量能量的特點(diǎn)，要想實(shí)現(xiàn)這種節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)成功，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行提高的優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)顯得非常重要，而且就這種優(yōu)化算法本身而言也有必要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。下面主要介紹其中的幾種優(yōu)化算法：

①凸優(yōu)化算法：這種優(yōu)化算法在大量的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型中都得到應(yīng)用，因?yàn)槎喾N優(yōu)化模型都屬于凸優(yōu)化問題范圍中，發(fā)現(xiàn)的問題是否具備凸性質(zhì)在一定程度上會(huì)對(duì)尋找最優(yōu)方案是不是易解產(chǎn)生決定性作用。到現(xiàn)在大量的網(wǎng)絡(luò)效用最大化研究就是以凸優(yōu)化問題的解決形式為基礎(chǔ)的。就最大化網(wǎng)絡(luò)效用模型而言，它的目標(biāo)函數(shù)就是凹函數(shù)。endprint

②整數(shù)規(guī)劃的多項(xiàng)式算法：離散決策變量普遍存在于安置以及選擇網(wǎng)絡(luò)資源的過程中，離散分布的點(diǎn)對(duì)可行域的凸性具有一定程度的破壞作用，通常情況下在多項(xiàng)式時(shí)間里是不能夠找到全局最優(yōu)解的。然而在一般的通信網(wǎng)絡(luò)中，資源的配置是離散化的，離散的資源配置就會(huì)產(chǎn)生大量的離散優(yōu)化的問題，這其中最為典型的問題就是對(duì)路由進(jìn)行選擇產(chǎn)生的優(yōu)化問題，在此算法中，若僅僅只對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行考慮，網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化中的路由選擇問題則可以通過模型化使之轉(zhuǎn)化為一個(gè)路徑最短問題的解決。

圖1 NP-難問題規(guī)約經(jīng)典問題和求解方法

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)化模型具體的實(shí)施方式

3.1 針對(duì)分布式優(yōu)化和集中式優(yōu)化

分布式優(yōu)化的實(shí)施方案中最明顯的特征表現(xiàn)在：此優(yōu)化方案采取并發(fā)執(zhí)行的方式并且是較集中的優(yōu)化，因此有關(guān)的優(yōu)化問題的求解過程和分布式是同時(shí)進(jìn)行且同時(shí)完成的一個(gè)過程。這就使得任務(wù)集中在同一個(gè)機(jī)器上完成時(shí)，分布式優(yōu)化使運(yùn)行速度更快，節(jié)通信息量更大，安全性更高。

對(duì)于集中式優(yōu)化來講，此優(yōu)化方案可以利用計(jì)算中已經(jīng)得到的結(jié)果作為將資源合理分配的一個(gè)參照（控制集中器裝置作用下），從而將任務(wù)進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際操作中，優(yōu)化過程涉及到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵階段，以此對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞。

3.2 動(dòng)態(tài)優(yōu)化和靜態(tài)優(yōu)化

對(duì)動(dòng)態(tài)優(yōu)化進(jìn)行分析，該優(yōu)化方案定制的相應(yīng)決策與措施往往是為了避開網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)等因素的影響，從而致使在不同時(shí)間點(diǎn)上所做的措施存在一定的差異。較之動(dòng)態(tài)優(yōu)化，靜態(tài)優(yōu)化方案更加完善一些。因?yàn)殪o態(tài)優(yōu)化方案的算法執(zhí)行過程中涉及的參數(shù)都為鎖定狀態(tài)，所以其實(shí)施方案得出的優(yōu)化結(jié)果會(huì)強(qiáng)，易解程度更高，在適應(yīng)性和真實(shí)性上更加低。

4 結(jié)束語

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量中，采取有效合理的優(yōu)化方法可以極大的使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體水平提高，并且充分考慮各種不同因素從而采取相應(yīng)的實(shí)施方案來應(yīng)對(duì)在實(shí)際應(yīng)用中的各種情況。該文針對(duì)不同方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析，以便讀者對(duì)優(yōu)化模型的不同分類進(jìn)行深入地了解。

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