尹方超

（河北對外經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院，河北 秦皇島 066311）

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分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)郵遞的QoS模型

尹方超

（河北對外經(jīng)貿(mào)職業(yè)學院，河北 秦皇島 066311）

摘 要：在信息通訊中傳統(tǒng)的單播網(wǎng)絡傳輸，一般采用Dijkstra最短路徑算法來建立點到點的最小路徑計算。文章針對廣域網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)動態(tài)、實時數(shù)據(jù)交換路由問題，對傳統(tǒng)的單播網(wǎng)絡傳輸?shù)腄ijkstra算法進行改進，提出了一種平衡網(wǎng)絡負載的QoS的路由算法。

關鍵詞：數(shù)據(jù)交換；網(wǎng)絡負載；Dijkstra算法

多約束路徑選擇問題是服務質(zhì)量路由所要研究的重要課題。由于它是一個NPC問題，許多啟發(fā)式算法被設計出來。目前，應用QoS比較廣泛的領導主要有多通信技術領域。在這當中的某些帶有啟發(fā)性的算法只能應用在網(wǎng)絡通信的路由尋找服務，而在廣域網(wǎng)絡中的分布式數(shù)據(jù)庫中進行數(shù)據(jù)傳遞過程中還來沒有過。

在廣域網(wǎng)中，常見的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用來進行數(shù)據(jù)交換的模式主要是端到端，隨著信息管理水平的提升，原有技術難以解決日益增長的數(shù)據(jù)交換需求。廣域網(wǎng)絡分布式數(shù)據(jù)庫節(jié)點間進行數(shù)據(jù)傳遞靠的是定期制定任務的方法來完成。對于各個給定的數(shù)據(jù)傳遞任務來說，每對源節(jié)點和目的節(jié)點之間的路徑是固定的，一般將源節(jié)點和目的節(jié)點的任務規(guī)定成一個時間變量。而Dijkstra算法是尋找單路徑當中最短路徑的常用方法。

對于單路徑路數(shù)據(jù)傳遞來說，最有可能遇到的問題就是用傳統(tǒng)算法所找出的路徑會超出通信鏈路所能夠承擔的負荷，從而給整個網(wǎng)絡造成網(wǎng)絡風暴。本文所用的改進的算法是記錄網(wǎng)絡中所有節(jié)點瞬間負載率，對這些負載節(jié)點進行對比分析，使其更具合理性，更加優(yōu)化網(wǎng)絡資源的利用率，從而給整個網(wǎng)絡提供一個相對穩(wěn)定的負載平衡。

1　傳統(tǒng)QoS路由模型分析

在廣域網(wǎng)絡中，傳的分布式數(shù)據(jù)節(jié)點一般會按一個有向圖的方式來組建，在本文，假設G=｛V，E｝為網(wǎng)絡的有向圖，其中V和E分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點集合和鏈路集合，而n和=m則對應分布式網(wǎng)絡中節(jié)點和鏈路的數(shù)量。假設（u，v）∈E，s為源節(jié)點，d為目的節(jié)點，從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑設成P。

那么在這條路由模型的QoS中就可以設置如下：

（1） 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡信道中的傳輸率模型。

假設：用R（u，v）來表示鏈路（u，v）上的實時數(shù)據(jù)傳輸率，用Ro來表示傳輸率的閾值，那么在路徑P上任意兩個相鄰節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸率必須滿足以下要求：

（2）網(wǎng)絡節(jié)點負載率。

其中S用來表示節(jié)點負載率，當數(shù)據(jù)傳遞的主節(jié)點經(jīng)過通信鏈路后就能夠獲得其主節(jié)點的總數(shù)量和空閑子節(jié)點的數(shù)量，如果子節(jié)點空閑的數(shù)量越多，那么代表當時的網(wǎng)絡負載越小。所以可以把網(wǎng)絡負載率用子節(jié)點的空閑率來表示。

（3）數(shù)據(jù)傳輸量。

用D來表示在網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭?，這個變量可以按任務配置的多少進行解析和對比，這樣就可以獲得傳輸任務發(fā)送的總數(shù)據(jù)量。

（4）傳輸時間。

用T來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，那么可以用數(shù)據(jù)傳輸量和數(shù)據(jù)傳輸即時速率得到如下公式：

（5）鏈路故障率。

假設用L（u，v 來表示鏈路（u，v）上的實時故障率，L0用來表示故障率的上限，在本模型中必須滿足如下公式：

（6）時間延遲。

假設每個節(jié)點和其相鄰節(jié)點間的傳輸時間用表示，而正常的通訊時間和表來表示。那么上述參數(shù)需滿足如下公式：

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換鏈路QoS模型中，使其滿足以上幾點，就可以用Dijkstra算法找出從由源節(jié)點到目的節(jié)點的最短路徑，但是路徑P需滿足以下條件：

其中，當QoS約束在滿足公式（6）的前提下就可以用作路徑尋找，然后在尋找到的諸多可行路徑當中再比較所用時間，哪個時間最少，那么當前的路徑就為最短路徑。

2　高效的Dijkstra尋找最短路徑算法分析

（1）QoS條件服務的預處理過程。

在本次過程當中，需要的數(shù)據(jù)有3個數(shù)據(jù)閾值，分別是數(shù)據(jù)的傳輸率閾值、節(jié)點間傳輸時延閾值和節(jié)點故障率閾值，而這3個閾值需要滿足以下公式的要求：

其中J（）uk表示和當前節(jié)點相鄰的所有點的集合。

（2）給定選擇最短路徑的原理。

（3）用Dijkstra算法求解最短路徑：

3　實驗數(shù)據(jù)對比分析

在本文當中，擬采用計算機仿真平臺對本實驗數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡環(huán)境進行模擬。具體數(shù)據(jù)設定如圖1所示。

圖1　完整的網(wǎng)絡節(jié)點分布圖

在圖1中，數(shù)據(jù)節(jié)點的閾值是當前信道在1M帶寬的前提下的最大傳輸率，因為每次在傳輸數(shù)據(jù)時總量是不相同的，所以用T（u，v）來表示實時的節(jié)點傳輸時間，再用Dijkstra路由算法求出從B點到V點的最短時延。

圖2　Dijkstra算法選路的最短路徑

按照上述要求可以選出從節(jié)點B到節(jié)點V的路徑為：

計算整個路徑的傳輸時延為16.554。

圖3　平衡網(wǎng)絡負載的Dijkstra路由選路選擇的路徑

同樣可以做出從節(jié)點B到節(jié)點V的最短路徑：

計算整個路徑的傳輸時延為17.651。

4　結語

從模擬仿真的數(shù)據(jù)結果可以看出，在改進的算法中，考慮了網(wǎng)絡負載平衡，盡管傳輸?shù)臅r間可能不是最短，但是從網(wǎng)絡QoS來看，有利于網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，盡可能避免了網(wǎng)絡擁塞。

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QoS Model of Dynamic Data Delivery in Distributed Database System

Yin Fangchao
（Hebei Institute of International Business and Economics，Qinhuangdao 066311，China）

Abstract:Information and communication in traditional unicast network transmission of general use Dijkstra shortest path algorithm to establish point-to-point shortest path calculation. In this paper，based on the dynamic and real-time data exchange routing problem of the distributed database system，the traditional unicast network transmission Dijkstra is improved，and a routing algorithm of QoS is proposed to balance the network load.

Key words:data exchange；network load ；dijkstra algorithm

作者簡介：尹方超（1983-），男，河北武安；研究方向：計算機網(wǎng)絡，計算機教學。