尹方超

（河北對(duì)外經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，河北 秦皇島 066311）

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分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)郵遞的QoS模型

尹方超

（河北對(duì)外經(jīng)貿(mào)職業(yè)學(xué)院，河北 秦皇島 066311）

摘 要：在信息通訊中傳統(tǒng)的單播網(wǎng)絡(luò)傳輸，一般采用Dijkstra最短路徑算法來(lái)建立點(diǎn)到點(diǎn)的最小路徑計(jì)算。文章針對(duì)廣域網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換路由問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)的單播網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腄ijkstra算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的QoS的路由算法。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)交換；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；Dijkstra算法

多約束路徑選擇問(wèn)題是服務(wù)質(zhì)量路由所要研究的重要課題。由于它是一個(gè)NPC問(wèn)題，許多啟發(fā)式算法被設(shè)計(jì)出來(lái)。目前，應(yīng)用QoS比較廣泛的領(lǐng)導(dǎo)主要有多通信技術(shù)領(lǐng)域。在這當(dāng)中的某些帶有啟發(fā)性的算法只能應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)通信的路由尋找服務(wù)，而在廣域網(wǎng)絡(luò)中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中還來(lái)沒(méi)有過(guò)。

在廣域網(wǎng)中，常見(jiàn)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中用來(lái)進(jìn)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(shù)難以解決日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)交換需求。廣域網(wǎng)絡(luò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞靠的是定期制定任務(wù)的方法來(lái)完成。對(duì)于各個(gè)給定的數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)來(lái)說(shuō)，每對(duì)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的路徑是固定的，一般將源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的任務(wù)規(guī)定成一個(gè)時(shí)間變量。而Dijkstra算法是尋找單路徑當(dāng)中最短路徑的常用方法。

對(duì)于單路徑路數(shù)據(jù)傳遞來(lái)說(shuō)，最有可能遇到的問(wèn)題就是用傳統(tǒng)算法所找出的路徑會(huì)超出通信鏈路所能夠承擔(dān)的負(fù)荷，從而給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。本文所用的改進(jìn)的算法是記錄網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)瞬間負(fù)載率，對(duì)這些負(fù)載節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，使其更具合理性，更加優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，從而給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的負(fù)載平衡。

1　傳統(tǒng)QoS路由模型分析

在廣域網(wǎng)絡(luò)中，傳的分布式數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)一般會(huì)按一個(gè)有向圖的方式來(lái)組建，在本文，假設(shè)G=｛V，E｝為網(wǎng)絡(luò)的有向圖，其中V和E分別表示數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)集合和鏈路集合，而n和=m則對(duì)應(yīng)分布式網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)和鏈路的數(shù)量。假設(shè)（u，v）∈E，s為源節(jié)點(diǎn)，d為目的節(jié)點(diǎn)，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑設(shè)成P。

那么在這條路由模型的QoS中就可以設(shè)置如下：

（1） 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)信道中的傳輸率模型。

假設(shè)：用R（u，v）來(lái)表示鏈路（u，v）上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸率，用Ro來(lái)表示傳輸率的閾值，那么在路徑P上任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸率必須滿足以下要求：

（2）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)載率。

其中S用來(lái)表示節(jié)點(diǎn)負(fù)載率，當(dāng)數(shù)據(jù)傳遞的主節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)通信鏈路后就能夠獲得其主節(jié)點(diǎn)的總數(shù)量和空閑子節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，如果子節(jié)點(diǎn)空閑的數(shù)量越多，那么代表當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載越小。所以可以把網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率用子節(jié)點(diǎn)的空閑率來(lái)表示。

（3）數(shù)據(jù)傳輸量。

用D來(lái)表示在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偭?，這個(gè)變量可以按任務(wù)配置的多少進(jìn)行解析和對(duì)比，這樣就可以獲得傳輸任務(wù)發(fā)送的總數(shù)據(jù)量。

（4）傳輸時(shí)間。

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

（5）鏈路故障率。

假設(shè)用L（u，v 來(lái)表示鏈路（u，v）上的實(shí)時(shí)故障率，L0用來(lái)表示故障率的上限，在本模型中必須滿足如下公式：

（6）時(shí)間延遲。

假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)和其相鄰節(jié)點(diǎn)間的傳輸時(shí)間用表示，而正常的通訊時(shí)間和表來(lái)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(diǎn)，就可以用Dijkstra算法找出從由源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑，但是路徑P需滿足以下條件：

其中，當(dāng)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(dāng)中再比較所用時(shí)間，哪個(gè)時(shí)間最少，那么當(dāng)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(wù)的預(yù)處理過(guò)程。

在本次過(guò)程當(dāng)中，需要的數(shù)據(jù)有3個(gè)數(shù)據(jù)閾值，分別是數(shù)據(jù)的傳輸率閾值、節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)延閾值和節(jié)點(diǎn)故障率閾值，而這3個(gè)閾值需要滿足以下公式的要求：

其中J（）uk表示和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相鄰的所有點(diǎn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

在本文當(dāng)中，擬采用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)對(duì)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行模擬。具體數(shù)據(jù)設(shè)定如圖1所示。

圖1　完整的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布圖

在圖1中，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的閾值是當(dāng)前信道在1M帶寬的前提下的最大傳輸率，因?yàn)槊看卧趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)總量是不相同的，所以用T（u，v）來(lái)表示實(shí)時(shí)的節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間，再用Dijkstra路由算法求出從B點(diǎn)到V點(diǎn)的最短時(shí)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(diǎn)B到節(jié)點(diǎn)V的路徑為：

計(jì)算整個(gè)路徑的傳輸時(shí)延為16.554。

圖3　平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的Dijkstra路由選路選擇的路徑

同樣可以做出從節(jié)點(diǎn)B到節(jié)點(diǎn)V的最短路徑：

計(jì)算整個(gè)路徑的傳輸時(shí)延為17.651。

4　結(jié)語(yǔ)

從模擬仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，在改進(jìn)的算法中，考慮了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡，盡管傳輸?shù)臅r(shí)間可能不是最短，但是從網(wǎng)絡(luò)QoS來(lái)看，有利于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，盡可能避免了網(wǎng)絡(luò)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(jiǎn)介：尹方超（1983-），男，河北武安；研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)教學(xué)。