計算機通信網絡中容量與流量分配的優化策略

南京市人防指揮信息保障中心 郭 圣

在社會經濟水平快速發展的過程中，人們對生活質量的要求越來越高，普遍應用于人們生活和工作中的計算機通信網絡體驗感也面臨著更高要求的挑戰。要提升通信網絡服務水平，就需要對通信網絡中的容量與流量分配（Capacity and Flow Assignment，CFA）進行深入優化，在確保網絡運行速度的同時有效控制運營經濟成本。對通信網絡CFA而言，傳統并行遺傳算法（Parallel Genetic Algorithm，PGA）所體現的功能與價值并不大，無法有效滿足人們的使用需求，此前該領域的研究人員就PGA作出了優化，強化了分配效果，給人們提供更佳的體驗感。關于網絡運營費用控制問題，較好的解決方式是利用并行遺傳算法，其能通過優化配實現網絡資源規劃合理性提升。本文筆者將圍繞計算機通信網絡中CFA問題展開探討，并對性能的優化與評估、網絡規劃設計以及實際應用價值做出相關分析。

1 計算機通信網絡優化發展史

基于當前網絡拓撲對通信需求的考慮，現階段要思考的問題是如何讓計算機網絡得到更加合理的規劃，如何科學合理的分配計算機網絡容量，以及如何選擇更具適宜性的路由等，計算機優化工作的幾項關鍵內容。計算機網絡本身有很多特征，其中尤為突出的就是復雜性高，所以在優化傳統網絡的進程中始終沒有找到更為有效的處理方法。當前，計算機網絡在我國大力支持并已經進入成熟發展階段的過程中逐漸得到了國內外學者的重視，國內有很多科學家都在研究如何用遺傳算法來處理計算機網絡中流量與容量分配問題，通過簡單的改進已經在計算機網絡路由器的選擇作出了最優化的抉擇。

在網絡優化問題上，如何有效的應用遺傳算法很長一段時間以來都是相關人員開展計算機網絡優化研究的核心內容，通過提升鏈路CFA的優化性來開展一系列有關計算機的仿真實驗，實驗結果對計算機通信網絡系統整體運行性能的提升有極大促進作用。另外，計算機仿真實驗的結果還表明了，使用改進后的遺傳算法能在很大程度上促使計算機網絡容量與流量配比達到最優化，同時提升計算機運營質量。

2 計算機通信網絡流量與容量分配數學模型

網絡中CFA在計算機網路應用期間屬于關鍵性內容，其重要性在于以網絡節點通信量為基礎，合理分配網絡效益與性能。找到CFA的最佳比例對整個網絡性能的提升有很大促進作用，更好的滿足用戶的服務需求，同時還能有效管控網絡運營成本。因此，在設計計算機通信網絡數據模型的過程中，必須全面考慮兩點，一是能否有效控制運行成本，二是能否有效提升網絡性能，全面分析系統的限制條件，以及在探究系統結構的過程中同步進行CFA最優策略的制定。

構建數學模型的目的主要有以下三點：第一，將數據模型的約束條件清晰化，明確通信流量和鏈路容量的大小關系，前者必須小于后者，同時保證鏈路有確定的容量選擇；第二，計算機網絡備選路由器的選擇結果不可出現模棱兩可的情況，只能是選用或不選用這兩種；第三，構建具有極高精確度的數據模型應用于計算網絡運營總值的準確結果。

關于鏈路CFA問題，可簡化性的描述為：在特定網絡拓撲結構以及給定的節點通信量中，基于網絡拓撲結構的特定性，以及給定的節點通信量，以保證優良的網絡通信需求服務為目的，如何為網絡中各個鏈路的容量作出合理選擇，如何為各個節點之間的通信路由作出合理選擇，每個選擇還要保證一個前提條件，即確保網絡運行成本不超出既定值。這個問題屬于一個有繁多且復雜限制條件的非線性問題，其數學模型為：

此問題的約束條件為：

式中，Z代表的是網絡運營總體費用的優化變量；鏈路1上的數據流量為；其中Il代表的是第l條鏈路的候選鏈路型號指標集，l∈L；Qlk代表的是第l條鏈路的型號指標選為k時的線路容量（bit/s），l∈L，k∈Il；Slk代表的是第1條鏈路的型號指標選為k時的鏈路固定造價（元/月），l∈L，k∈Il；Clk屬于第1條鏈路的型號指標選擇是K時的鏈路非固定（具有可變性）成本系數（元/bps），l∈L，k∈Il；ylk代表的是優化變量，如果第1條鏈路的型號指標選擇為k時，取值只有兩個選項，1或者0；dl代表的是第l條鏈路的長度；mlk代表的是第1條鏈路的型號指標選擇為k時的每公里距離費用；單位平均時延的費用成本系數（元/月·分組）由D表示；固定性費用和可變性費用的加權系數分別由G和V表示。式(1)所代表的是網絡運營總體費用，是三項費用相加之和，分別為鏈路的時延費用，網絡的固定性費用和網路的可變性費用；約束條件(2)代表的是鏈路l的容量必須超出其余通信流量；約束條件(3)和(4)代表的是鏈路l必須對接某一個鏈路的容量；約束條件(5)和(6)代表的是任意一條候選路由的兩種選項，即選中獲未被選中。

3 將改進后的并行遺傳算法應用于CFA優化問題求解

改進型并行遺傳算法在計算機通信網絡容量與流量分配（CFA）的優化問題求解中的應用，在路由選擇問題的調整上表現出的最大不同在于，染色體分為兩個不同的基因片段：一個是位于前端表示路由的基因片段，以隨機方式產生基因位；位于后端表示單條鏈路容量指標的基因片段，其基因位的限制條件是容量要遠超流量；得出CFA優化問題的適應值是1/Z。

4 計算機通信網絡容量和流量優化分配模型計算結果分析

首先，關于計算機通信網絡運營的CFA優化問題將直接歸劃到遺傳算法體系中，在相關分組長度增加的過程中，要逐步考慮以平均分組的方式去延長或者保證鏈路的利用率，利用率在此過程中將出現明顯的提升。與此同時，還可直接調配通信量的位置，將其從鏈路重負荷調配至相對負荷較輕的位置，這樣便能及時性的解決現存于網絡通信中的瓶頸問題，為資源分配的優化奠定良好基礎。

其次，在分組長度逐步增加的過程中，計算機通信網絡本身的各項運行成本也呈現為持續上升的態勢。從這個角度分析可知，長此以往必然會進一步增加計算機通信網絡的負荷值，負荷值將會隨著分組長度的增加越來越大。對于這種情況，在鏈路容量的選擇上一定要盡可能的選擇大容量，盡管如此一來又會提高鏈路相關費用幅度。此外，計算機通信網絡鏈路數據可變費用因為鏈路容量幅度的增加也進行了一定的調整。在計算機自身通信網絡APRA中呈現的不同長度分組長度，在實際運營中會對最終網絡的平均延時直接造成波動，但無論是ARPA還是OCT，當中的鏈路費用在整個運行成本中的占比都是最高的，換句話說，鏈路建造費用的高低會直接受到分組本身長度的影響，在此過程中基于PGA模式開展的計算機通信CFA優化工作，能大幅提升網絡自身的性價比。

最后，單位分組費用與成本的提升會伴隨著延時費用和網絡費用的增加，唯一降低的是平均時延。從網絡實時性角度來看，如若單位分組延時的費用為零，那么分組延時對實際運行并不能發揮有效作用，因此在具體優化過程中，設法將分配遺傳算法應用于優化通信網絡CFA是有一個前提條件的，即鏈路容量的選擇必須是小容量，以此來降低鏈路的固有費用水平。但是總體延時費用值會受到單位分組延時成本的影響，兩者成正比關系，此時在計算機通信網絡CFA優化中采用分配遺傳算法就需要選擇大容量鏈路，這樣才能有效降低網絡總費用。

結語：總而言之，合理有效的處理計算機通信網絡中的CFA問題，有助于順利開展整體運營成本控制工作，同時還有助于優化網絡性能。因此，通信網絡運營中的一個重要的關鍵點就是優化CFA。在構建具有科學性、合理性數學模型的基礎上，將計算機通信網絡的CFA優化問題直接歸劃到遺傳體系中，通過探究發現分組單位分組長度和網絡運營費用之間存在的影響關系，再結合已有的規律結論合理的選擇最佳鏈路容量以及設置適宜的分組長度。