包络分析的通信软件多线程数据调度仿真_刘琴.pdf
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1、 第 卷 第 期 年 月:包络分析的通信软件多线程数据调度仿真刘 琴,安见才让(青海民族大学 计算机学院,西宁)摘 要:由于通信软件数据交互量较大,数据处理指标复杂,为降低通信软件资源消耗量提升通信软件的通信性能,提出基于包络分析的通信软件多线程数据调度方法。以资源耗损和通信软件网损调度指标建立通信软件多线程调度模型,模型建立相关约束条件,通过数据包络分析法与遗传算法求解通信软件多线程调度,利用惩罚因子在调度指标函数引入不同约束条件,设定权重系数得到不同通信软件多线程数据调度决策方案。对比各调度决策方案的调度指标值及包络分析评估值,按照决策者偏好确定最优通信软件多线程数据调度决策方案。仿真结果
2、显示,所提方法输出数据的误码率较低,可获取较优的多线程数据调度策略。关键词:包络分析;通信软件;多线程;数据调度;约束条件;惩罚因子;决策方案中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,:;修稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目();青海省科技厅科技基础条件平台项目()作者简介:刘 琴(),女,青海西宁人,学士,副教授,研究方向为软件工程。:;:引 言 随着科学技术的不断成熟,计算机已经在人们的日常生活、工作、学习中普及。通信软件作为计算机实时通信系统重要组成部分之一,负责设备内部数据双向传输,具有统一调度、管理计算机系统,提供不同系统服务及用户使用环境的功能。通信软件能否实时、准确、
3、稳定地进行数据通信对计算机通信质量影响较为显著。为保障通信软件的实时、准确与稳定性,计算机通信软件中多运用多线程机制调度数据,不同线程分别得到 使用权限,各自执行自己的任第 卷务。大幅提升通信软件通信性能,研究多线程数据调度对计算机通信软件意义重大。作为运筹学与数理经济学等学科交叉研究的新领域,数据包络分析(,)法是一种评价存在多输入、多输出生产活动的经济方法,利用线性规划方法,根据决策者偏好排序决策单元(,),同时 同多目标 解存在一致性,该方法简单易行,广泛应用于多目标问题求解。因此,提出基于包络分析的通信软件多线程数据调度方法,通过实验验证了该方法能提升计算机通信软件通信性能,降低通信软
4、件资源消耗量。通信软件多线程数据调度基于通信工程角度,利用计算机进行通信软件多线程数据调度,在计算机通信软件程序内构建多线程机制,将通信任务分配至不同线程,同时利用约束条件实现各线程同步运行,完成通信软件多线程数据调度。通信软件总体设计服务器端以及客户端通信软件设计,通过多线程方式完成 模式的通信,且服务器端及客户端采用的数据库分别是 以及 数据库,采用嵌入式数据库,具有资源耗费低的优势,在服务器端及客户端通信软件开发过程中,具有重要的应用价值。通信服务器同客户端间物理结构如图 所示。图 通信服务器和客户端间物理结构 多线程技术及其适用环境设计系统程序过程中,程序无法实现客户输入的长时间等待。
5、设计系统通信软件过程中,分享客户同程序间的交流功能。若客户对输入某个主程序的循环,但该循环并非具备等待功能,那么需要为客户创造一个系统,确保系统循环能实时响应客户的输入指令,这是一种复合操作客户指令系统,通过多线程方法解决客户需求的实时响应。通信软件工作时,通过多线程方法可以高效率处理数据,解决复杂运行程序,完成客户指令的预处理。通信软件多线程调度,是采用有效方法实现多种通信程序的高效率调度,可降低客户输出信息的滞后时间,确保总体通信软件的顺利运行。通信软件多线程调度,可有效处理数据通信过程中的数据优先级以及冲突,提高数据通信效率和质量,确保数据的安全输入以及输出。基于包络分析的通信软件多线程
6、调度 数据包络分析 利用线性规划的方法,对采集的数据进行实时分析,能对数据的实时采集和分析采用多线程分别进行处理。该种方法的优势是单位稳定性。通过数据规划方法可获取通信软件多线程数据通信系统的投入产出变量,解决人为因素导致的权重分配不合理问题,提高评估结果的有效性。是一种通过数学规划模型分析、评价存在多个输入与产出的决策单元生产相对有效性和效率的非参数方法。基于包络分析的通信软件多线程调度模型求解采用 构建通信软件多线程数据调度模型,可用于测度具有多种投入和多种产出的同类 的有效性。设有 个,每个决策单元都有 种输入和 种输出,输入向量 ,;输出向量为 ,;其中 ,;对应的权重为 ,;则线性化
7、 的基本调度数学模型:,(),|式中:为第 个 对第 种类型最大化输出的点集;为第 个 对第 种类型输入的输入量;为第 个 对第 种类型输出的输入量;为 的系数。通过 对通信软件多线程数据调度决策方案进行评价,评价 已知决策方案(,)实施过程的有效性,若 ,说明此决策方案与其他决策方案相比具有资源耗损的现象,在确保通信量稳定的基础上,利用通信调整能降低()的投入;在决策方案(,)与其他决策方案相比存在生产有效性的条件下,说明此决策方案不具有通信资源浪费的情况。虽然 法能为决策者提供多种决策方案的功能,但因其具有全局收敛性,容易陷入局部最优解。因此,本文利用遗传算法(,)的变异机制,采用了随机性
8、和全局搜索的策略,在生成初始 第 期刘 琴,等:包络分析的通信软件多线程数据调度仿真种群时设置变量约束条件,避免算法陷入局部最优,可更好地保证通信软件多线程数据调度模型获得全局最优解。通信软件多线程数据调度问题中包含非线性等式与不等式约束条件,采用 在生成初始种群时设置变量约束条件,则通信软件多线程数据调度模型()|,()式中,是对效率单元 进行决策的指数。通过惩罚函数法将式()转化无约束问题,得到目标函数 (,)(,)()()|()式中:为调度指标;()为资源耗损调度指标函数;()为通信软件网损调度指标函数;(,)为非离散化变量 的矢量;为等式约束的惩罚系数;为等式约束的总量;为满足约束条件
9、的数量。由于模型的约束中使用了惩罚函数,因此可通过罚函数法来求解。可将约束条件转化为惩罚项:()()()()结合等式约束的惩罚系数,通常取较大的常数,使用梯度下降法,实现模型的求解 ()()()()()资源耗损调度指标是指受节能调度理念影响,通信软件多线程调度的主要目的之一就是通过线程之间的互动影响,最大程度发挥多线程的调度功能,在满足通信软件通信功能的基础上,充分降低信道、节点等通信资源的使用量,也就是在调度周期中通信软件的通信资源耗损量最低;通信软件网损调度指标研究通信软件阻抗特征造成的信号传输过程中的信号损耗,同时损耗程度较严重,通信软件网损越严重,造成线程额外通信量提升越显著,相反通信
10、软件运行就越经济。等式约束:通信软件功率平均约束。通信软件要求线程发送与接收具备同时性,在确保线程通信量与软件负荷实时均衡,信道平衡约束是梯级线程存在与相邻线程耦合关联的特点。不等式约束:通信软件功率极限约束。通信软件多线程调度过程中存在节点最大有功功率和最小有功功率的约束以及通信软件线程通信流量约束。以单一线程数据调度替代多线程数据调度,选取权重系数法分别设定 个有所差异的权重系数,并以此得到 种有所差异的多线程数据调度决策方案。确定综合效益最优决策方案过程,考虑决策者的偏好,依照调度指标与 评估值确定达到要求的决策方案,为决策者提供决策理论支持。实验仿真为验证基于包络分析的通信软件多线程数
11、据调度方法的调度效果,通过 软件进行仿真。仿真实验环境设置硬件环境:服务器和 客户机分别采用 台 硬盘、内存的计算机和 台 硬盘,内存的计算机,交换机与网卡均为。软件环境:编译器为,服务器 为 。客户机 分为 两 类,分 别 是 和 ;完成实验环境设置后,对测试平台进行功能性测试,确保 内部通信软件对外接口固定,满足实验需求。数据调度效果仿真利用编程设计软件 获取通信软件数据样本,由于网络数据调度数据较为复杂,将数据进行分块,采用 标准化方法,给予原始网络调度数据的均值和标准差进行标准化处理。经过处理的数据符合标准正态分布,即均值为,标准差为。结合通信软件多线程数据调度模型,将获取到的通信软件
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