遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化

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摘要:為合理分配遠程教育網(wǎng)絡(luò)中的信息資源、實現(xiàn)對各項執(zhí)行任務的及時調(diào)度與規(guī)劃，本文針對遠程教育網(wǎng)絡(luò)的資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化策略展開研究。首先設(shè)計基礎(chǔ)分配框架，通過計算緩存資源量的方式完成資源分配處理?；诖耍⒎€(wěn)定的調(diào)度拓撲體系，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)路由環(huán)境中的節(jié)點微結(jié)構(gòu)捕獲待處理目標信息參量，從而實現(xiàn)任務優(yōu)化調(diào)度。實驗結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的統(tǒng)一型資源分配技術(shù)相比，本文方法在單位時間內(nèi)能調(diào)度的教育信息資源量更多，而所需的分配調(diào)節(jié)時間卻相對更短，證明其能夠較好地規(guī)劃各項正在執(zhí)行的資源任務。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)資源分配；調(diào)度優(yōu)化算法；緩存資源量；拓撲體系；路由節(jié)點

1引言

網(wǎng)絡(luò)遠程教育是一種新型的互聯(lián)網(wǎng)教育實踐方式，可在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，實現(xiàn)對云計算技術(shù)的開發(fā)與研究，從而使整個互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的信息資源存儲容量得到不斷擴充[1]。其目的在于組織學生進行集體性的學習與交流活動，并于其中獲得大量的教育實踐經(jīng)驗。網(wǎng)絡(luò)資源分配過程同時受制于計算能力、緩存能力、帶寬條件等多項物理因素，是一種較為完善的數(shù)據(jù)信息匹配處理手段。網(wǎng)絡(luò)任務調(diào)度能夠在空間上將數(shù)據(jù)信息參量調(diào)配至任務處理器之上，且可以從時間域角度上對這些任務指令的執(zhí)行時序進行排列。在遠程教育網(wǎng)絡(luò)中，由于數(shù)據(jù)時限性等條件的影響，個別信息資源很難在既定時間內(nèi)達到理想化傳輸位置，從而導致教育時效性的不斷下降。為解決此問題，相關(guān)學者設(shè)計了統(tǒng)一型資源分配技術(shù)[2]。該技術(shù)借助任務管理器，將所有正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)任務集合到當前頻段之中，但由于待存儲的教育信息資源量極大，易導致分配調(diào)節(jié)時間的無限延長。為避免上述情況的發(fā)生，本文設(shè)計了一種新的遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化策略，在基礎(chǔ)分配框架與拓撲體系結(jié)構(gòu)的支持下，實現(xiàn)對任務目標的捕獲與處理，并通過對比實驗的方式，突出該方法的實際應用能力。

2遠程教育網(wǎng)絡(luò)的資源分配

遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配需要在基礎(chǔ)分配框架的支持下，連接多項資源分配結(jié)構(gòu)，再針對緩存資源信息量進行精確計算，具體操作方法如下。

2.1遠程教育網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)分配框架

隨著遠程教育網(wǎng)絡(luò)的興起與發(fā)展，信息數(shù)據(jù)資源需要進行統(tǒng)一的分配與調(diào)度，且為了更好滿足這種資源分配需求，需明確相關(guān)網(wǎng)絡(luò)層次之間的信息傳輸目的，從而使傳輸協(xié)議能夠適應遠程教育網(wǎng)絡(luò)的全局性調(diào)度目的，實現(xiàn)對教育信息資源的最優(yōu)配比處理?，F(xiàn)有遠程教育資源分配算法大致可劃分為如下兩類：單一型資源分配與統(tǒng)一型資源分配。其中，單一型資源分配主要應用于遠程教育網(wǎng)絡(luò)的某一特定層次主體，可借助協(xié)議層信息節(jié)點，實現(xiàn)對遠程教育數(shù)據(jù)的交換與互傳[3-4]。統(tǒng)一型資源分配可將多個協(xié)議層教育資源整合到一起，從而將資源分配問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化性應用問題。一般情況下，一個完整的遠程教育網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)分配框架同時涉及物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應用層五類應用層次結(jié)構(gòu)，且隨著待傳輸數(shù)據(jù)總量的增大，層次主體之間的調(diào)度分配能力也在逐漸增強。遠程教育網(wǎng)絡(luò)分配框架的基礎(chǔ)分層模式如表1所示。

2.2資源分配結(jié)構(gòu)

虛擬遠程教育網(wǎng)絡(luò)可將基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)中的存儲數(shù)據(jù)資源抽象成為虛擬信息的存在形式，如虛擬鏈路、虛擬節(jié)點等多種形式，然后再把這些虛擬鏈路和虛擬節(jié)點組合成相互隔離的資源分配網(wǎng)絡(luò)模型。在這些預設(shè)的虛擬網(wǎng)絡(luò)中，基礎(chǔ)物理教育網(wǎng)絡(luò)始終保持原有的體系結(jié)構(gòu)格式。遠程教育網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)將傳統(tǒng)的資源服務ISPs(服務者)分離為SPs(服務提供者)與InPs(基礎(chǔ)設(shè)施提供者)兩類[5]。其中，SPs可同時租用一個或多個InPs資源，以用來創(chuàng)建完整的虛擬遠程教育網(wǎng)絡(luò)模式，能夠為資源對象同時提供端到端的網(wǎng)絡(luò)連接服務。InPs則負責部署和管理現(xiàn)有的教育資源信息，可在虛擬化處理物理資源數(shù)據(jù)的同時，建立多條可用的資源傳輸鏈路結(jié)構(gòu)體[6]。完整的資源分配結(jié)構(gòu)包含物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和虛擬網(wǎng)絡(luò)主機對象，能夠依照教育對象所需的數(shù)據(jù)需求，改變SPs主機中的信息傳輸方向，完整的結(jié)構(gòu)連接形式如圖1所示。

2.3緩存資源量計算

從控制原理的角度來看，遠程教育網(wǎng)絡(luò)中緩存資源信息分配主要包含如下兩個方面：若以數(shù)據(jù)流作為分配核心，不同教育信息始終隸屬于不同的用戶對象，且每一個資源分配結(jié)構(gòu)都必須占據(jù)完全獨立的QoS傳輸要求。若以教育網(wǎng)絡(luò)信息分配流作為控制核心，網(wǎng)絡(luò)緩存分配機制需要在借助定量已緩存教育數(shù)據(jù)資源的同時，建立節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，從而使得遠程教育網(wǎng)絡(luò)主機能夠得到足量的緩存資源信息文件。假設(shè)完全劃分的教育資源與未完全劃分的教育資源在信息分配方面的關(guān)系占比情況始終為1：1，且隨著遠程教育網(wǎng)絡(luò)應用規(guī)模的不斷擴大，這種數(shù)據(jù)信息比率關(guān)系也不會打破。為實現(xiàn)遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源的合理化分配，緩存分配機制必須在丟棄原有調(diào)度模式的情況下，才能完成對數(shù)據(jù)信息的規(guī)劃與處理，而在此過程中，教育信息資源的分配進度也始終受到網(wǎng)絡(luò)覆蓋強度的直接影響。假設(shè)R代表遠程教育網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息資源傳輸均值，δmin代表資源分配系數(shù)的下限執(zhí)行權(quán)限量。聯(lián)立上述物理量，可將遠程教育網(wǎng)絡(luò)中的緩存資源量計算結(jié)果表示為：式中，P0代表信息資源參量的分配處理源系數(shù)，Q0代表教育數(shù)據(jù)的源獲取系數(shù)，Wmin代表教育網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的最小限度值，Wmax代表教育網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積的最大限度值，β代表教育資源數(shù)據(jù)的常項分配指標。

3遠程教育網(wǎng)絡(luò)的任務調(diào)度優(yōu)化算法

在遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配技術(shù)的支持下，按照調(diào)度拓撲體系建立、網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點微結(jié)構(gòu)連接、優(yōu)化目標確定的處理流程，完成遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法的設(shè)計。

3.1遠程教育網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度拓撲體系

遠程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓撲體系采用直接型連接的應用形式，其拓撲體系連接原理如圖2所示。圖2中，拓撲體系由S、AD兩類過渡節(jié)點共同組成。其中，S節(jié)點直接針對遠程教育網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)資源信息參量，可在與資源分配結(jié)構(gòu)互聯(lián)的同時，干預數(shù)據(jù)信息文件的實際傳輸范圍。一般情況下，S型節(jié)點的實際數(shù)量值越大，遠程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓撲體系的覆蓋面積也就越大，但前者對于后者的作用能力相對較小，并不能直接對教育數(shù)據(jù)資源的調(diào)度能力造成影響。AD節(jié)點則主要針對遠程教育網(wǎng)絡(luò)中已被賦予分配調(diào)度任務的參與節(jié)點，能夠妥善利用已緩存的教育數(shù)據(jù)資源量，并可在不影響信息分配能力的基礎(chǔ)上，將拓撲體系的執(zhí)行能力調(diào)度值最大值應用狀態(tài)。從宏觀角度來看，遠程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓撲體系的規(guī)劃性能力較強，能夠適配基礎(chǔ)分配框架的現(xiàn)有連接形式；而從微觀角度來看，遠程教育網(wǎng)絡(luò)調(diào)度拓撲體系具備較強的執(zhí)行處理能力，可充分調(diào)節(jié)待緩存教育資源量間的連接與傳輸關(guān)系。

3.2網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點微結(jié)構(gòu)

路由節(jié)點微結(jié)構(gòu)存在于遠程教育網(wǎng)絡(luò)中，可在適應教育資源分配需求的同時，設(shè)置既定的網(wǎng)關(guān)執(zhí)行標準，從而將輪空的FIFO與非空FIFO集合結(jié)合起來，一方面滿足與教育資源數(shù)據(jù)相關(guān)的輪詢算法應用需求，另一方面按照調(diào)度實值的權(quán)限標準，對各項教育資源信息量進行妥善處理。遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源輸入路由節(jié)點微結(jié)構(gòu)后，會首先進入教育網(wǎng)關(guān)體系之中，而隨著信息資源分配需求的逐漸明確，各項數(shù)據(jù)參量回逐漸成為輪空FIFO集合與非空FIFO集合兩部分。其中，輪空的FIFO集合能夠適配遠程網(wǎng)絡(luò)教育中信息資源的調(diào)度實值，并可在閾值結(jié)果的作用下，最終成為非空FIFO集合的存在形式。非空FIFO集合存在于網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點微結(jié)構(gòu)末端，可整合所有待存儲的遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源，并將其整合成全新的輸出形式，以供其它網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體的調(diào)取與利用。

3.3任務調(diào)度算法的優(yōu)化目標

隨著遠程教育網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)資源分配需求的不斷擴展，任務調(diào)度目標的優(yōu)化能力也在逐漸趨于多元化。常見的優(yōu)化指標包含調(diào)度時長、調(diào)度功耗、網(wǎng)絡(luò)鏈路負載條件、分配處理器均衡負載條件四項影響因素。遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度時長可表示為|T|，是指數(shù)據(jù)傳輸任務在既定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的時間消耗最大值，一般情況下，一個好的網(wǎng)絡(luò)資源任務調(diào)度優(yōu)化方案中，實際調(diào)度時長值應該盡可能的被不斷降低。調(diào)度功耗可表示為，是指遠程教育網(wǎng)絡(luò)在單位時間內(nèi)的資源信息消耗總量，通常情況下，該項物理量的實際表現(xiàn)值越大，任務調(diào)度算法優(yōu)化目標的最終處理結(jié)果也就越明確。網(wǎng)絡(luò)鏈路負載條件可表示為χ1，分配處理器均衡負載條件可表示為χ2，在既定遠程教育網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，上述兩項物理量始終保持互為相反數(shù)的存在狀態(tài)，且二者之間的作用影響強度始終處于既定數(shù)值區(qū)間內(nèi)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立公式(1)，可將遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源的任務調(diào)度優(yōu)化目標定義為：式中，s0代表最小的教育資源調(diào)度需求量，sn代表最大的教育資源調(diào)度需求量，n代表教育資源在遠程網(wǎng)絡(luò)中的實際分配系數(shù)，ξ代表調(diào)度任務的實際拆分處理權(quán)限值。至此，完成各項執(zhí)行系數(shù)的計算與處理，在不考慮其它干擾條件的情況下，實現(xiàn)遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法的順利應用。

4應用能力檢測

為驗證遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法的實際應用價值，設(shè)計如下對比實驗。搭建如圖4所示的網(wǎng)絡(luò)應用環(huán)境，借助遠程服務器與網(wǎng)絡(luò)服務器，將所有教育信息資源集合到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，令個人用戶與個人電腦同時接入校園網(wǎng)環(huán)境中，在確保資源占比量始終保持穩(wěn)定的情況下，打亂所有可能存在的IP地址信息，記錄由信息分配開始到信息穩(wěn)定為止整個時間周期內(nèi)，各項實驗指標數(shù)值的具體變化情況。其中，實驗組主機搭載本文設(shè)計的遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法，對照組主機搭載傳統(tǒng)的統(tǒng)一型資源分配技術(shù)。單位時間內(nèi)的教育信息資源調(diào)度量能夠反映遠程教育網(wǎng)絡(luò)中信息數(shù)據(jù)資源的實際分配與規(guī)劃能力，一般情況下，單位時間內(nèi)所能調(diào)度的信息資源量越大，遠程教育網(wǎng)絡(luò)的分配與規(guī)劃能力也就越強，反之則越弱。表2記錄了實驗組、對照組單位時間內(nèi)信息資源調(diào)度量的具體變化情況。分析表2可知，實驗組教育信息資源調(diào)度量在前兩個實驗時長內(nèi)，始終保持不斷上升的變化趨勢，從第三個單位時長開始，逐漸進入數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)，而到了第四個單位時長，又再次恢復初始情況下的上升狀態(tài)，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果達到了6.8GB。對照組教育信息資源調(diào)度量在前兩個單位時長內(nèi)，始終保持連續(xù)穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)，從第三個單位時長開始，這種穩(wěn)定態(tài)勢被打破，開始進入不斷下降的變化趨勢，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果僅能達到4.3GB，與實驗組最大值相比，下降了2.5GB。綜上可知，應用遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法后，單位時間內(nèi)的教育信息資源調(diào)度量得到了大幅促進，能夠?qū)崿F(xiàn)對遠程教育網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)資源實際分配與規(guī)劃能力的不斷提升。教育信息資源分配調(diào)節(jié)時間是描述遠程教育網(wǎng)絡(luò)應用穩(wěn)定性的重要物理指標，一般情況下，教育信息資源分配調(diào)節(jié)時間越短，遠程教育網(wǎng)絡(luò)的應用穩(wěn)定性能力也就越強，反之則越弱。表3記錄了實驗組、對照組教育信息資源分配調(diào)節(jié)時間的具體變化情況。分析表3可知，隨著待分配教育信息資源量的增大，實驗組資源分配調(diào)節(jié)時間始終保持絕對穩(wěn)定的存在狀態(tài)。而對照組資源分配調(diào)節(jié)時間則始終保持不斷上升的變化趨勢，整個實驗過程中的最大數(shù)值結(jié)果達到了5.3min，與實驗組均值結(jié)果3.3min相比，上升了2.0min。綜上可知，應用遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法后，教育信息資源的實際分配調(diào)節(jié)時間出現(xiàn)了明顯下降的變化趨勢，可實現(xiàn)對遠程教育網(wǎng)絡(luò)應用穩(wěn)定性的有效控制。

5結(jié)束語

與統(tǒng)一型資源分配技術(shù)相比，本文設(shè)計的遠程教育網(wǎng)絡(luò)資源分配與任務調(diào)度優(yōu)化算法在基礎(chǔ)分配框架與調(diào)度拓撲體系的作用下，準確計算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息緩存資源量，從而實現(xiàn)對調(diào)度優(yōu)化目標的有效定義。從實用性角度來看，單位時間內(nèi)教育信息資源調(diào)度量的增大，不但促進了資源分配調(diào)節(jié)時間的大幅縮短，也適度提升了遠程教育網(wǎng)絡(luò)的應用穩(wěn)定性，具備較強的推廣與使用價值。

作者:姜希堯 單位:上海工藝美術(shù)職業(yè)學院