一種異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法，其實(shí)現(xiàn)步驟是：1讀入一個(gè)異構(gòu)計(jì)算環(huán)境參數(shù)；2讀入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模擬的實(shí)際拓?fù)鋱D；3初始化算法參數(shù)；4負(fù)載平衡初始化；5計(jì)算當(dāng)前負(fù)載平衡度；6判斷當(dāng)前負(fù)載平衡是否達(dá)到閾值且無進(jìn)展遷移次數(shù)是否達(dá)到3，則輸出結(jié)果；7獲得路由模擬運(yùn)行時(shí)間最小與最大的計(jì)算節(jié)點(diǎn)；8選取待移動(dòng)的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)；9將拓?fù)涔?jié)點(diǎn)從路由模擬運(yùn)行時(shí)間最大的計(jì)算節(jié)點(diǎn)移至最小的計(jì)算節(jié)點(diǎn)；10判斷移動(dòng)后的新結(jié)果是否有優(yōu)化，則更新當(dāng)前結(jié)果，并轉(zhuǎn)至步驟6，否則無進(jìn)展遷移次數(shù)加1，并轉(zhuǎn)至步驟6。本發(fā)明能有效降低異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)模擬的計(jì)算開銷，同時(shí)對大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)模擬拓?fù)湟约爱悩?gòu)計(jì)算環(huán)境具有可擴(kuò)展性。
【專利說明】一種異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]在網(wǎng)絡(luò)模擬，尤其是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)模擬中，有限的計(jì)算資源遠(yuǎn)不能滿足巨大的計(jì)算需求，所以通常采用并行分布式的網(wǎng)絡(luò)模擬器。并行網(wǎng)絡(luò)模擬即是多機(jī)同時(shí)模擬的一個(gè)過程，即通過將一個(gè)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的模擬任務(wù)劃分，然后計(jì)算集群中的每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)模擬該網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分，從而擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)模擬的規(guī)模和性能。然而對于分布式網(wǎng)絡(luò)模擬而言，一個(gè)關(guān)鍵問題是如何針對計(jì)算環(huán)境有效的平衡模擬任務(wù)，因?yàn)橛?jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)載均衡程度越高，模擬所需要的運(yùn)行時(shí)間就越少。
[0003]在網(wǎng)絡(luò)模擬運(yùn)行過程中，路由模擬和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬是兩項(xiàng)相當(dāng)耗時(shí)的任務(wù)。路由模擬主要是基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)模擬過程中數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬所需的路由表信息并存儲(chǔ)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)模較大時(shí)，路由模擬需要很大的計(jì)算開銷；數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬運(yùn)行同樣占計(jì)算開銷的很大比例，它主要是基于離散事件模擬技術(shù)刻畫網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的行為，進(jìn)而推演出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的行為。由此說明，提升路由模擬以及數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬的負(fù)載均衡度，進(jìn)一步提升模擬性能，是降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模擬的計(jì)算開銷的關(guān)鍵。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中針對同構(gòu)環(huán)境下負(fù)載平衡方法本發(fā)明稱這類方法為均勻負(fù)載平衡方法(ULB, Uniform Load Balance)。ULB方法將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)均勻分配給各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，然而該方法能對同構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)進(jìn)行有效劃分，實(shí)現(xiàn)模擬任務(wù)的負(fù)載平衡、通信開銷與同步開銷最小化等，從而降低網(wǎng)絡(luò)模擬的運(yùn)行時(shí)間，但是上述方法無法滿足異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬負(fù)載均衡的要求。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中針對異構(gòu)環(huán)境下負(fù)載平衡方法本發(fā)明稱這一類方法為線性負(fù)載平衡方法(LLB,Liner Load Balance) aLLB方法根據(jù)異構(gòu)環(huán)境下不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)不同的計(jì)算能力，按比例分配網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)，然而該方法只能用于保證數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)的負(fù)載平衡，不能保證路由模擬任務(wù)負(fù)載平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出的一種異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載均衡方法，綜合考慮路由模擬任務(wù)以及數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)的負(fù)載平衡，以降低網(wǎng)絡(luò)模擬時(shí)間開銷，提高并行模擬效率。同時(shí)，該方法的運(yùn)行時(shí)間較低，具有面向大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)與大規(guī)模計(jì)算環(huán)境的可擴(kuò)展性。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述的異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法包括以下步驟:
[0008](I)讀入一個(gè)異構(gòu)計(jì)算環(huán)境參數(shù)，包括異構(gòu)計(jì)算環(huán)境中計(jì)算節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)M，第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬能力參數(shù)Ki,第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)路由模擬能力函數(shù)Fi(II), I ^ i ^ M ；
[0009](2)讀入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模擬的實(shí)際拓?fù)鋱DG(V，E)，其中點(diǎn)集合V= Iv1…，V」，…，％}，點(diǎn)權(quán)值Wv (Vj),邊權(quán)值we (Vi, Vj) ；Vj表示第j個(gè)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)，N為拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù),
[0010](3)初始化參數(shù):初始化無進(jìn)展遷移次數(shù)Counter為0，初始化網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度B的閾值B_Delta為0.95，初始化當(dāng)前最優(yōu)的負(fù)載平衡度Best為O ;
[0011](4)負(fù)載平衡初始化:將拓?fù)鋱DG (V，E)初始劃分為(G1,…，Gi,…，GM}，使得數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度BP最大；
[0012](5)計(jì)算當(dāng)前最優(yōu)的負(fù)載平衡度Best ；
[0013](6)判斷Best是否小于B_Delta且Counter是否小于3，滿足則終止循環(huán)，輸出負(fù)載平衡結(jié)果(G1，…，Gi,…乂};不滿足則轉(zhuǎn)到步驟(7)；
[0014](7)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前各Gi的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Iii,并根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的路由模擬計(jì)算開銷函數(shù)獲得路由模擬運(yùn)行時(shí)間最小的劃分Gimin與最大的劃分Gimax ；
[0015](8)從6_中選擇某一待移動(dòng)的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)Vm，其中Vm必須與中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在鏈路且點(diǎn)權(quán)值是所有與存在鏈路的節(jié)點(diǎn)中最?。?br> [0016](9)將節(jié)點(diǎn)Vf fl從Gw移動(dòng)至，并獲得新的負(fù)載平衡結(jié)果(G1,...，Gi,...，GJ ；
[0017](10)對拓?fù)涔?jié)點(diǎn)Vm遷移后的新負(fù)載平衡結(jié)果進(jìn)行評估，若負(fù)載平衡程度B有優(yōu)化，貝1J接受該新負(fù)載平衡結(jié)果，更新Best, Counter重置為O,轉(zhuǎn)步驟(6)執(zhí)行；否則Counter加1，轉(zhuǎn)步驟(6)執(zhí)行。
[0018]所述的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度B通過如下公式計(jì)算:
[0019]B = α XBR+(1-a ) BP
[0020]其中，BP為數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度，BR為路由模擬任務(wù)負(fù)載均衡度；α為權(quán)值，取值范圍在[0，I]，當(dāng)α >0.5，則表示側(cè)重考慮路由模擬任務(wù)負(fù)載平衡，當(dāng)α〈0.5，則表示側(cè)重考慮數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載平衡，若綜合考慮路由模擬任務(wù)以及數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)的負(fù)載平衡，則選取α =0.5。
[0021]所述數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度BP通過以下公式獲得:

【權(quán)利要求】
1.一種異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法，其特征是，包括以下步驟: (1)讀入一個(gè)異構(gòu)計(jì)算環(huán)境參數(shù)，包括異構(gòu)計(jì)算環(huán)境中計(jì)算節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)M，第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬能力參數(shù)Ki,第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)路由模擬能力函數(shù)Fi(II), I ≤ i≤ M ； (2)讀入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模擬的實(shí)際拓?fù)鋱DG(V，E)，其中點(diǎn)集合V= Iv1…，Vj，…，％}，點(diǎn)權(quán)值Wv (Vj),邊權(quán)值we (Vi, Vj) ；Vj表示第j個(gè)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)，N為拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù),I≤j≤N ; (3)初始化參數(shù):初始化無進(jìn)展遷移次數(shù)Counter為0，初始化網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度B的閾值B_Delta為0.95，初始化當(dāng)前最優(yōu)的負(fù)載平衡度Best為O ; (4)負(fù)載平衡初始化:將拓?fù)鋱DG(V，E)初始劃分為(G1,…，Gi,…，GmI，使得數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度BP最大； (5)計(jì)算當(dāng)前最優(yōu)的負(fù)載平衡度Best； (6)判斷Best是否小于B_Delta且Counter是否小于3，滿足則終止循環(huán)，輸出負(fù)載平衡結(jié)果(G1，…，Gi,…乂};不滿足則轉(zhuǎn)到步驟(7)； (7)統(tǒng)計(jì)當(dāng)前各Gi的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)Ili，并根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的路由模擬計(jì)算開銷函數(shù)獲得路由模擬運(yùn)行時(shí)間最小的劃分\,?與最大的劃分Gw ; (8)從中選擇某一待移動(dòng)的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)Vm，其中Vm必須與6_中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在鏈路且點(diǎn)權(quán)值是所有與<^,_存在鏈路的節(jié)點(diǎn)中最小； O)將節(jié)點(diǎn)Vm WGw移動(dòng)至，并獲得新的負(fù)載平衡結(jié)果(G1，…，&，...，6μ}； (10)對拓?fù)涔?jié)點(diǎn)Vm遷移后的新負(fù)載平衡結(jié)果進(jìn)行評估，若負(fù)載平衡程度B有優(yōu)化，則接受該新負(fù)載平衡結(jié)果，更新Best, Counter重置為O,轉(zhuǎn)步驟(6)執(zhí)行；否則Counter加I,轉(zhuǎn)步驟(6)執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法，其特 征是，步驟(3)所述的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度B通過如下公式計(jì)算:
B = α XBR+(1-a ) BP 其中，BP為數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度，BR為路由模擬任務(wù)負(fù)載均衡度；α為權(quán)值，取值范圍在[0，1]，當(dāng)α >0.5，則表示側(cè)重考慮路由模擬任務(wù)負(fù)載平衡，當(dāng)α〈0.5，則表示側(cè)重考慮數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載平衡，若綜合考慮路由模擬任務(wù)以及數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)的負(fù)載平衡，則選取α =0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法，其特征是，所述數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬任務(wù)負(fù)載均衡度BP通過以下公式獲得:
其中^為第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)所分配到拓?fù)涔?jié)點(diǎn)的權(quán)值和，Ki為第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模擬能力參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)模擬任務(wù)負(fù)載平衡方法，其特征是，所述路由模擬任務(wù)負(fù)載均衡度BR通過如下公式計(jì)算:
其中叫為第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)所分配到的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，F(xiàn)i (η)為第i個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)路由模擬能力函數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04L12/803GK104184674SQ201410407933
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】王曉鋒, 卞娜云, 劉淵, 陳世云 申請人:江南大學(xué)