基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法

摘?要：為增大高速網(wǎng)絡(luò)中被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的數(shù)量值水平，使得網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流偏好，從而實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)查詢，提出基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法。根據(jù)網(wǎng)格索引原則，建立完整的空間方向定義標(biāo)準(zhǔn)，再分別從點(diǎn)目標(biāo)匹配、線目標(biāo)匹配兩個(gè)角度，完成基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)指標(biāo)度量。在此基礎(chǔ)上，按照信息表建立條件，描述既定的數(shù)據(jù)流偏好，再通過計(jì)算分發(fā)查詢向量的處理方式，實(shí)現(xiàn)對高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好的精準(zhǔn)查詢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在網(wǎng)格索引原則的作用下，隨著網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量的增大，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的數(shù)量值水平也在不斷提升，對于高速網(wǎng)絡(luò)主機(jī)而言，能夠準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流偏好，滿足精準(zhǔn)查詢網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用需求。

0 引 言

網(wǎng)格索引是一種特殊的幾何匹配算法，能夠直接確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的對應(yīng)性關(guān)系，并可在確保目標(biāo)對象屬性能力不發(fā)生變化的前提下，完成對數(shù)據(jù)信息參量的更新處理[1]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，網(wǎng)格索引算法通過增大網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息發(fā)送量的方式，確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與集合參量之間的對應(yīng)性映射關(guān)系，再根據(jù)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)所處存儲位置，對其適用性能力進(jìn)行度量。對于高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而言，網(wǎng)格索引算法能夠直接面對的數(shù)據(jù)信息參量相對有限，且隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載環(huán)境的改變，一個(gè)數(shù)據(jù)集到另一個(gè)數(shù)據(jù)集的匹配映射標(biāo)準(zhǔn)也會不斷改變[2]。因此，為使網(wǎng)格索引算法能夠完全匹配高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的使用需求，應(yīng)在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)查詢標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，對信息傳輸穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確度量。

在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于數(shù)據(jù)信息傳輸行為的不同，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)流偏好也會有所不同，此時(shí)為使應(yīng)用程序得到保存，必須要在同一偏好設(shè)置界面中保存大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)[3]。如果利用結(jié)構(gòu)化模型對數(shù)據(jù)流偏好進(jìn)行查詢，所有信息參量的默認(rèn)存儲位置相同。隨著網(wǎng)絡(luò)

為解決上述問題，本文引入網(wǎng)格索引原則，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種新型的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法，并通過對比實(shí)驗(yàn)的方式突出該方法的有效性。

1 基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)指標(biāo)度量

基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)指標(biāo)度量包含空間方向定義、點(diǎn)目標(biāo)匹配、線目標(biāo)匹配三個(gè)處理流程，具體研究方法如下。

1.1 空間方向定義

在網(wǎng)格索引算法的認(rèn)知中，空間方向作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考系條件，能夠決定點(diǎn)目標(biāo)與線目標(biāo)之間的映射關(guān)系。在已知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸出流量的前提下，待定義的角度定量指標(biāo)越多，空間方向參考系的復(fù)雜化程度也就越高，反之則越低[5?6]。一般來說，一個(gè)完整的空間方向參考系必須同時(shí)包含東、南、西、北四個(gè)角度定性量系數(shù)。

設(shè) αN 表示北向方向角的定性量系數(shù)；αS 表示南向方向角的定性量系數(shù)；αW 表示西向方向角的定性量系數(shù)；αE 表示東向方向角的定性量系數(shù)。在空間度量條件恒為 λ，且 λ > 0 不等式條件恒成立的情況下，聯(lián)立上述物理量，可將基于網(wǎng)格索引的空間方向定義標(biāo)準(zhǔn)表示為：

式中：α 表示核心方向角的定性量系數(shù)；n 表示北向基向量；s表示南向基向量；w 表示西向基向量；e 表示東向基向量；dˉ表示空間基向量均值。作為基礎(chǔ)參考標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)的點(diǎn)目標(biāo)匹配與線目標(biāo)匹配處理，都必須遵循空間方向定義條件。

1.2 點(diǎn)目標(biāo)匹配

為得到準(zhǔn)確的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢結(jié)果，在實(shí)施點(diǎn)目標(biāo)匹配處理時(shí)，除了參考空間方向定義條件外，還會涉及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息之間的交點(diǎn)，但并不是所有交點(diǎn)都可以作為匹配處理的直接操作對象[7?8]。具體匹配處理流程如下：

Step1：將與高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好相關(guān)的信息節(jié)點(diǎn)放置在空間參考系之中；

Step2：選取滿足匹配需求的信息節(jié)點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)建立點(diǎn)目標(biāo)映射集合；

Step3：將所選取點(diǎn)目標(biāo)與周圍節(jié)點(diǎn)對應(yīng)起來；

Step4：對點(diǎn)目標(biāo)匹配結(jié)果進(jìn)行簡化處理。

設(shè) A 表示與高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好目標(biāo)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)定義項(xiàng)；χ表示交點(diǎn)查詢系數(shù)；rα表示基于空間方向定義條件的點(diǎn)目標(biāo)向量；rmin 表示點(diǎn)目標(biāo)向量的最小定義系數(shù)；ΔP 表示單位時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)索引均值。聯(lián)立公式（1），可將基于網(wǎng)格索引的點(diǎn)目標(biāo)匹配結(jié)果表示為：

一般情況下，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的實(shí)際發(fā)送數(shù)量越多，點(diǎn)目標(biāo)匹配計(jì)算結(jié)果的物理取值也就越大。

1.3 線目標(biāo)匹配

與點(diǎn)目標(biāo)匹配結(jié)果相比，線目標(biāo)匹配更注重建立區(qū)域性高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好信息之間的映射關(guān)系，要求所選取數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間不能出現(xiàn)明顯的覆蓋關(guān)系，且隨著網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量的增大，線目標(biāo)匹配結(jié)果與點(diǎn)目標(biāo)匹配結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)性關(guān)系不能發(fā)生改變[9]。具體匹配處理流程如下：

Step1：在參考系中選取多個(gè)線目標(biāo)進(jìn)程作為匹配對象；

Step2：將多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)按照網(wǎng)格索引原則整合起來，并將整理后的點(diǎn)目標(biāo)對象定義成全新的線目標(biāo)對象；

Step3：排除候選線目標(biāo)集合中的干擾對象。

設(shè) η 表示基于網(wǎng)格索引的線目標(biāo)對象提取系數(shù)；β表示與高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好相關(guān)的線性定義項(xiàng)；Iα 表示基于空間方向定義條件的線目標(biāo)向量；q1，q2 表示兩個(gè)不同的線性匹配系數(shù)。聯(lián)立上述物理量，可將基于網(wǎng)格索引的線目標(biāo)匹配結(jié)果表示為：

在網(wǎng)格索引原則的支持下，可認(rèn)為線目標(biāo)匹配結(jié)果將直接影響高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好信息的排列與分布形式。

2 高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢

在網(wǎng)格索引原則的支持下，按照信息表建立、數(shù)據(jù)流偏好描述、分發(fā)查詢向量計(jì)算的處理流程，完成新型高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

2.1 信息表建立

在高速網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)信息表結(jié)構(gòu)都對應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流偏好信息。在數(shù)據(jù)感知階段，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠根據(jù)信息節(jié)點(diǎn)之間的映射關(guān)系，對待查詢向量進(jìn)行按需排列處理；而在實(shí)際查詢階段，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)則會按照信息表結(jié)構(gòu)所處連接形式，確定數(shù)據(jù)流偏好信息所處存儲范圍，并可在網(wǎng)格索引原則的作用下，將這些信息參量再次反饋至核心網(wǎng)絡(luò)主機(jī)中，以供下級查詢索引元件的直接調(diào)取與利用[10?11]。

一個(gè)完整的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好信息表必須同時(shí)包含簇頭節(jié)點(diǎn)、中部簇區(qū)間、簇尾節(jié)點(diǎn)三部分，其具體結(jié)構(gòu)形式如圖 1所示。

圖 1 中：X0 表示高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好信息表的簇頭節(jié)點(diǎn)，X2表示簇尾節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)格索引原則的約束下，簇頭節(jié)點(diǎn)、簇尾節(jié)點(diǎn)的取值都只能等于 1；X1 表示高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好信息表的中部簇區(qū)間，其節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)受到網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量的直接影響。

2.2 數(shù)據(jù)流偏好描述

數(shù)據(jù)流偏好也叫網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的傳輸特征，在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于網(wǎng)格索引原則的存在，報(bào)文信息的發(fā)送數(shù)量越大，數(shù)據(jù)流偏好的表現(xiàn)形式也就越明顯[12]。為使網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流偏好，從而實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)查詢，應(yīng)在高速網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置多個(gè)過渡路由節(jié)點(diǎn)，其中一部分用于篩選數(shù)據(jù)流偏好信息中的必要傳輸部分，另一部分則負(fù)責(zé)將剩余信息參量反饋至網(wǎng)絡(luò)主機(jī)中，以便于關(guān)鍵數(shù)據(jù)流偏好參量能夠得到準(zhǔn)確查詢[13]。

設(shè) c 表示最小的數(shù)據(jù)流傳輸特征向量；v 和 b 表示兩個(gè)不同的報(bào)文信息指征；fv 表示指征為 v 時(shí)的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)格索引度量值；fb 表示指征為 b 時(shí)的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)格索引度量值；ω 表示數(shù)據(jù)流信息在高速網(wǎng)絡(luò)中的迭代傳輸次數(shù)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立公式（3），可將數(shù)據(jù)流偏好描述表達(dá)式定義為：

在已知數(shù)據(jù)流偏好行為的前提下，網(wǎng)格索引原則的作用能力越強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的實(shí)際發(fā)送數(shù)量也就越大。

2.3 分發(fā)查詢向量

在高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，分發(fā)查詢向量的計(jì)算結(jié)果直接影響網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對于數(shù)據(jù)流偏好的準(zhǔn)確掌握能力，且二者之間始終存在明顯的正向關(guān)聯(lián)關(guān)系，即分發(fā)查詢向量取值越大，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對于數(shù)據(jù)流偏好的準(zhǔn)確掌握能力也就越強(qiáng)，反之則越弱[14?15]。規(guī)定 φ 表示既定的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好信息分發(fā)系數(shù)；ξ 表示基于網(wǎng)格索引原則的數(shù)據(jù)流查詢特征值；l 表示數(shù)據(jù)流偏好信息的初始定義條件；g? 表示一個(gè)隨機(jī)選取的數(shù)據(jù)流偏好信息分發(fā)標(biāo)度值，? 表示標(biāo)準(zhǔn)度量向量；? 表示高速網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流偏好信息傳輸系數(shù)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（4），可將分發(fā)查詢向量計(jì)算表達(dá)式定義為：

至此，完成對各項(xiàng)指標(biāo)參量的計(jì)算與處理，在網(wǎng)格索引原則的支持下，實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢。

3 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法的有效性，設(shè)計(jì)如下對比實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)流程如下：

步驟 1：設(shè)置高速網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境如圖 2 所示。將其 作 為 實(shí) 驗(yàn) 背 景 ，其 中 網(wǎng) 絡(luò) 端 IP 地 址 為 XZ ?2318.101.909.28，客戶端 IP地址為 XZ?0175.167.212.19。

步驟 2：選取 2 臺配置完全相同的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)組、對照組算法載體，其中實(shí)驗(yàn)組主機(jī)搭載基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法，對照組主機(jī)搭載結(jié)構(gòu)化模型查詢方法。

步驟 3：以網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量作為自變量，以被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值作為因變量，分析在實(shí)驗(yàn)過程中自變量指標(biāo)對于因變量指標(biāo)的影響能力。

本次實(shí)驗(yàn)過程中，詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)參量數(shù)值及實(shí)驗(yàn)設(shè)備型號如表 1所示。

高速網(wǎng)絡(luò)中被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的數(shù)量值水平能夠反映網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對于數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)查詢能力。通常來說，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的數(shù)量值越大，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對于數(shù)據(jù)流偏好的掌握能力也就越強(qiáng)，此時(shí)所獲得的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查詢結(jié)果也就越精確。

在理想情況下，高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值的變化曲線如圖 3所示。

分析圖 3 可知：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量由 0 增大至1×107 Gbit 時(shí)，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的理想數(shù)量值也呈現(xiàn)出不斷增大的變化狀態(tài)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量處于 1×107~3×107 Gbit 之間時(shí)，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的理想數(shù)量值始終保持穩(wěn)定；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量處于 3×107~7×107 Gbit之間時(shí)，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的理想數(shù)量值再次出現(xiàn)不斷增 大的變化趨勢；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量處于 7×107~9×107 Gbit之間時(shí)，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的理想數(shù)量值則開始不斷下降，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，其最大值達(dá)到了6 482個(gè)。

在實(shí)驗(yàn)組、對照組算法作用下，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值的變化曲線如圖 4所示。

根據(jù)圖 4可得如下結(jié)論：

實(shí)驗(yàn)組：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量處于 0~2×107 Gbit 之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)組被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值雖然能夠保持不斷增大的變化狀態(tài)，但其均值水平始終低于理想數(shù)值；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量處于 3×107~6×107 Gbit之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)組被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值繼續(xù)保持不斷增大的變化狀態(tài)，且其均值水平超過了理想數(shù)值；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量處于 6×107~9×107 Gbit 之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)組被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值則開始出現(xiàn)不斷下降的變化狀態(tài)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，其最大值達(dá)到了 7 156 個(gè)，與理想最大值相比，增大了 674個(gè)。

對照組：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，隨著網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量的不斷增大，對照組被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值始終保持不斷增大的變化狀態(tài)，但其均值水平始終相對較低，其全局最大值僅能達(dá)到 4 807 個(gè)，與理想最大值相比，下降了 1 675個(gè)，更遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)組數(shù)值水平。

綜上可知，在基于網(wǎng)格索引的高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法的作用下，隨著網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量的增大，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)的數(shù)量值水平也在不斷提升，與結(jié)構(gòu)化模型查詢方法相比，這種新型查詢方法能夠輔助網(wǎng)絡(luò)主機(jī)準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流偏好，符合精準(zhǔn)查詢網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié) 語

新型高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流偏好查詢方法在結(jié)構(gòu)化模型查詢方法的基礎(chǔ)上，借助網(wǎng)格索引原則，對空間方向參考系進(jìn)行定義，又分別從點(diǎn)目標(biāo)匹配、線目標(biāo)匹配兩個(gè)角度著手，建立完整的信息表結(jié)構(gòu)。在已知數(shù)據(jù)流偏好行為的前提下，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠按照分發(fā)查詢向量計(jì)算數(shù)值結(jié)果，對高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行度量。從實(shí)用性角度來看，隨著網(wǎng)絡(luò)報(bào)文發(fā)送數(shù)量的增大，被喚醒信息節(jié)點(diǎn)數(shù)量值水平不理想的問題得到有效解決，不但可以使得網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流偏好，也實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)查詢。

審核編輯：湯梓紅