XMPP分布式数据的访问路径的遗传算法研究

【摘 要】本文利用遗传算法研究了XMPP的分布式数据的访问路径优化问题，通过建立模拟网络环境，采集实验数据，分析研究得出了满足QoS的路径优化遗传算法模型。实验结果表明，通过遗传算法模型，服务器资源和网络资源在不同权重系数下，运行效率可以收敛于最优值。解决在实际使用过程中，服务器资源和网络资源的双约束双目标条件下，网络选择链路时出现负载不平衡的现象。

【关键词】XMPP；遗传算法；分布式；数据访问；路径优化

0 引言

XMPP（ Extensible Messaging and Presence Protocol，可扩展消息与存在协议）是一种基于XML的即时消息协议[1]。它继承了XML灵活性和扩展性，已经应用到其它非IM领域[2]。有学者提议XMPP作为物联网领域的标准协议[3]。也有学者将其应用到分布式数据存储领域，将提供相同数据的服务器放在网络中的不同位置，以减少网络资源的消耗、提供数据的安全性和多用户的QoS（Quality of Service）[4]。但是，在相同服务器资源和网络资源下，不同的访问路径将导致不同的网络状态，会出现服务器负载和网络资源负载不平衡等问题。因此有必要对访问路径优化问题进行探讨。本文将对问题就行分析，建立数学模型，利用遗传算法就行求解。通过模拟实验网络，构建XMPP路径优化服务器，实验验证得出在双目标双约束条件下的不同解[5-6]。

1 问题说明

基于XMPP的分布式数据的访问QoS路径优化的目标是优化网络中数据流的传输路径，实现服务器负载平衡以及网络资源消耗平衡。由于各个数据流占用的服务器资源和网络资源不同，本研究的问题就是将网络中数据流分别重定向到不同服务器的路径优化问题[7]。此外，为了满足网络数据流的路径优化，需建立XMPP路径优化服务器。它将定时收集网络相关信息，进行分析处理后得出在不同约束下的最优路径。如图1所示，模拟了基于XMPP的分布式数据的访问网络的拓扑图。其中包括30条链路（E0～E29），30个用户节点（C0～C29），4个服务器节点（S0～S3）。

将访问数据的网络看成一个有向连通图 G（V，E），其中，V为节点集；E 为链路集。节点集 V 包括：

（1）服务器节点S；

（2）用户访问节点C。

假设G（V，E）中C，S和E的数量分别为m，n，l，用户与各个服务器之间的链路都采用TCP/IP协议获得访问路径[8]，则每个用户有n种可选链路，整个网络就存在 nm 种可选状态。这里求解的问题就是从这些可选状态中选取一种，以使网络在满足约束条件的情况下整体性能最优，下面给出了它的问题模型。

4 总结

为了提高XMPP网络分布式数据库数据访问效率必须进行路径优化。本文从多目标优化角度运用遗传算法处理这个问题，给出了满足QoS多约束前提下的路径优化的算法模型与实现过程。实验结果表明本算法在不同权重系数下可以收敛于各个指标的最优值，实现路径的多目标组合优化。

有待研究的内容：

（1）如何提高算法的执行效率。初步想法通过改变编码方式（如格雷码），研究执行效率；

（2）引入更多约束条件，使之更符合实践需求；

（3）建立物理实验环境，就行实验研究。

【参考文献】

[1]P.Saint-Andre，Ed.Extensible Messaging and Presence Protocol（XMPP）：Core.http：///rfcs/rfc3920.txt[OL].

[2]黄剑.基于XMPP的端到端连接建立机制的研究与实现[D].国防科学技术大学，2009.

[3]张卫，张峻峰，罗长寿.XMPP应用于物联网通讯协议的研究[J].中国农学通报，2012，28（09）：289-292.

[4]张丽，曲攀.自组织覆盖网络QoS组播动态路径优化研究[J].计算机工程与应用，2013，3（24）：83-87.

[5]Liu Junli，Chen Shuangxi，Mao Jie. Genetic algorithm study on the university course timetabling problem[R]. 2012 IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation，Control， andIntelligent Systems（CYBER）.Bangkok，Thailand.2012：179-182.

[6]Chang Wook Ahn， R. S. Ramakrishna. A Genetic Algorithm for Shortest Path Routing Problem and the Sizing of Populations[J].IEEE TRANSACTIONS ON EVOLUTIONARY COMPUTATION Jun，2002：566- 579.

[7]惠雯，尹浩，林闯，杨扬.内容分发网络请求路径研究[J].计算机科学，2012，2（12）：1-7.

[8]陶英华，韩英伟，刘剑. TCP/IP协议解析（上）[J].中国有线电视，2005，16（24）：1574-1577.