基于M/M/1排队的TOC服务模型及其服务响应时间的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于M/M/1排队的TOC服务模型及其服务响应时间的计算方法，包括客户端和作为完成用户计算需求的唯一节点的服务器；用户通过客户端向服务器提交运算请求，服务器完成运算后再将结果反馈给客户端；服务器包括运算请求接收模块、数据预处理模块、任务调度模块、处理器分配模块、处理器硬件重构模块、处理器模块、解码器模块和运算结果发送模块。本发明专利技术模型仿真显示运算量和广域网传输速度是影响系统响应时间的瓶颈，因此，要提高系统效率就必须分析和设计恰当的任务管理系统，以方便用户像使用电子计算机那样使用TOC，从而减少数据传输量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三值光学计算机领域，尤其涉及一种基于M/M/1排队的TOC服务模型及其服务响应时间的计算方法。
技术介绍
自2003年上海大学的金翊教授提出三值光学计算机(TernaryOpticalComputer,TOC)体系结构和原理，研究者们不但在硬件方面取得了许多重要成果，而且在软件方面也取得很大进展。例如提出了降值设计理论、加法器进位直达通道理论，实现了无进位加法和向量矩阵乘法。特别值得一提的是，降值设计理论使TOC的光学处理器具有重构性。也是就说，TOC具有计算的灵活性，能够根据计算需求构建不同的处理器。同时，光计算的并行性使得TOC处理器具有巨位性。总之，TOC作为一种新型计算资源，用户可以通过网络获取具有高性能、可扩展性和安全性的服务。TOC光学处理器虽然因具备并行性、巨位性、可重构性和按位可分配性等的优良特性，但是目前缺少对TOC服务模型性能的研究，因此无法对三值光学计算机任务管理系统进行有效的管理。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种提高系统效率、以确保其提供更好的网络通信服务的基于M/M/1排队的TOC服务模型及其服务响应时间的计算方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于M/M/1排队的TOC服务模型，包括客户端和作为完成用户计算需求的唯一节点的服务器；用户通过客户端向服务器提交运算请求，服务器完成运算后再将结果反馈给客户端；所述服务器包括运算请求接收模块、数据预处理模块、任务调度模块、处理器分配模块、处理器硬件重构模块、处理器模块、解码器模块和运算结果发送模块；运算请求接收模块接收到到用户提交的运算请求后，将其发送至数据预处理模块；数据预处理模块计算运算请求的优先级并将其插入待调度链表；任务调度模块完成链表中任务的调度，将任务发送到处理器分配模块；处理器分配模块根据按需分配原则为已被调度的任务中的不同运算分配光学处理器资源；同时，处理器硬件重构模块根据用户不同的计算需求完成光学处理器重构，并运用重构好的处理器模块为用户完成运算，解码器模块对运算结果进行解码，并将运算结果发送至运算结果发送模块，最后运算结果发送模块将运算结果反馈至相应的客户端。为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于M/M/1排队的TOC服务模型的服务响应时间的计算方法，不同用户可以并发提交运算请求，不同运算请求到达时将按等待制进行排队，因此基于M/M/1排队系统，TOC为n个运算请求提供计算服务的响应时间T的计算公式为：T＝TRA+TDPP+TRS+TRT(1)其中TRA表示运算请求接收模块接收运算请求所需的平均时间，TDPP表示对运算请求进行预处理所需的平均时间，TRS表示调度任务所需的平均时间，TRT表示将运算结果发送给用户的平均时间；所述TRA计算为TRA=12ωμ-λ=μ2ω-λμ---(2)]]>其中λ表示单位时间内到达的任务数即运算请求的到达速率,μ表示各运算请求的平均运算量，ω表示接收运算请求的网络传输速度；所述TDPP计算为TDPP=1τμ-λ=μτ-λμ---(3)]]>其中τ表示数据预处理模块对运算请求中的数据进行预处理速度；所述TRS计算为TRS=1π-λ---(4)]]>所述TRT计算为TRT=14ωμ-λ=μ4ω-λμ---(5)]]>将(2)、(3)、(4)和(5)式代入(1)式得到服务响应时间T：T=μ(12ω-λμ+1τ-λμ+14ω-λμ)+1π-λ---(6).]]>其中，任务调度模块将数据发送至TOC的的平均传输速率为φ，处理器硬件重构模块完成处理器分配时间为常数C1，处理器硬件重构模块完成光学处理器重构的时间为常数C2，TOC的处理速度为δ，则任务调度模块、处理器分配模块、处理器硬件重构模块、处理器模块和解码器模块构成的等待制队列的服务速率π可由下面的式(7)求得；且所述式(4)是通过式(7)得到的。其中，所述TRS不仅包括任务调度时间，还包括处理器分配时间、处理器重构时间、运算时间和解码时间。其中，所述n个运算请求到达服从参数为λ的指数分布，传输数据量为μ/2，传输数据所需平均时间为μ/2ω，单位时间内接收运算请求个数的服务速率为2ω/μ。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供的基于M/M/1排队的TOC服务模型及其服务响应时间的计算方法，用户通过客户端向服务器提交运算请求，服务器完成运算后再将结果反馈给客户端；基于M/M/1排队系统和串联队列以及先到先服务的原则，得到了TOC服务的总体服务响应时间的计算方法，该计算方法的得出，发现服务响应时间随任务到达率和运算量的增加而增加，随网络传输率的增加而减少。通过该系统及方法的改进，提高系统效率，以确保其提供更好的网络通信服务。另外，该系统服务响应时间的计算公式，模型仿真显示运算量和广域网传输速度是影响系统响应时间的瓶颈，因此，要提高系统效率就必须分析和设计恰当的任务管理系统，以方便用户像使用电子计算机那样使用TOC，从而减少数据传输量。附图说明图1为本专利技术的基于M/M/1排队的TOC服务模型的网络框架图；图2为本专利技术的基于M/M/1排队的TOC服务模型中服务器的工作原理图；图3为本专利技术中TOC的任务排队模型；图4为本专利技术中响应时间T随λ变化的关系图；图5为本专利技术中响应时间T随λ和μ变化的关系图；图6为本专利技术中不同的运算量μ下响应时间T随λ的变化关系图；图7为本专利技术中不同的传输速率ω下响应时间T随λ的变化关系图；图8为本专利技术中不同的数据预处理速度τ下响应时间T随λ的变化关系图；图9为本专利技术中不同的TOC光学处理器运算速度、处理器分配时间C1和光学处理器重构时间C2不同的ω下T随λ的变化关系图；图10为本专利技术中T随ω的变化的关系图；图11为本专利技术中λ＝20时T随ω和μ变化的关系图。主要元件符号说明如下：1、客户端2、服务器21、运算请求接收模块22、数据预处理模块23、任务调度模块24、处理器分配模块25、处理器硬件重构模块26、处理器模块27、解码器模块28、运算结果发送模块。具体实施方式为了更清楚地表述本专利技术，下面结合附图对本专利技术作进一步地描述。请参阅图1-2，本专利技术的基于M/M/1排队的TOC服务模型，包括客户端1和作为完成用户计算需求的唯一节点的服务器2；用户通过客户端1向服务器2提交运算请求，服务器2完成运算后再将结果反馈给客户端1；服务器2包括运算请求接收模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于M/M/1排队的TOC服务模型，其特征在于，包括客户端和作为完成用户计算需求的唯一节点的服务器；用户通过客户端向服务器提交运算请求，服务器完成运算后再将结果反馈给客户端；所述服务器包括运算请求接收模块、数据预处理模块、任务调度模块、处理器分配模块、处理器硬件重构模块、处理器模块、解码器模块和运算结果发送模块；运算请求接收模块接收到用户提交的运算请求后，将其发送至数据预处理模块；数据预处理模块计算运算请求的优先级并将其插入待调度链表；任务调度模块完成链表中任务的调度，将任务发送到处理器分配模块；处理器分配模块根据按需分配原则为已被调度的任务中的不同运算分配光学处理器资源；同时，处理器硬件重构模块根据用户不同的计算需求完成光学处理器重构，并运用重构好的处理器模块为用户完成运算，解码器模块对运算结果进行解码，并将运算结果发送至运算结果发送模块，最后运算结果发送模块将运算结果反馈至相应的客户端。

【技术特征摘要】
1.一种基于M/M/1排队的TOC服务模型，其特征在于，包括客户端和作
为完成用户计算需求的唯一节点的服务器；用户通过客户端向服务器提交运
算请求，服务器完成运算后再将结果反馈给客户端；
所述服务器包括运算请求接收模块、数据预处理模块、任务调度模块、
处理器分配模块、处理器硬件重构模块、处理器模块、解码器模块和运算结
果发送模块；运算请求接收模块接收到用户提交的运算请求后，将其发送至
数据预处理模块；数据预处理模块计算运算请求的优先级并将其插入待调度
链表；任务调度模块完成链表中任务的调度，将任务发送到处理器分配模块；
处理器分配模块根据按需分配原则为已被调度的任务中的不同运算分配光学
处理器资源；同时，处理器硬件重构模块根据用户不同的计算需求完成光学
处理器重构，并运用重构好的处理器模块为用户完成运算，解码器模块对运
算结果进行解码，并将运算结果发送至运算结果发送模块，最后运算结果发
送模块将运算结果反馈至相应的客户端。
2.一种基于M/M/1排队的TOC服务模型的服务响应时间的计算方法，其
特征在于，不同用户可以并发提交运算请求，不同运算请求到达时将按等待
制进行排队，因此基于M/M/1排队系统和先到先服务策略建立TOC服务模型；
TOC为n个运算请求提供计算服务的响应时间T的计算公式为：
T＝TRA+TDPP+TRS+TRT(1)
其中TRA表示运算请求接收模块接收运算请求所需的平均时间，TDPP表示对
运算请求进行预处理所需的平均时间，TRS表示调度任务所需的平均时间，TRT表示将运算结果发送给用户的平均时间；
所述TRA计算为
TRA=12ωμ-λ=μ2ω-λμ---(2)]]>其中λ表示单位时间内到达的任务数即运算请求的到达速率,μ表示各
运算请求的平均运算量，ω表示接收运...

【专利技术属性】
技术研发人员：王先超，王春生，姚云飞，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34