11、广播调度的受限动态规划算法

广播调度的受限动态规划算法

1. 引言

随着便携式计算机和无线通信网络的发展，移动客户端可以随时随地访问数据。基于广播的数据传播方式在移动计算环境中得到了广泛应用，如天气预报、股票行情和电子新闻等。在这种方式下，服务器定期向大量用户广播一组数据项，客户端调谐到广播频道以检索其感兴趣的数据，数据传输的延迟和成本与客户端数量无关。然而，在广播系统中，客户端需要按顺序访问广播频道中的数据项，可能会在获取所需数据之前接收到不需要的数据，这会导致数据项的预期延迟。当数据访问出现倾斜时，这个问题会更加严重。因此，如何在广播频道中分配数据项以实现高效的数据访问成为一个重要问题。

为解决单广播频道的数据分配问题，有人提出了“广播磁盘”架构，通过将数据项分配到不同大小和速度的“磁盘”上，然后将这些磁盘复用到同一广播频道，以最小化平均预期延迟（aed）。而本文研究的是多不相交物理通道上的数据分配问题，广播磁盘的概念也可应用于多通道系统，将访问频率较高的数据项分配到数据项较少的通道，可降低这些数据项的 aed。

不过，之前也有一些相关研究存在不足。例如，Peng 和 Chen 开发的启发式算法虽然能使 aed 接近下限，但性能不稳定，当通道数量不是 2 的幂时，各通道的预期延迟不平衡，导致所有数据项的 aed 变差。Yee 等人使用动态规划方法能最优地划分数据项，但该方法需要 $O(K^N)$ 时间和 $O(KN)$ 空间来保存部分解，在大型数据库中不实用。

本文提出了一种受限动态规划（DP）方法，通过曲线拟合生成一个预测函数，估计给定数据项在多个通道上的最优 aed，进而找到一个接近最优的分割点，将 DP 方法的搜索空间限制在该分割点附近的区间内，该方法仅需 $O(NlogK)$