3.2 管理者的選派與工作負載分攤機制
3.2.2 一般階段
當 CM 與 BM 產生後，網路就進入了一般階段。這時候的網路已
經有 CM 負責維護網路了。此時的 CM 每隔一單位的時間必須依專家 所訂的模糊法則來決定是否要啟動 BM 分擔工作負荷或能力不佳時 由 BM 來接替 CM 的任務。除非 CM 能力真的過低，否則盡量不替換 CM 以減少 CM 替換的額外負擔。但是當 CM 的通訊能力減低或 CPU 過於忙碌時或 CM 的電力不足時就要準備替換 CM。
3.2.3 專家所訂的模糊法專家所訂的模糊法專家所訂的模糊法專家所訂的模糊法則則則則
本研究採用[7]所提出的投票機制來制定模糊法則。我們委由十位 網路專家使用表 4 的問卷作答，看目前 CM 的三種屬性狀態是隸屬 於哪一個模糊切割(Fuzzy Partition)來決定所採取的動作。當 CM 負載 過重時，啟動 BM 協助分擔封包接收與轉送，減輕 CM 的工作負載，
當 CM 能力不足時並及時的由 BM 接手。表 3 為所有不同 CM 的工 作負載及能力狀態及其所可能採取的動作。其中 e1 的動作表示 CM 的工作負載和能力屬於正常狀態。e2 動作表示 CM 的工作負載過重，
需啟動 BM 分擔工作。e3 動作表示重新選派 BM，如此能保證目前 的 BM 是最佳的備援管理者。e4 動作表示 CM 的能力已經不適任，
此時由 BM 來接替 CM 的工作並再選擇一個新的 BM。
表 4 是評估 CM 工作負載和能力狀態的問卷，其中 p, b 和 c 代表目 前的剩餘電力百分比、CPU 忙碌程度百分比和剩餘頻寬百分比。
表 3、不同管理者的工作負載及能力狀態所可能採取的動作 e1：正常狀態。
e2：啟動備援管理者。
e3：重新選派備援管理者。
e4 : 重新選派管理者與備援管理者。
Consequent 是表示目前 CM 的三種屬性狀態是隸屬於哪一個模糊切割 (Fuzzy Partition)來決定所採取的動作。
表 4、評估管理者工作負載和能力狀態的問卷
Question p b c Conquest
1 Hp Hb Hc
2 Hp Hb Mc
3 Hp Hb Lc
4 Hp Mb Hc
5 Hp Mb Mc
6 Hp Mb Lc
7 Hp Lb Hc
8 Hp Lb Mc
9 Hp Lb Lc
10 Mp Hb Hc
11 Mp Hb Mc
12 Mp Hb Lc
13 Mp Mb Hc
14 Mp Mb Mc
15 Mp Mb Lc
16 Mp Lb Hc
17 Mp Lb Mc
18 Mp Lb Lc
19 Mp Hb Hc
20 Lp Hb Mc
21 Lp Hb Lc
22 Lp Mb Hc
23 Lp Mb Mc
24 Lp Mb Lc
25 Lp Lb Hc
26 Lp Lb Mc
27 Lp Lb Lc
這些屬性值的過高或過低的衡量是由圖 7~圖 9 的 9 個隸屬函數的 參數值來決定，因此，藉由改變這些參數值就可以來調整系統特性以 達到適性化的目的。CPU 忙碌程度或剩餘頻寬的評估是以某一單位 時間的平均值來衡量，並不是某一時刻，這樣才能較正確的得知該單 位時間的 CPU 忙碌程度或剩餘頻寬。表 5 為統計網路專家針對不同 CM 狀態應採取動作之意見，我們以十個網路專家所回答之意見並以 偏好度較高做為決策(Decision)的依據。
表 5、專家知識統計表
Rule e1 e2 e3 e4 Decision
1 7 3 0 0 e1
2 6 4 0 0 e1
3 0 10 0 0 e2
4 8 2 0 0 e1
5 7 3 0 0 e1
6 0 10 0 0 e2
7 10 0 0 0 e1
8 9 1 0 0 e1
9 0 10 0 0 e2
10 8 2 0 0 e1
11 4 0 6 0 e3
12 0 10 0 0 e2
13 8 0 2 0 e1
14 2 2 6 0 e3
15 0 10 0 0 e2
16 10 0 0 0 e1
17 7 2 1 0 e1
18 0 10 0 0 e2
19 0 0 0 10 e4
20 0 0 0 10 e4
21 0 0 0 10 e4
22 0 0 0 10 e4
3.2.4 管理者管理者管理者管理者替換替換替換替換與工作負載分攤與工作負載分攤與工作負載分攤與工作負載分攤
CM 除了負責協助其它的 MH 封包傳送與轉送外，也必須每隔一 段時間偵測它的工作負載和負載能力。在本研究中，以 CM 的剩餘電 力的百分比、CPU 忙碌程度的百分比、剩餘頻寬的百分比共三個屬 性因子評估負載能力，以 CPU 忙碌程度與剩餘頻寬評估其工作負 載，然後以專家所制訂的模糊法則來決定所要採取的動作。如果模糊 法則偵測出工作負載即將超過 CM 可負荷的範圍將採取啟動 BM 分擔 工作；或是模糊法則偵測出 CM 能力不足時，將由 BM 接手。當 CM 能力不足(即 p=Lp)時，則改由 BM 接手以達到更穩定的網路通訊。模 糊法則除了判斷 BM 接手的時機外，也必須考量管理者 CPU 過於忙 碌或剩餘頻寬不足的情形(即 b=Hb、c=Lc)時，啟動 BM 來分擔 CM 工 作，減輕 CM 的工作負載，倘若 CM 負載恢復正常，即表 3 的正常狀 態，即停止 BM 的分攤工作，建置一個較為完善的智慧型機制。圖 12 為管理者的選派與工作負載分攤機制的流程圖。
表 5、專家知識統計表
Rule e1 e2 e3 e4 Decision
23 0 0 0 10 e4
24 0 0 0 10 e4
25 0 0 0 10 e4
26 0 0 0 10 e4
27 0 0 0 10 e4
圖 12、一般階段管理者選派及工作負載分攤機制的流程圖 在階層式分群的架構中同一階層群組內訊息傳送是不需要透過 CM，當要跨群組傳送時才需要由 CM 轉送，因此，本研究中提出的 工作負載分攤主要是將需要透過 CM 跨群組傳送的封包及接收其它 階層群組 CM 所傳來的封包，改由 BM 來接手以減輕 CM 的工作負 擔。當 CM 工作即將超載時 CM 會以訊息同時告知 BM 與群組內的 MH，這時 BM 會啟動分擔 CM 的工作，幫助 CM 接收其它階層所傳 來的訊息與轉送群組內須傳送到其它群組的封包，這時 CM 就不再接
收任何封包的進入。模糊法則偵測出 CM 的負載恢復正常後，會以訊 息告知 BM 及群組內的 MH，此後群組內的 MH 的新工作將改由 CM 幫忙傳送，BM 又轉化為初始狀態所定義的備而不用的節點。這樣一 來，CM 的工作負載就能減輕以避免 CM 發生頻寬壅塞。因此，CM 的穩定性與生存時間就能提升。接下來，我們將舉例說明 MH 傳送封 包的特性。圖 13 為 CM 工作負載分攤的示意圖。
圖 13、管理者的工作負載分攤示意圖
如圖 13 所示，假設有 A 和 B 兩個群組，正方形與圓形分別代表 CM 與 BM。上方佇列代表 CM 頻寬，下方佇列表示 BM 的頻寬。在 A 群組中，有三個來源端 MH(C、D、E)的封包欲傳送到 B 群組的目 的端 MH(J)，則那些封包必須先傳送給 ManagerA (即 C→ManagerA、 D→ManagerA、E→ManagerA)，再由 ManagerA將封包傳送到 ManagerB
之後，再直接送往目的端 MH(J)。假設這三個 MH 的服務需求耗費 CM 頻寬中 7 個(Channel)通道，這時候 ManagerA中的模糊法則偵測 出可能會發生負載過重的情況，此刻 CM 會告知 BM 立即啟動分攤工 作，也就是說 MH(F)欲傳送封包至 MH(L)可能造成 Channel 不夠使用 的現象，CM 會發生壅塞。當 BM 啟動之後，Manager(A)會將 MH(F) 提出的服務需求改由 BM 來接手(以虛線表示)。同樣的，接收端的 Manager(B)同時接收了群組 A 的 CM 與 BM 的封包，模糊法則偵測 出負載相當高的情況，這時候 B 群組 CM 會立即啟動 BM 分攤工作 和告知 A 群組的 BM 將工作傳送給 B 群組的 BM，在由 BM 直接送 往目的端 MH(L)。若模糊法則偵測出 CM 的負載恢復正常後，BM 就 轉化為備而不用的節點。
3.2.5 實例說明實例說明實例說明實例說明
接下來我們將以一個例子來說明 CM 的替換與工作負載分攤機 制是如何運作。假設圖 14~圖 16 是剩餘電力的百分比、CPU 忙碌程 度的百分比與剩餘頻寬的百分比所相對應的隸屬函數，且某一時段的 剩餘電力 p、忙碌程度 b、剩餘頻寬 c 分別為 p=0.43、b=0.65、c=0.28，
將這些數值代入模糊法則(請參考表 4)中，我們就可以得到表 6 的可 應用度。
圖 14、剩餘電力的模糊切割(p)
圖 15、CPU 忙碌程度的模糊切割(b)
圖16、剩餘頻寬的模糊切割(c)
表6是CM的剩餘電力p=0.43、忙碌程度b=0.65與剩餘頻寬c=0.28 時，對於各模糊法則的隸屬程度。假設第i法則對於此三個參數的隸 屬程度各為Ip、Ib與Ic，那麼第i法則對剩餘電力=p、忙碌程度=b與剩
餘頻寬=c的可應用度即為同時滿足這三個條件的程度，即可應用度 I=min(Ip, Ib, Ic)。從表6我們可以看出，剩餘電力=Mp、忙碌程度=Mb 與剩餘頻寬=Lc時，法則15所對應到的可應用度最高，所以代表目前 的狀態是屬於中等剩餘電力、中等忙碌度以及低剩餘頻寬，此時，法 則15將被觸動並執行e2的動作。因為CM的頻寬目前處於一個不良的 狀態，也就是說CM可以提供的(channel)通道很少，因為頻寬已經被 大部分的工作需求所佔據，如果群組成員提出新服務的需求時，CM 就有可能會發生壅塞的現象，這時BM應立即啟動分攤CM的工作，減 少CM的負荷。若CM工作負載狀態已恢復正常，BM就會轉化為初始 階段定義之備援不用的節點。
表 6、剩餘電力 p、忙碌程度 b 與剩餘頻寬 c 相對應每一模糊法則的 可應用度
Rule Ip Ib Ic 可應用度
1 0.15 0.25 0 0
2 0.15 0.25 0.4 0.15
3 0.15 0.25 0.6 0.15
4 0.15 0.75 0 0
5 0.15 0.75 0.4 0.15
6 0.15 0.75 0.6 0.15
7 0.15 0 0 0
8 0.15 0 0.4 0
9 0.15 0 0.6 0
10 0.85 0.25 0 0
11 0.85 0.25 0.4 0.25
12 0.85 0.25 0.6 0.25
13 0.85 0.75 0 0
14 0.85 0.75 0.4 0.4
15 0.85 0.75 0.6 0.6
16 0.85 0 0 0
17 0.85 0 0.4 0
表 6、剩餘電力 p、忙碌程度 b 與剩餘頻寬 c 相對應每一模糊法則的 可應用度
Rule Ip Ib Ic 可應用度
18 0.85 0 0.6 0
19 0 0.25 0 0
20 0 0.25 0.4 0
21 0 0.25 0.6 0
22 0 0.75 0 0
23 0 0.75 0.4 0
24 0 0.75 0.6 0
25 0 0 0 0
26 0 0 0.4 0
27 0 0 0.6 0