面向航運的信息服務網(wǎng)格關鍵技術研究.pdf

1、以網(wǎng)絡化信息技術為支撐的航運信息服務平臺是現(xiàn)代航運服務模式的重要標志之一。航運信息服務平臺以實現(xiàn)眾多組織參與的、廣域分布的航運信息資源交互與共享、系統(tǒng)集成為目標、以實現(xiàn)船舶、航道、貨物等航運要素的動態(tài)信息適時交換為重點，建設一個面向航運全行業(yè)及社會公眾的、集行業(yè)管理、運輸組織及運輸服務于一體的航運信息服務平臺。其構建必須充分考慮已有系統(tǒng)和資源的有效利用，需要整合不同時期、不同類型和跨行業(yè)邊界的異構系統(tǒng)；消除信息孤島、實現(xiàn)系統(tǒng)間協(xié)同工作以

2、及信息共享與交互：能夠快速響應航運動態(tài)變化的業(yè)務需求和實現(xiàn)自由擴充；系統(tǒng)的擴展性和開放性、異構系統(tǒng)松耦合交互和節(jié)點動態(tài)性等問題。網(wǎng)格(Grid)技術提供了研究解決上述問題的有效途徑。它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫，傳感器，遠程設備以及各種航運資源融為一體，實現(xiàn)全面共享與互操作。而服務網(wǎng)格將Web Service體系結構與網(wǎng)格相結合，提出了“網(wǎng)格服務”的概念，用于解決服務發(fā)現(xiàn)、動態(tài)服務創(chuàng)建、服務生命周期管理等與臨時服務有關的問題

3、，從而保證了服務網(wǎng)格能夠及時地響應與處理各種航運信息的服務請求，為存儲于網(wǎng)格上的各種航運資源提供一種安全、高效的共享機制，使得各種異構和孤立的資源能協(xié)同工作，以一個整體服務于不同的應用，實現(xiàn)資源在跨組織之間應用的共享與集成。
　　 鑒于此，本文研究的重點是探討將服務網(wǎng)格應用到航運信息系統(tǒng)，搭建靈活、高效、可靠和可擴展的航運信息服務平臺。在構建了面向航運的信息服務網(wǎng)格體系結構的基礎上對其中的關鍵技術，服務網(wǎng)格的任務調度和資源分配進

4、行了分析與研究，為航運信息化的發(fā)展提供了新的思路和方向。為服務網(wǎng)格在航運信息系統(tǒng)進行進一步的應用研究奠定了堅實的基礎。
　　 首先，本文分析了航運信息系統(tǒng)具有海量數(shù)據(jù)以及異構系統(tǒng)之間缺乏信息共享機制和協(xié)調機制等現(xiàn)實情況，并對現(xiàn)有的服務網(wǎng)格系統(tǒng)進行了探討和研究。在OGSA和WSRF基礎之上提出并構建了面向航運的信息服務網(wǎng)格體系結構。將服務模型融入到網(wǎng)格之中，網(wǎng)格中的節(jié)點基于服務的概念，應用程序被劃分成更小的組件，大大提高了網(wǎng)格各個

5、節(jié)點之間的松散耦合性能。同時由于每個節(jié)點的組件是基于服務的，可以方便的在節(jié)點與協(xié)調者之外建立節(jié)點與節(jié)點之間的通信，從而實現(xiàn)更加靈活的分布式、自由通信的結構。該體系結構充分考慮了網(wǎng)格的服務發(fā)現(xiàn)機制、策略機制、安全機制、資源管理機制和調度機制等多項功能模塊的配置，使得網(wǎng)格用戶能夠快速的匹配到需要的服務，并在與系統(tǒng)內其它用戶協(xié)調的基礎上，在授權的范圍內，能夠優(yōu)化服務，利用最優(yōu)資源，實現(xiàn)自己的用戶需求。滿足了航運系統(tǒng)中各個異構系統(tǒng)和平臺的共享和

6、協(xié)作問題。文中對體系結構中的網(wǎng)格服務層結合航運信息系統(tǒng)進行了展開描述，通過模擬案例描述了為航運系統(tǒng)用戶提供服務的流程。
　　 其次，本文分析了服務網(wǎng)格任務調度的目標和對當前各種任務調度算法進行了分析研究，考慮了面向航運的信息服務網(wǎng)格中支持復雜多目標的服務質量(QoS)控制和用戶任務的關聯(lián)性的特點，參考Buyya提出的調度策略，在已有的基于計算經(jīng)濟調度基礎上，提出一種基于關聯(lián)任務的多個QoS屬性效用函數(shù)調度算法。把用戶的多QoS的

7、屬性描述為效用函數(shù)，考慮到多個QoS屬性很難同時滿足，而且有些服務目標甚至相互沖突的問題，本文采取將多個效用函數(shù)進行折中考慮得出一個綜合的總效用函數(shù)，并將其作為任務調度優(yōu)化的目標函數(shù)來驅動動態(tài)資源調度，尋找效用最大化的任務調度。本文通過GridSim對該算法進行模擬，并與現(xiàn)有經(jīng)典的DBC—T算法、DBC—C算法和DBC—CT算法進行了比較，結果說明，該算法可以權衡多QoS屬性，而不是單獨優(yōu)化一個目標，反映了用戶的最佳效用，并且相對于現(xiàn)有

8、的任務調度算法具有更高的執(zhí)行效率。
　　 最后，對于面向航運的信息服務網(wǎng)格中的資源分配，本文在引入微觀經(jīng)濟方法的基礎上運用博弈論對服務網(wǎng)格中的資源分配進行了進一步的研究。根據(jù)對現(xiàn)有的服務網(wǎng)格資源分配方法的研究，結合航運信息服務網(wǎng)格中所獲取的信息具有動態(tài)可變的特點以及各個服務請求之間對資源的占有和使用也存在相互依存和相互競爭的關系，設計了一種雙模式的網(wǎng)格資源分配模型，運用競價機制，在網(wǎng)格資源豐富時，采用動態(tài)的序貫博弈模式，基于Na

9、sh均衡最優(yōu)確定網(wǎng)格最優(yōu)資源分配，同時為提供者確定最優(yōu)售價；在網(wǎng)格資源稀缺時，采用競價模式基于效用函數(shù)的效用最大化為網(wǎng)格服務請求代理分配資源。保證了服務網(wǎng)格資源在多個服務請求之間的有效分配。文中還對這個模型中的幾個重要問題，例如，如何使得網(wǎng)格資源利用的最大化等進行了進一步的探討。為服務網(wǎng)格中的資源有效分配提供了一個良好的應用解決方案和進一步研究的基礎。
　　 將服務網(wǎng)格引入到航運信息系統(tǒng)構建面向航運的信息服務網(wǎng)格是航運信息系統(tǒng)研

10、究領域的一個新思路和新方向，具有很好的發(fā)展前景。結合服務網(wǎng)格以及其它的一些智能化方法，可以很好的解決復雜航運信息系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)、異構平臺和信息共享等問題。但本文的研究只是對航運信息系統(tǒng)與服務網(wǎng)格相結合的初步探討，限于時間和精力，主要針對面向航運信息服務網(wǎng)格的體系結構、任務調度和資源分配進行了較為深入地研究。還有一些更深入和具體的工作需要進一步的研究和探討。在本文的最后，給出了服務網(wǎng)格在航運信息系統(tǒng)的應用所面臨的問題和未來研究的方向。<