基于新興古典經(jīng)濟(jì)學(xué)的網(wǎng)格資源分配策略與方法研究.pdf

1、從計(jì)算機(jī)誕生之日起，計(jì)算資源的稀缺性一直困擾著計(jì)算機(jī)專家，資源分配問(wèn)題也一直是研究的熱點(diǎn)。為了充分利用計(jì)算機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，學(xué)者們提出了很多有效的分布式計(jì)算模型，如中間件技術(shù)、移動(dòng)Agent技術(shù)、P2P技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)以及Web Service技術(shù)等。
　　網(wǎng)格技術(shù)，通過(guò)整合計(jì)算、存儲(chǔ)和其他資源，使得需要大量計(jì)算資源的復(fù)雜問(wèn)題求解成為可能。LHC計(jì)算網(wǎng)格(LCG)正在為地球上最大的科學(xué)設(shè)施（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)、美國(guó)網(wǎng)

2、格超級(jí)計(jì)算機(jī)正在模擬嬰兒期宇宙圖景，中國(guó)國(guó)家網(wǎng)格(CNGrid)也聚合了高性能計(jì)算和事務(wù)處理能力。通過(guò)資源共享、協(xié)同工作和服務(wù)機(jī)制，有效支持科學(xué)研究、資源環(huán)境、先進(jìn)制造和信息服務(wù)等應(yīng)用。
　　網(wǎng)格就是一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，或者說(shuō)是一個(gè)計(jì)算資源池。網(wǎng)格能夠充分吸納各種計(jì)算資源，并將它們轉(zhuǎn)化成一種隨處可得的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)的計(jì)算能力。網(wǎng)格是一個(gè)軟硬件的基礎(chǔ)設(shè)施，提供對(duì)高端計(jì)算能力可靠、一致、普遍并且廉價(jià)的訪問(wèn)。它是在動(dòng)

3、態(tài)的多機(jī)構(gòu)的虛擬組織中協(xié)調(diào)資源共享和協(xié)同解決問(wèn)題，將虛擬組織、資源共享和資源協(xié)同統(tǒng)一起來(lái)。
　　網(wǎng)格資源具有異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性和自治性的特點(diǎn)。網(wǎng)格資源的這些特性給網(wǎng)格資源自身的管理帶來(lái)了不可控性，其資源分配屬于NP完全問(wèn)題。針對(duì)網(wǎng)格計(jì)算的資源分配問(wèn)題，很多學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，基于智能技術(shù)、經(jīng)濟(jì)理論等建立了諸多網(wǎng)格資源分配模型。本文在充分分析網(wǎng)格計(jì)算的特點(diǎn)和網(wǎng)格系統(tǒng)環(huán)境下資源分配固有的復(fù)雜性的前提下，基于新興古典理論研究網(wǎng)格系統(tǒng)環(huán)境下

4、的資源分配問(wèn)題。其思想是不同的節(jié)點(diǎn)在處理不同的請(qǐng)求時(shí)具有比較優(yōu)勢(shì)，將這些請(qǐng)求分配到最具有比較優(yōu)勢(shì)的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行，研究的是如何在眾多節(jié)點(diǎn)中選取最優(yōu)效能計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源調(diào)度并動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不僅能有效地分配資源（角點(diǎn)均衡），而且能選擇有效的分工結(jié)構(gòu)（全部均衡），從而達(dá)到整體帕累托最優(yōu)。所建立的計(jì)算模型既使用了古典經(jīng)濟(jì)學(xué)中的分工和專業(yè)化理論，也將新古典經(jīng)濟(jì)學(xué)的邊際分析納入其中，即新興古典經(jīng)濟(jì)學(xué)中的超邊際分析方法。它既不同于目前廣泛

5、研究的瓦爾拉斯一般均衡的資源定價(jià)模型，也不同于基于納什均衡的拍賣模型。這兩種模型的研究重點(diǎn)都在于資源分配問(wèn)題本身，基于新興古典經(jīng)濟(jì)學(xué)的資源分配方法不僅研究資源分配本身，同時(shí)也對(duì)資源的分配結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，是一種高度自治的分配方法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地信息做出分配策略，而不涉及全局信息，簡(jiǎn)化了資源分配的復(fù)雜性，縮小了解空間，有效地限制了解空間爆炸現(xiàn)象。
　　本文基于新興古典經(jīng)濟(jì)理論，研究網(wǎng)格環(huán)境下的資源分配問(wèn)題。從網(wǎng)格資源的經(jīng)濟(jì)性分析入手，

6、對(duì)網(wǎng)格資源分配的模型、資源分配算法和資源分配結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，并通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的方法。主要內(nèi)容包括:
　　(1)對(duì)網(wǎng)格環(huán)境下資源分配問(wèn)題進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，提出一種基于新興古典經(jīng)濟(jì)理論的網(wǎng)格資源分配分析框架。通過(guò)建立網(wǎng)格資源環(huán)境下的生產(chǎn)系統(tǒng)，將資源消費(fèi)者和資源提供者統(tǒng)一在一個(gè)框架中，引入專業(yè)經(jīng)濟(jì)和交易費(fèi)用，確定多樣化消費(fèi)和交易費(fèi)用，在瓦爾拉斯制度和庫(kù)恩-塔克條件下，應(yīng)用多步法求出候選的最優(yōu)角點(diǎn)解集合。從對(duì)網(wǎng)格系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)

7、性分析可以看出，網(wǎng)格環(huán)境下的資源分配問(wèn)題涉及到資源提供者-消費(fèi)者的個(gè)體行為，經(jīng)濟(jì)理論對(duì)資源分配特點(diǎn)進(jìn)行了精確刻畫，為量化分析提供了理論基礎(chǔ)，非常適合于解決網(wǎng)格資源分配問(wèn)題。
　　(2)提出了一種基于超邊際分析的網(wǎng)格資源分配模型。采用柯布-道格拉斯效用函數(shù)描述網(wǎng)格中用戶效用，在時(shí)間稟賦條件下，基于消費(fèi)者選擇理論和比較優(yōu)勢(shì)，確定各服務(wù)節(jié)點(diǎn)的效用函數(shù)、服務(wù)向量和交換向量，建立了網(wǎng)格系統(tǒng)環(huán)境下資源分配的一般均衡模型，并以多種請(qǐng)求在任意兩個(gè)

8、節(jié)點(diǎn)間的情況為例說(shuō)明模型的建立和求解過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，分工和專業(yè)化可以將每種請(qǐng)求分配到合適的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行，進(jìn)而提高系統(tǒng)的整體執(zhí)行效率。對(duì)于具體的分配方案，則需要借助于超邊際分析，使得每一步都能量化。
　　(3)在網(wǎng)格資源分配模型基礎(chǔ)上，選擇網(wǎng)絡(luò)分工結(jié)構(gòu)，進(jìn)行比較靜態(tài)分析。通過(guò)對(duì)執(zhí)行能力、交換系數(shù)的確定來(lái)進(jìn)行各分配結(jié)構(gòu)的角點(diǎn)分析，得到合理分配資源的三種結(jié)構(gòu)，并給出了相應(yīng)的分配算法。分工結(jié)構(gòu)確定后對(duì)每種結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較靜態(tài)分析，包

9、括對(duì)資源供給和效用函數(shù)可能發(fā)生的躍變的確定，以及在給定的分工水平和結(jié)構(gòu)下角點(diǎn)解對(duì)環(huán)境變化做出的反應(yīng)。如果市場(chǎng)中全部服務(wù)的自給量和交易量使結(jié)構(gòu)的效用極大化，則可解出給定結(jié)構(gòu)的資源配置，即分工結(jié)構(gòu)的局部帕累托最優(yōu)配置。實(shí)驗(yàn)?zāi)M給出了兩組節(jié)點(diǎn)和兩組效用函數(shù)指數(shù)。
　　由實(shí)例分析可以看出，對(duì)于一個(gè)既定的節(jié)點(diǎn)，其執(zhí)行能力為定值，相對(duì)均衡價(jià)格也為定值，其最大值的選擇與交換效率密切相關(guān)，也就是與網(wǎng)絡(luò)傳輸能力密切相關(guān)。當(dāng)交換效率非常低時(shí)，自給自足

10、結(jié)構(gòu)的局部最大值就是整體最優(yōu)解，兩節(jié)點(diǎn)也選擇自給自足結(jié)構(gòu)。當(dāng)交換效率逐步提高時(shí)，就會(huì)由自給自足結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成專業(yè)化服務(wù)結(jié)構(gòu)，此時(shí)，專業(yè)化服務(wù)結(jié)構(gòu)的最大值就是整體最優(yōu)解。
　　(4)提出一種基于帕累托最優(yōu)化的分配決策分配模型，通過(guò)對(duì)不同分配結(jié)構(gòu)進(jìn)行決策分析，得出選擇不同結(jié)構(gòu)的條件并建立計(jì)算分配結(jié)構(gòu)的算法。通過(guò)仿真試驗(yàn)?zāi)M多種請(qǐng)求在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配的情況，根據(jù)初始數(shù)據(jù)本身的性質(zhì)以及算法的特點(diǎn)，結(jié)合仿真圖對(duì)各種分配方案進(jìn)行結(jié)果分析和算法評(píng)估

11、。同時(shí)對(duì)多節(jié)點(diǎn)執(zhí)行多種服務(wù)的情況進(jìn)行討論，當(dāng)最具有比較優(yōu)勢(shì)的兩種請(qǐng)求分配完成以后，就可以對(duì)次具有比較優(yōu)勢(shì)的服務(wù)通過(guò)以上的步驟分配。以此類推，直到兩種請(qǐng)求通過(guò)計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)，其比較優(yōu)勢(shì)不足以沖抵交換帶來(lái)的損失，也即處于自給自足分配結(jié)構(gòu)為止。按照這種方法，對(duì)任意兩個(gè)相連的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行類似的計(jì)算和分配，逐步使得整個(gè)系統(tǒng)的效用最大化，每個(gè)服務(wù)網(wǎng)中的客戶效用最大化。
　　本文基于新興古典經(jīng)濟(jì)理論研究網(wǎng)格資源分配策略。每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是資源提供者，又是資