面向上下文質(zhì)量控制的服務(wù)調(diào)度研究.pdf

1、在普適計算的構(gòu)想中，遍布于環(huán)境中的計算設(shè)施為用戶提供無處不在的服務(wù)，而用戶并不察覺服務(wù)和計算的存在。上下文感知計算(Context Aware Computing)通過收集與用戶和環(huán)境相關(guān)的上下文信息，選擇適時的、無干擾的服務(wù)行為，被認為是實現(xiàn)上述構(gòu)想的關(guān)鍵。
　　 任何上下文感知計算應(yīng)用，都客觀地存在對上下文信息質(zhì)量的需求。但是有多方面的因素引起上下文質(zhì)量動態(tài)變化，進而影響應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。其中，上下文信息服務(wù)系統(tǒng)受成本、技術(shù)條

2、件等限制，只能提供有限的資源用于上下文服務(wù)，因而不能始終滿足應(yīng)用對上下文質(zhì)量的需求，稱為影響上下文質(zhì)量的資源因素。
　　 為消除和緩解資源因素的影響，需要合理地組織上下文服務(wù)對有限資源的使用，從而有效控制上下文的質(zhì)量，本文稱之為“面向上下文質(zhì)量控制的服務(wù)調(diào)度”。相關(guān)的研究有兩種思路，其一是在確保上下文具有一定質(zhì)量的前提下，盡量減少服務(wù)資源的使用；代表性的研究是以減少數(shù)據(jù)更新為目標的各種filter協(xié)議，已有豐富的研究成果。其二是

3、在限定服務(wù)資源用量的前提下，保證和優(yōu)化上下文的質(zhì)量，實現(xiàn)手段為上下文服務(wù)的調(diào)度算法。本文的研究基于第二種思路，根據(jù)資源因素影響上下文的不同表現(xiàn)形式，分別設(shè)計不同的服務(wù)調(diào)度方案。
　　 有限資源影響上下文質(zhì)量的具體表現(xiàn)，是在消耗資源的上下文服務(wù)達到一定數(shù)量時，不能充分滿足每項服務(wù)對上下文每個方面的質(zhì)量需求——滿足其中一部分，將導(dǎo)致另一部分不能滿足——因此在上下文服務(wù)之間，以及上下文質(zhì)量多方面需求之間產(chǎn)生各種形式的矛盾。在這些矛盾中

4、，以下三類是常見和典型的。
　　 1)多個上下文服務(wù)競爭同一資源的矛盾。服務(wù)的資源需求超過可用資源總量時，將有一部分服務(wù)不能按時按量完成；被競爭的資源通常是計算時間。
　　 2)多種上下文質(zhì)量屬性對資源使用的矛盾需求。為保持上下文的新鮮度，需要服務(wù)執(zhí)行時間足夠短；為加強某些質(zhì)量屬性，又需要執(zhí)行時間盡量長。
　　 3)隱私保護需求與上下文質(zhì)量需求的矛盾。出于降低隱私泄露風(fēng)險的目的，需要降低上下文質(zhì)量，這不僅影響上下

5、文可用性，在一些應(yīng)用領(lǐng)域還會增加后續(xù)上下文處理的資源消耗。
　　 本文針對上述三類典型的矛盾，分別選取具體應(yīng)用背景下的問題實例，明確其中需要滿足的上下文質(zhì)量指標，通過構(gòu)造相應(yīng)的服務(wù)調(diào)度方案，實現(xiàn)了對質(zhì)量指標的控制(以及優(yōu)化)。
　　 1)在多個服務(wù)競爭同一資源的矛盾方面
　　 選取一階謂詞表達的上下文信息的邏輯推理為應(yīng)用背景，考察了大量上下文邏輯推理在有限資源上執(zhí)行時，如何盡力保證上下文信息時效性(新鮮度)的問題

6、。設(shè)計了一個軟實時的一階謂詞邏輯推理器RTCR(Real-Time Context Reasoner)，用于推理具有時效性的上下文。RTCR將邏輯推理過程分解為每個(需要推理的)高級上下文對應(yīng)一個獨立推理任務(wù)的形式，使用EDF(Earliest Deadline First)規(guī)則進行調(diào)度。同時還對RTCR中的高級上下文求值算法提出“賦值重用”和“賦值參考”兩個改進方法，減少重復(fù)的推理計算。在模擬實驗中，RTCR在推理任務(wù)來過載的情況下能

7、夠保證全部推理按時完成。實驗也證實改進算法有效縮短了推理的平均執(zhí)行時間。
　　 2)在多種上下文質(zhì)量屬性對資源使用的矛盾需求方面
　　 選取增量型上下文服務(wù)作為應(yīng)用場景，研究了該類服務(wù)如何在保證上下文新鮮度的前提下，優(yōu)化服務(wù)增量為用戶提供的使用價值的問題。針對運行多項增量型上下文服務(wù)的系統(tǒng)，提出將每項服務(wù)任務(wù)分為必須完成的基本段和提供增量的延伸段，通過分析基本段的可調(diào)度性和延伸段價值(量化的用戶體驗)產(chǎn)出隨時間變化的趨勢

8、，分別設(shè)計了針對兩段任務(wù)的多個調(diào)度算法，在保證基本段按時完成的同時，優(yōu)化延伸段提供的總價值。通過模擬實驗驗證了各個調(diào)度算法的有效性，比較了它們的性能，總結(jié)了各自適用的條件。
　　 3)在隱私保護需求與上下文質(zhì)量需求的矛盾方面
　　 選取基于位置的服務(wù)(Location Based Service，LBS)中用于隱私保護的K-匿名服務(wù)為研究對象，分析了此類服務(wù)如何控制位置匿名引起的額外資源消耗，同時優(yōu)化隱私保護強度的問題。