面向上下文質量控制的服務調度研究.pdf

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

2、件等限制，只能提供有限的資源用于上下文服務，因而不能始終滿足應用對上下文質量的需求，稱為影響上下文質量的資源因素。
　　 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對有限資源的使用，從而有效控制上下文的質量，本文稱之為“面向上下文質量控制的服務調度”。相關的研究有兩種思路，其一是在確保上下文具有一定質量的前提下，盡量減少服務資源的使用；代表性的研究是以減少數據更新為目標的各種filter協(xié)議，已有豐富的研究成果。其二是

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

4、，以下三類是常見和典型的。
　　 1)多個上下文服務競爭同一資源的矛盾。服務的資源需求超過可用資源總量時，將有一部分服務不能按時按量完成；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，需要服務執(zhí)行時間足夠短；為加強某些質量屬性，又需要執(zhí)行時間盡量長。
　　 3)隱私保護需求與上下文質量需求的矛盾。出于降低隱私泄露風險的目的，需要降低上下文質量，這不僅影響上下

5、文可用性，在一些應用領域還會增加后續(xù)上下文處理的資源消耗。
　　 本文針對上述三類典型的矛盾，分別選取具體應用背景下的問題實例，明確其中需要滿足的上下文質量指標，通過構造相應的服務調度方案，實現(xiàn)了對質量指標的控制(以及優(yōu)化)。
　　 1)在多個服務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)高級上下文對應一個獨立推理任務的形式，使用EDF(Earliest Deadline First)規(guī)則進行調度。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，減少重復的推理計算。在模擬實驗中，RTCR在推理任務來過載的情況下能

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作為應用場景，研究了該類服務如何在保證上下文新鮮度的前提下，優(yōu)化服務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的系統(tǒng)，提出將每項服務任務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度性和延伸段價值(量化的用戶體驗)產出隨時間變化的趨勢

8、，分別設計了針對兩段任務的多個調度算法，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度算法的有效性，比較了它們的性能，總結了各自適用的條件。
　　 3)在隱私保護需求與上下文質量需求的矛盾方面
　　 選取基于位置的服務(Location Based Service，LBS)中用于隱私保護的K-匿名服務為研究對象，分析了此類服務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。