網(wǎng)格服務可靠性建模及任務調(diào)度優(yōu)化研究.pdf

1、隨著制造產(chǎn)品功能和結構的復雜性增加，在產(chǎn)品設計中對計算能力和存儲能力的需求量也越來越大，僅靠單個計算機已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代產(chǎn)品設計的需求。網(wǎng)格技術的出現(xiàn)，使得人們能夠通過互聯(lián)網(wǎng)獲得更加強大的計算能力和數(shù)據(jù)儲存能力，而且還可以實現(xiàn)多臺計算機的協(xié)同工作。利用網(wǎng)格技術，許多產(chǎn)品設計領域中一些以前看來不可能完成的問題都能迎刃而解。然而，由于網(wǎng)格系統(tǒng)的復雜性，網(wǎng)格在可靠性方面仍面臨著諸多問題，致使網(wǎng)格系統(tǒng)還無法真正深入制造領域并最終實現(xiàn)整個行業(yè)模式的

2、巨大變革。
　　 作為衡量網(wǎng)格服務質(zhì)量的重要屬性，網(wǎng)格服務可靠性能夠從用戶的角度反映網(wǎng)格系統(tǒng)提供服務的能力，因此如何分析和提高網(wǎng)格服務可靠性已經(jīng)引起國內(nèi)外眾多學者的極大關注。本文將網(wǎng)格容錯技術和可靠性分析方法相結合，研究了容錯機制下的網(wǎng)格服務可靠性建模以及考慮網(wǎng)格服務可靠性的任務調(diào)度優(yōu)化問題，為從根本上提高網(wǎng)格系統(tǒng)的可靠性做出基礎性的探索。首先引入節(jié)點失效恢復機制，研究了考慮失效恢復以及本地任務到達的網(wǎng)格服務可靠性建模問題；其次

3、，在所建立的模型基礎上，研究了以網(wǎng)格服務可靠性為中心的網(wǎng)格任務調(diào)度優(yōu)化方法；最后針對網(wǎng)格任務調(diào)度過程中的資源定價問題，提出了網(wǎng)格資源補償?shù)母拍?，形成了一種市場機制下的資源定價方式，從而為網(wǎng)格走向社會生產(chǎn)生活創(chuàng)造有利條件。
　　 本文的研究成果主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
　　 （1）考慮失效恢復的網(wǎng)格服務可靠性建模
　　 為了提高網(wǎng)格的服務可靠性，引入本地失效恢復機制，同時考慮軟件失效的影響，給出了一種考慮節(jié)點失效恢

4、復能力的網(wǎng)格服務可靠性模型。為了提高模型的實用性，允許資源擁有者根據(jù)資源狀況自行調(diào)節(jié)資源的失效恢復次數(shù)以及網(wǎng)格任務生存時間，在此基礎上，研究了失效恢復限制下的網(wǎng)格服務可靠性建模問題。該模型為解決“大網(wǎng)格服務”可靠性偏低問題提供了一種有效的途徑。
　　 （2）制造網(wǎng)格中制造資源的網(wǎng)格任務可靠性研究
　　 制造資源具有自治性、異構性及動態(tài)性等特點，制造資源除了完成制造網(wǎng)格分配的任務外，還負責本地管理域的工作任務。特別是在本地

5、任務優(yōu)先策略下，本地任務到達以及失效等因素都會嚴重影響資源能否在規(guī)定時間內(nèi)完成網(wǎng)格任務。針對這一問題，采用Petri網(wǎng)技術對網(wǎng)格任務的執(zhí)行過程進行了狀態(tài)分析。在此基礎上，通過蒙特卡洛仿真獲得了本地任務優(yōu)先策略下的網(wǎng)格任務可靠性，并分析了本地任務到達率、本地任務執(zhí)行率等因素對網(wǎng)格任務可靠性的影響，從而為網(wǎng)格資源管理系統(tǒng)更好地實現(xiàn)網(wǎng)格任務調(diào)度提供依據(jù)。
　　 （3）失效恢復機制下的網(wǎng)格任務調(diào)度優(yōu)化研究
　　 在建立的網(wǎng)格服務

6、可靠性模型基礎上，研究了網(wǎng)格服務可靠性最大化和執(zhí)行費用最小化的多目標任務調(diào)度優(yōu)化問題，并采用蟻群算法對該模型進行求解。為了提高網(wǎng)格服務可靠性，采用網(wǎng)格任務冗余調(diào)度模式，建立了費用約束下的網(wǎng)格任務冗余調(diào)度優(yōu)化模型。在模型求解中，采用遺傳算法，并針對資源約束問題設計了專門的修正因子，從而確保算法的正常運行。仿真結果驗證了算法的有效性。
　　 （4）市場價值下的網(wǎng)格資源補償研究
　　 市場機制下的網(wǎng)格資源管理是解決網(wǎng)格資源短缺

7、的重要手段。通過深入分析目前網(wǎng)格資源稀缺的原因，得出了網(wǎng)格用戶不僅需要支付一定的資源花費，而且還需要對資源由于執(zhí)行網(wǎng)格任務而喪失執(zhí)行本地任務的損失做出補償?shù)慕Y論。分析了兩種調(diào)度策略下的資源平均收益，并基于微觀經(jīng)濟學中機會成本的概念，給出了網(wǎng)格任務時間限制下的資源最小補償表示形式，在此基礎上提出了一種市場機制下的資源定價模型。采用蒙特卡洛仿真模擬兩種任務調(diào)度策略的期望收入，獲得了資源最小補償?shù)木唧w數(shù)值，分析了網(wǎng)格任務特征和資源特征對資源最