面向分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)的自愈調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)的異構(gòu)性、復雜性和使用環(huán)境動態(tài)變化不可避免地導致了系統(tǒng)失效、任務偏離甚至中斷運行、崩潰死機等現(xiàn)象發(fā)生,造成重大經(jīng)濟損失甚至是人員傷亡等嚴重后果,這也使得人工完成其管理和恢復、不間斷地保持任務運行變得愈加困難。在此種背景下,以自我管理能力為核心研究目標的自律計算逐漸得到了廣泛重視,并在多個領(lǐng)域有著深入研究與應用。自愈調(diào)控技術(shù)是自律計算基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)之一,面向分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)的自愈調(diào)控技術(shù)實現(xiàn)了關(guān)鍵任務系統(tǒng)的失效監(jiān)控與預

2、測、自愈調(diào)控策略生成以及關(guān)鍵任務調(diào)度等系統(tǒng)設計基礎(chǔ)功能,對關(guān)鍵任務運行可靠性和可持續(xù)性都有著重要的保障作用。本文針對關(guān)鍵任務系統(tǒng)使命連續(xù)性需求,對分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)自愈調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)以及應用展開研究。
　　 從自愈調(diào)控總體設計原則討論入手,首先指出自愈調(diào)控總體設計中所需要考慮的基本原則,針對自愈調(diào)控設計流程給出綜合評價指標體系;以此為基礎(chǔ)提出自愈調(diào)控整體架構(gòu)并詳細闡述了架構(gòu)設計理念和關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù);圍繞關(guān)鍵任務執(zhí)行的形式化建模問題,

3、采用狀態(tài)兀演算描述關(guān)鍵任務執(zhí)行與切換語義,并對關(guān)鍵任務執(zhí)行邏輯進行驗證,為后續(xù)自愈調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究提供了理論上的可行性和合理性保障。
　　 自愈調(diào)控策略動態(tài)生成是分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)自愈調(diào)控研究的核心內(nèi)容。提出了基于策略的自愈調(diào)控模式,闡述了自愈調(diào)控策略的基本表述形式并給出了自愈調(diào)控策略動態(tài)管理中策略分類以及化簡步驟;針對失效檢測機制準確率不高且故障定位難的特點,提出基于部分可觀察隨機過程(Partially Observable

4、 Markov Decision Processes,POMDP)的自愈調(diào)控策略更新算法,采用近似迭代方法求解POMDP策略并給出了迭代收斂性的理論分析。仿真實驗利用LANI(Los Alamos National Lab)失效數(shù)據(jù)中恢復策略效果進行統(tǒng)計,然后計算策略求解的迭代與收斂速度并比較了多種類型自愈策略的恢復效果。實驗結(jié)果表明與固定策略相比,POMDP策略在不準確失效檢測下迭代速度更快且恢復時間更短。
　　 自愈調(diào)控數(shù)據(jù)

5、分析與預測是實現(xiàn)分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)失效自愈的必要條件。針對非線性相關(guān)失效數(shù)據(jù)所具有的高維、稀疏等特征,首先提出了非線性相關(guān)失效事件聯(lián)合聚類算法,以互信息熵損失差作為度量標準并從理論上分析算法有限次迭代收斂性;然后針對數(shù)值型失效數(shù)據(jù)采用有監(jiān)督局部線性嵌入算法進行數(shù)據(jù)降維,通過失效模式識別實現(xiàn)失效提前預判。實驗首先比較了不同算法在失效數(shù)據(jù)集上的聚類效果和收斂速度,然后采集了故障態(tài)與正常態(tài)下系統(tǒng)狀態(tài)指標數(shù)據(jù)并進行預測性能分析。實驗結(jié)果表明,所

6、提出的非線性相關(guān)失效數(shù)據(jù)分析方法能夠有效聚類出失效數(shù)據(jù)對象,基于局部線性嵌入的失效預測結(jié)果可為主動恢復操作提供決策依據(jù)。
　　 關(guān)鍵任務自愈調(diào)度機制是分布式關(guān)鍵任務系統(tǒng)自愈調(diào)控設計與實現(xiàn)的重要保障。針對失效發(fā)生隨機性以及關(guān)鍵任務運行連續(xù)性等特點,采用先調(diào)度,后優(yōu)化的指導思想,提出了基于DAG任務重構(gòu)遷移的關(guān)鍵任務調(diào)度方案。首先重新生成關(guān)聯(lián)任務有向無環(huán)圖(directed acyclic graph,DAG),提出DAG動態(tài)重構(gòu)算