基于服務(wù)組合與環(huán)境感知的自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)研究.pdf

1、隨著軟件種類的日益增多和應(yīng)用規(guī)模的不斷增大，計(jì)算技術(shù)在保證計(jì)算系統(tǒng)能力持續(xù)增長(zhǎng)的同時(shí)，也導(dǎo)致了計(jì)算系統(tǒng)復(fù)雜性的持續(xù)增加。這種情形促進(jìn)了人們對(duì)計(jì)算機(jī)觀念的改變，從原來(lái)的單純追求運(yùn)算速度轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的對(duì)計(jì)算的可控性、自適應(yīng)性、方便性及用戶接口的友善性等方面的需求。自適應(yīng)計(jì)算正是為滿足這種需求而發(fā)展起來(lái)的。本文基于網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境來(lái)研究自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)，以提供一種按需計(jì)算的自適應(yīng)軟件構(gòu)造方法，提高應(yīng)用在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的服務(wù)質(zhì)量及適應(yīng)能力。 自適應(yīng)

2、計(jì)算是指：根據(jù)應(yīng)用運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行環(huán)境的變化或者用戶的需求變化，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地改變軟件結(jié)構(gòu)或調(diào)整執(zhí)行行為。當(dāng)采用網(wǎng)格來(lái)作為計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，基于服務(wù)組合的軟件模型方便了系統(tǒng)構(gòu)建隨需應(yīng)變的操作環(huán)境和相應(yīng)的應(yīng)用軟件。此時(shí)，如何組合各種分布的、自治的服務(wù)資源，成為面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)按需計(jì)算的關(guān)鍵。在眾多服務(wù)組合方法中，基于服務(wù)語(yǔ)義的研究方法受到了更多的關(guān)注，本文希望借助這種服務(wù)語(yǔ)義的特征抽象來(lái)研究服務(wù)的組合規(guī)劃。 在一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下

3、，運(yùn)行實(shí)體對(duì)上下文的感知能力決定了它的適應(yīng)能力。這些上下文信息反映了環(huán)境狀態(tài)的變化，以及協(xié)作對(duì)象間的特征信息。網(wǎng)格系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)服務(wù)將有助于應(yīng)用的環(huán)境感知。而交互對(duì)象間的協(xié)作模型及應(yīng)用的行為調(diào)整則需要相關(guān)的領(lǐng)域知識(shí)。當(dāng)把這些知識(shí)組織到系統(tǒng)中作為自適應(yīng)策略時(shí)，將能夠有效地提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。 根據(jù)國(guó)內(nèi)外已有的研究成果和應(yīng)用情況，本文系統(tǒng)地研究了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的自適應(yīng)調(diào)節(jié)和基于需求驅(qū)動(dòng)的服務(wù)組合規(guī)劃算法。提出了將群集智能方法應(yīng)用于對(duì)等服

4、務(wù)環(huán)境下的優(yōu)化控制，通過(guò)對(duì)等節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作和環(huán)境感知來(lái)提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量；根據(jù)服務(wù)的特征抽象，通過(guò)服務(wù)的組合規(guī)劃來(lái)滿足應(yīng)用需求，提出了將遺傳規(guī)劃、基于實(shí)例的推理等智能計(jì)算方法應(yīng)用于服務(wù)的組合規(guī)劃中；提出了一個(gè)策略驅(qū)動(dòng)的服務(wù)運(yùn)行自適應(yīng)方法，以克服普適計(jì)算設(shè)備的資源受限性問(wèn)題。本文的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在如下五個(gè)方面： 1.針對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題，提出了一個(gè)基于環(huán)境感知的對(duì)等服務(wù)機(jī)制，提供了基于對(duì)等節(jié)點(diǎn)自治組模型的自適應(yīng)方法，在此基

5、礎(chǔ)上建立了一個(gè)對(duì)服務(wù)質(zhì)量敏感的網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)GridVOD。GridVOD利用對(duì)等節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作行為特征和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)服務(wù)，來(lái)提高視頻組播的服務(wù)質(zhì)量。 2.針對(duì)自組織系統(tǒng)行為模式中迭代趨優(yōu)的特性，提出了一個(gè)基于群集智能的計(jì)算方法，以規(guī)范和控制對(duì)等節(jié)點(diǎn)的行為。通過(guò)各個(gè)自治節(jié)點(diǎn)的協(xié)同運(yùn)作，GridVOD從整體上表現(xiàn)出一種自組織系統(tǒng)的行為模式。由于GridVOD自優(yōu)化的內(nèi)在機(jī)制建立在群集智能方法之上，因而可以通過(guò)簡(jiǎn)單個(gè)體間的群體行為來(lái)提供

6、一種優(yōu)化的分布式解決方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于群集智能的對(duì)等服務(wù)方法可以獲得良好的視頻服務(wù)質(zhì)量。 3.針對(duì)基于需求驅(qū)動(dòng)的服務(wù)組合問(wèn)題，提出了一個(gè)適用于服務(wù)組合規(guī)劃的遺傳規(guī)劃方法。在借鑒已有服務(wù)語(yǔ)義研究的基礎(chǔ)上，本文將網(wǎng)格環(huán)境下的服務(wù)元素抽象為服務(wù)規(guī)則單元，從而將滿足用戶需求的服務(wù)組合問(wèn)題抽象為一個(gè)動(dòng)作規(guī)劃過(guò)程，并在此基礎(chǔ)上來(lái)設(shè)計(jì)遺傳規(guī)劃方法，以滿足基于服務(wù)組合的應(yīng)用軟件的適應(yīng)性要求。 4.利用網(wǎng)格系統(tǒng)經(jīng)常接收到相同或相似的

7、服務(wù)需求信息的特點(diǎn)，本文提出了基于實(shí)例的推理來(lái)改進(jìn)服務(wù)組合的規(guī)劃算法，將多次任務(wù)求解的規(guī)劃方案看作為相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程，利用前面積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)提高后面規(guī)劃的效率。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，遺傳規(guī)劃、基于實(shí)例的推理方法能夠有效提高服務(wù)組合的效率及組合服務(wù)的質(zhì)量。 5.針對(duì)普適計(jì)算設(shè)備的資源受限性和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動(dòng)態(tài)性問(wèn)題，提出了一個(gè)策略驅(qū)動(dòng)的服務(wù)運(yùn)行自適應(yīng)方法，提供了一個(gè)優(yōu)化應(yīng)用執(zhí)行的服務(wù)調(diào)節(jié)算法profitExe。在該自適應(yīng)方法中，上下文