QoS約束下的網(wǎng)格資源協(xié)同分配方法研究.pdf

1、在大規(guī)模網(wǎng)格環(huán)境中，由于資源的分布性和異構(gòu)性，上層應(yīng)用通常需要聯(lián)合多個(gè)虛擬組織中的大量資源來(lái)協(xié)同完成任務(wù)。因此，跨組織域的多資源協(xié)同分配一直是網(wǎng)格計(jì)算的一個(gè)基礎(chǔ)研究課題，資源協(xié)同分配服務(wù)也成為各類網(wǎng)格系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施之一。隨著網(wǎng)格系統(tǒng)逐步從科研領(lǐng)域走向更加廣泛的商業(yè)領(lǐng)域，尤其是對(duì)用戶QoS需求的日益重視，新興的網(wǎng)格應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Y源協(xié)同分配服務(wù)提出了諸多約束性需求，如費(fèi)用約束、實(shí)時(shí)性約束、可靠性約束、安全性約束等。因此，面向用戶QoS需求

2、的約束條件下資源協(xié)同分配策略研究成為網(wǎng)格計(jì)算中一個(gè)具有理論價(jià)值和實(shí)用意義的課題。
　　 約束條件下資源協(xié)同分配策略研究的難點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)由于系統(tǒng)負(fù)載具有動(dòng)態(tài)性和不可預(yù)測(cè)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致已有協(xié)同分配策略無(wú)法完全保證用戶OoS需求中的各類約束條件；(2)網(wǎng)格資源的分布性和自治性導(dǎo)致資源失效情況嚴(yán)重，系統(tǒng)難以為任務(wù)順利執(zhí)行提供相應(yīng)的可靠性保證；(3)網(wǎng)格資源具有異構(gòu)性的特點(diǎn)，缺少統(tǒng)一的尺度來(lái)量化描述異構(gòu)資源的動(dòng)態(tài)服務(wù)能

3、力；(4)網(wǎng)格用戶的QoS需求與網(wǎng)格系統(tǒng)性能之間的矛盾難以協(xié)調(diào)與平衡。
　　 針對(duì)上述難點(diǎn)問(wèn)題，論文基于已有研究者對(duì)網(wǎng)格系統(tǒng)性能的測(cè)評(píng)分析與結(jié)論，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)分析傳統(tǒng)協(xié)同分配策略的性能瓶頸，運(yùn)用隨機(jī)服務(wù)理論描述網(wǎng)格資源的動(dòng)態(tài)服務(wù)能力和負(fù)載壓力，為異構(gòu)資源建立了統(tǒng)一的可量化分析模型。論文針對(duì)用戶QoS需求中的費(fèi)用約束、實(shí)時(shí)性約束、可靠性約束下的資源協(xié)同分配問(wèn)題分別提出相應(yīng)的解決策略。論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　

4、 (1)基于松弛策略的資源協(xié)同預(yù)留機(jī)制
　　 針對(duì)傳統(tǒng)預(yù)留策略在動(dòng)態(tài)網(wǎng)格環(huán)境中的缺陷和性能瓶頸，提出了一種基于松弛策略的資源協(xié)同預(yù)留機(jī)制，用于解決傳統(tǒng)預(yù)留策略對(duì)系統(tǒng)性能的負(fù)面影響。該策略基于“網(wǎng)格任務(wù)傾向于高估預(yù)留時(shí)間”的事實(shí)，允許在一定條件下接納時(shí)間和空間上與已有預(yù)留請(qǐng)求有疊交的預(yù)留請(qǐng)求，并從理論上分析了松弛預(yù)留策略的系統(tǒng)收益與相應(yīng)的違約風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)設(shè)定松弛預(yù)留策略模型中的關(guān)鍵參數(shù)，網(wǎng)格系統(tǒng)能有效地控制與平衡該策略的收益與風(fēng)險(xiǎn)

5、。在關(guān)鍵參數(shù)的邊界條件上，松弛預(yù)留策略與傳統(tǒng)預(yù)留策略兼容，已有網(wǎng)格系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)設(shè)定模型的參數(shù)，可以靈活地在傳統(tǒng)預(yù)留策略與松弛預(yù)留策略之間切換，從而提高了松弛預(yù)留策略在實(shí)際網(wǎng)格系統(tǒng)中的可應(yīng)用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，松弛預(yù)留策略能有效提高網(wǎng)格資源利用率，同時(shí)降低預(yù)留請(qǐng)求拒絕率；在面對(duì)較高的預(yù)留請(qǐng)求率時(shí)，松弛預(yù)留策略也表現(xiàn)出較高的自適應(yīng)性。
　　 (2)費(fèi)用約束下的資源協(xié)同分配模型與策略
　　 針對(duì)典型計(jì)算經(jīng)濟(jì)模型和博弈模型在解決“

6、費(fèi)用約束下協(xié)同分配”問(wèn)題時(shí)的效率和公平性難以協(xié)調(diào)的問(wèn)題，提出了一種基于三方博弈的兩階段協(xié)同資源分配模型。該模型通過(guò)引入一類“虛擬資源中介”實(shí)體，將資源分配問(wèn)題轉(zhuǎn)化為由用戶任務(wù)、虛擬資源中介、資源提供者三方組成的博弈過(guò)程。虛擬資源代理通過(guò)一個(gè)兩階段的分配機(jī)制來(lái)優(yōu)化資源配置和價(jià)格方案，用于滿足用戶費(fèi)用約束和提高系統(tǒng)資源收益。理論分析以效用函數(shù)為基礎(chǔ)給出了三方博弈模型的有效性證明和求解算法，實(shí)驗(yàn)采用實(shí)際網(wǎng)格任務(wù)負(fù)載和典型網(wǎng)格測(cè)試床模型檢驗(yàn)了該

7、三方博弈模型的性能表現(xiàn)，并對(duì)模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了詳盡的參數(shù)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于三方博弈的協(xié)同分配模型能高效地實(shí)現(xiàn)多資源協(xié)同分配時(shí)的資源定價(jià)機(jī)制，并在用戶費(fèi)用和資源收益之間實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的平衡；對(duì)于具有費(fèi)用約束的網(wǎng)格任務(wù)，基于三方博弈的兩階段協(xié)同分配模型在資源收益、資源利用率、用戶QoS滿意度和任務(wù)執(zhí)行效率方面的性能表現(xiàn)顯著優(yōu)于已有的資源分配模型。
　　 (3)實(shí)時(shí)性約束下的資源協(xié)同分配模型與策略
　　 針對(duì)網(wǎng)格環(huán)境中實(shí)時(shí)

8、型網(wǎng)格任務(wù)QoS難以保證的問(wèn)題，提出了一個(gè)實(shí)時(shí)保證度增強(qiáng)的多策略協(xié)同分配模型，用于滿足上層應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性的需求。通過(guò)引入一個(gè)“截止時(shí)間保證度”指標(biāo)來(lái)衡量資源對(duì)任務(wù)實(shí)時(shí)性需求的滿足程度，基于“截止時(shí)間保證度”的計(jì)算方法，并綜合已有研究中所提出的各類協(xié)同分配策略，論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有可擴(kuò)展能力的多策略協(xié)同分配模型。該多策略協(xié)同分配模型內(nèi)部集成了各類不同的協(xié)同分配策略，在資源協(xié)同分配時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)選擇“截止時(shí)間保證度”最優(yōu)的協(xié)同分配方案為用戶任

9、務(wù)提供服務(wù)，以此提高網(wǎng)格系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性保證能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于“截止時(shí)間保證度”的多策略協(xié)同分配模型能充分利用已有各類協(xié)同分配策略的特長(zhǎng)，為不同類型的網(wǎng)格任務(wù)提供更優(yōu)的實(shí)時(shí)性保證。
　　 (4)可靠性約束下的資源協(xié)同分配模型與策略
　　 針對(duì)經(jīng)典的虛擬樹(shù)型網(wǎng)格可靠性評(píng)估模型(VTGREM)無(wú)法感知系統(tǒng)動(dòng)態(tài)負(fù)載的缺陷，提出了采用隨機(jī)服務(wù)模型來(lái)建立網(wǎng)格資源的動(dòng)態(tài)服務(wù)能力和負(fù)載壓力模型的方法，為原有VTGREM模型增加了“動(dòng)

10、態(tài)負(fù)載感知”能力。為了支持實(shí)時(shí)網(wǎng)格任務(wù)的可靠性評(píng)估，論文引入了“截止時(shí)間違約失效”這一新的資源失效類型，并提出了一個(gè)擴(kuò)展的VTGREM模型。該擴(kuò)展模型克服了原有VTGREM模型中過(guò)于嚴(yán)苛的假設(shè)前提，擴(kuò)展了VTGREM模型的適用領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，擴(kuò)展的VTGREM模型能有效提高網(wǎng)格任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的可靠性，同時(shí)降低實(shí)時(shí)網(wǎng)格任務(wù)的截止時(shí)間違約率；在系統(tǒng)飽和負(fù)載狀態(tài)下，該擴(kuò)展模型能顯著提高可靠性評(píng)估的準(zhǔn)確性，其動(dòng)態(tài)負(fù)載感知機(jī)制能有效降低任務(wù)的