基于新興古典經(jīng)濟學(xué)的網(wǎng)格資源分配策略與方法研究.pdf

1、從計算機誕生之日起，計算資源的稀缺性一直困擾著計算機專家，資源分配問題也一直是研究的熱點。為了充分利用計算機資源，實現(xiàn)資源共享，學(xué)者們提出了很多有效的分布式計算模型，如中間件技術(shù)、移動Agent技術(shù)、P2P技術(shù)、網(wǎng)格技術(shù)以及Web Service技術(shù)等。
　　網(wǎng)格技術(shù)，通過整合計算、存儲和其他資源，使得需要大量計算資源的復(fù)雜問題求解成為可能。LHC計算網(wǎng)格(LCG)正在為地球上最大的科學(xué)設(shè)施（大型強子對撞機）存儲和分析數(shù)據(jù)、美國網(wǎng)

2、格超級計算機正在模擬嬰兒期宇宙圖景，中國國家網(wǎng)格(CNGrid)也聚合了高性能計算和事務(wù)處理能力。通過資源共享、協(xié)同工作和服務(wù)機制，有效支持科學(xué)研究、資源環(huán)境、先進制造和信息服務(wù)等應(yīng)用。
　　網(wǎng)格就是一個集成的計算與資源環(huán)境，或者說是一個計算資源池。網(wǎng)格能夠充分吸納各種計算資源，并將它們轉(zhuǎn)化成一種隨處可得的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)的同時也是經(jīng)濟的計算能力。網(wǎng)格是一個軟硬件的基礎(chǔ)設(shè)施，提供對高端計算能力可靠、一致、普遍并且廉價的訪問。它是在動

3、態(tài)的多機構(gòu)的虛擬組織中協(xié)調(diào)資源共享和協(xié)同解決問題，將虛擬組織、資源共享和資源協(xié)同統(tǒng)一起來。
　　網(wǎng)格資源具有異構(gòu)性、動態(tài)性和自治性的特點。網(wǎng)格資源的這些特性給網(wǎng)格資源自身的管理帶來了不可控性，其資源分配屬于NP完全問題。針對網(wǎng)格計算的資源分配問題，很多學(xué)者進行了深入的研究，基于智能技術(shù)、經(jīng)濟理論等建立了諸多網(wǎng)格資源分配模型。本文在充分分析網(wǎng)格計算的特點和網(wǎng)格系統(tǒng)環(huán)境下資源分配固有的復(fù)雜性的前提下，基于新興古典理論研究網(wǎng)格系統(tǒng)環(huán)境下

4、的資源分配問題。其思想是不同的節(jié)點在處理不同的請求時具有比較優(yōu)勢，將這些請求分配到最具有比較優(yōu)勢的節(jié)點上執(zhí)行，研究的是如何在眾多節(jié)點中選取最優(yōu)效能計算節(jié)點進行資源調(diào)度并動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過市場競爭不僅能有效地分配資源（角點均衡），而且能選擇有效的分工結(jié)構(gòu)（全部均衡），從而達到整體帕累托最優(yōu)。所建立的計算模型既使用了古典經(jīng)濟學(xué)中的分工和專業(yè)化理論，也將新古典經(jīng)濟學(xué)的邊際分析納入其中，即新興古典經(jīng)濟學(xué)中的超邊際分析方法。它既不同于目前廣泛

5、研究的瓦爾拉斯一般均衡的資源定價模型，也不同于基于納什均衡的拍賣模型。這兩種模型的研究重點都在于資源分配問題本身，基于新興古典經(jīng)濟學(xué)的資源分配方法不僅研究資源分配本身，同時也對資源的分配結(jié)構(gòu)進行探討，是一種高度自治的分配方法，每個節(jié)點根據(jù)本地信息做出分配策略，而不涉及全局信息，簡化了資源分配的復(fù)雜性，縮小了解空間，有效地限制了解空間爆炸現(xiàn)象。
　　本文基于新興古典經(jīng)濟理論，研究網(wǎng)格環(huán)境下的資源分配問題。從網(wǎng)格資源的經(jīng)濟性分析入手，

6、對網(wǎng)格資源分配的模型、資源分配算法和資源分配結(jié)構(gòu)進行了深入的研究，并通過仿真試驗驗證了本文提出的方法。主要內(nèi)容包括:
　　(1)對網(wǎng)格環(huán)境下資源分配問題進行經(jīng)濟性分析，提出一種基于新興古典經(jīng)濟理論的網(wǎng)格資源分配分析框架。通過建立網(wǎng)格資源環(huán)境下的生產(chǎn)系統(tǒng)，將資源消費者和資源提供者統(tǒng)一在一個框架中，引入專業(yè)經(jīng)濟和交易費用，確定多樣化消費和交易費用，在瓦爾拉斯制度和庫恩-塔克條件下，應(yīng)用多步法求出候選的最優(yōu)角點解集合。從對網(wǎng)格系統(tǒng)的經(jīng)濟

7、性分析可以看出，網(wǎng)格環(huán)境下的資源分配問題涉及到資源提供者-消費者的個體行為，經(jīng)濟理論對資源分配特點進行了精確刻畫，為量化分析提供了理論基礎(chǔ)，非常適合于解決網(wǎng)格資源分配問題。
　　(2)提出了一種基于超邊際分析的網(wǎng)格資源分配模型。采用柯布-道格拉斯效用函數(shù)描述網(wǎng)格中用戶效用，在時間稟賦條件下，基于消費者選擇理論和比較優(yōu)勢，確定各服務(wù)節(jié)點的效用函數(shù)、服務(wù)向量和交換向量，建立了網(wǎng)格系統(tǒng)環(huán)境下資源分配的一般均衡模型，并以多種請求在任意兩個

8、節(jié)點間的情況為例說明模型的建立和求解過程。通過實驗可以看出，分工和專業(yè)化可以將每種請求分配到合適的服務(wù)節(jié)點上執(zhí)行，進而提高系統(tǒng)的整體執(zhí)行效率。對于具體的分配方案，則需要借助于超邊際分析，使得每一步都能量化。
　　(3)在網(wǎng)格資源分配模型基礎(chǔ)上，選擇網(wǎng)絡(luò)分工結(jié)構(gòu)，進行比較靜態(tài)分析。通過對執(zhí)行能力、交換系數(shù)的確定來進行各分配結(jié)構(gòu)的角點分析，得到合理分配資源的三種結(jié)構(gòu)，并給出了相應(yīng)的分配算法。分工結(jié)構(gòu)確定后對每種結(jié)構(gòu)進行比較靜態(tài)分析，包

9、括對資源供給和效用函數(shù)可能發(fā)生的躍變的確定，以及在給定的分工水平和結(jié)構(gòu)下角點解對環(huán)境變化做出的反應(yīng)。如果市場中全部服務(wù)的自給量和交易量使結(jié)構(gòu)的效用極大化，則可解出給定結(jié)構(gòu)的資源配置，即分工結(jié)構(gòu)的局部帕累托最優(yōu)配置。實驗?zāi)M給出了兩組節(jié)點和兩組效用函數(shù)指數(shù)。
　　由實例分析可以看出，對于一個既定的節(jié)點，其執(zhí)行能力為定值，相對均衡價格也為定值，其最大值的選擇與交換效率密切相關(guān)，也就是與網(wǎng)絡(luò)傳輸能力密切相關(guān)。當(dāng)交換效率非常低時，自給自足

10、結(jié)構(gòu)的局部最大值就是整體最優(yōu)解，兩節(jié)點也選擇自給自足結(jié)構(gòu)。當(dāng)交換效率逐步提高時，就會由自給自足結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成專業(yè)化服務(wù)結(jié)構(gòu)，此時，專業(yè)化服務(wù)結(jié)構(gòu)的最大值就是整體最優(yōu)解。
　　(4)提出一種基于帕累托最優(yōu)化的分配決策分配模型，通過對不同分配結(jié)構(gòu)進行決策分析，得出選擇不同結(jié)構(gòu)的條件并建立計算分配結(jié)構(gòu)的算法。通過仿真試驗?zāi)M多種請求在兩個節(jié)點進行分配的情況，根據(jù)初始數(shù)據(jù)本身的性質(zhì)以及算法的特點，結(jié)合仿真圖對各種分配方案進行結(jié)果分析和算法評估

11、。同時對多節(jié)點執(zhí)行多種服務(wù)的情況進行討論，當(dāng)最具有比較優(yōu)勢的兩種請求分配完成以后，就可以對次具有比較優(yōu)勢的服務(wù)通過以上的步驟分配。以此類推，直到兩種請求通過計算之后發(fā)現(xiàn)，其比較優(yōu)勢不足以沖抵交換帶來的損失，也即處于自給自足分配結(jié)構(gòu)為止。按照這種方法，對任意兩個相連的節(jié)點進行類似的計算和分配，逐步使得整個系統(tǒng)的效用最大化，每個服務(wù)網(wǎng)中的客戶效用最大化。
　　本文基于新興古典經(jīng)濟理論研究網(wǎng)格資源分配策略。每個節(jié)點既是資源提供者，又是資