QoS約束下的網格資源協(xié)同分配方法研究.pdf

1、在大規(guī)模網格環(huán)境中，由于資源的分布性和異構性，上層應用通常需要聯(lián)合多個虛擬組織中的大量資源來協(xié)同完成任務。因此，跨組織域的多資源協(xié)同分配一直是網格計算的一個基礎研究課題，資源協(xié)同分配服務也成為各類網格系統(tǒng)的核心基礎設施之一。隨著網格系統(tǒng)逐步從科研領域走向更加廣泛的商業(yè)領域，尤其是對用戶QoS需求的日益重視，新興的網格應用領域對資源協(xié)同分配服務提出了諸多約束性需求，如費用約束、實時性約束、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格計算中一個具有理論價值和實用意義的課題。
　　 約束條件下資源協(xié)同分配策略研究的難點集中體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)由于系統(tǒng)負載具有動態(tài)性和不可預測性的特點，導致已有協(xié)同分配策略無法完全保證用戶OoS需求中的各類約束條件；(2)網格資源的分布性和自治性導致資源失效情況嚴重，系統(tǒng)難以為任務順利執(zhí)行提供相應的可靠性保證；(3)網格資源具有異構性的特點，缺少統(tǒng)一的尺度來量化描述異構資源的動態(tài)服務能

3、力；(4)網格用戶的QoS需求與網格系統(tǒng)性能之間的矛盾難以協(xié)調與平衡。
　　 針對上述難點問題，論文基于已有研究者對網格系統(tǒng)性能的測評分析與結論，采用數(shù)理統(tǒng)計方法來分析傳統(tǒng)協(xié)同分配策略的性能瓶頸，運用隨機服務理論描述網格資源的動態(tài)服務能力和負載壓力，為異構資源建立了統(tǒng)一的可量化分析模型。論文針對用戶QoS需求中的費用約束、實時性約束、可靠性約束下的資源協(xié)同分配問題分別提出相應的解決策略。論文的主要研究內容和創(chuàng)新如下：
　　

4、 (1)基于松弛策略的資源協(xié)同預留機制
　　 針對傳統(tǒng)預留策略在動態(tài)網格環(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)同預留機制，用于解決傳統(tǒng)預留策略對系統(tǒng)性能的負面影響。該策略基于“網格任務傾向于高估預留時間”的事實，允許在一定條件下接納時間和空間上與已有預留請求有疊交的預留請求，并從理論上分析了松弛預留策略的系統(tǒng)收益與相應的違約風險。通過設定松弛預留策略模型中的關鍵參數(shù)，網格系統(tǒng)能有效地控制與平衡該策略的收益與風險

5、。在關鍵參數(shù)的邊界條件上，松弛預留策略與傳統(tǒng)預留策略兼容，已有網格系統(tǒng)通過動態(tài)設定模型的參數(shù)，可以靈活地在傳統(tǒng)預留策略與松弛預留策略之間切換，從而提高了松弛預留策略在實際網格系統(tǒng)中的可應用性。實驗結果顯示，松弛預留策略能有效提高網格資源利用率，同時降低預留請求拒絕率；在面對較高的預留請求率時，松弛預留策略也表現(xiàn)出較高的自適應性。
　　 (2)費用約束下的資源協(xié)同分配模型與策略
　　 針對典型計算經濟模型和博弈模型在解決“

6、費用約束下協(xié)同分配”問題時的效率和公平性難以協(xié)調的問題，提出了一種基于三方博弈的兩階段協(xié)同資源分配模型。該模型通過引入一類“虛擬資源中介”實體，將資源分配問題轉化為由用戶任務、虛擬資源中介、資源提供者三方組成的博弈過程。虛擬資源代理通過一個兩階段的分配機制來優(yōu)化資源配置和價格方案，用于滿足用戶費用約束和提高系統(tǒng)資源收益。理論分析以效用函數(shù)為基礎給出了三方博弈模型的有效性證明和求解算法，實驗采用實際網格任務負載和典型網格測試床模型檢驗了該

7、三方博弈模型的性能表現(xiàn)，并對模型中的關鍵參數(shù)進行了詳盡的參數(shù)分析。實驗結果顯示，基于三方博弈的協(xié)同分配模型能高效地實現(xiàn)多資源協(xié)同分配時的資源定價機制，并在用戶費用和資源收益之間實現(xiàn)較優(yōu)的平衡；對于具有費用約束的網格任務，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)實時性約束下的資源協(xié)同分配模型與策略
　　 針對網格環(huán)境中實時

8、型網格任務QoS難以保證的問題，提出了一個實時保證度增強的多策略協(xié)同分配模型，用于滿足上層應用對實時性的需求。通過引入一個“截止時間保證度”指標來衡量資源對任務實時性需求的滿足程度，基于“截止時間保證度”的計算方法，并綜合已有研究中所提出的各類協(xié)同分配策略，論文設計實現(xiàn)了一個具有可擴展能力的多策略協(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，系統(tǒng)通過選擇“截止時間保證度”最優(yōu)的協(xié)同分配方案為用戶任

9、務提供服務，以此提高網格系統(tǒng)的實時性保證能力。實驗結果顯示，基于“截止時間保證度”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，為不同類型的網格任務提供更優(yōu)的實時性保證。
　　 (4)可靠性約束下的資源協(xié)同分配模型與策略
　　 針對經典的虛擬樹型網格可靠性評估模型(VTGREM)無法感知系統(tǒng)動態(tài)負載的缺陷，提出了采用隨機服務模型來建立網格資源的動態(tài)服務能力和負載壓力模型的方法，為原有VTGREM模型增加了“動

10、態(tài)負載感知”能力。為了支持實時網格任務的可靠性評估，論文引入了“截止時間違約失效”這一新的資源失效類型，并提出了一個擴展的VTGREM模型。該擴展模型克服了原有VTGREM模型中過于嚴苛的假設前提，擴展了VTGREM模型的適用領域。實驗結果顯示，擴展的VTGREM模型能有效提高網格任務執(zhí)行過程中的可靠性，同時降低實時網格任務的截止時間違約率；在系統(tǒng)飽和負載狀態(tài)下，該擴展模型能顯著提高可靠性評估的準確性，其動態(tài)負載感知機制能有效降低任務的