网格计算下支持预留的光网络资源管理与调度研究

摘要

第一代 Internet 通过 TCP/IP 实现了计算机的互连：第二代 Internet 以 Web 技术为核心，实现了信息的一对多 B/S 模式的共享；随着信息的爆炸式增长、Internet的壮大及计算机硬件的发展，人们开始构建第三代 Internet 的基础设施，以实现资源的全面互联，也就是网格。网格计算是一种架构，它通过一组标准服务接口和开放结构，为协同、灵活和安全的大规模资源共享提供支持，使具有共同兴趣爱好的动态、异构、分布、自治资源可以协同任务执行和资源共享，以帮助人们完成一些庞大的计算任务，如：高能物理、生物科学、环境科学等 e-Science 应用。光网络技术迅猛发展，特别是近几年，光纤的带宽容量增长速度超过处理器摩尔定律发展速度，因此，光网络自然被作为网格计算数据密集性应用的首选传输载体，通过动态建立专用光路来满足网格计算的数据密集性及协同工作需求．人们希望在网格计算环境中利用经济的光网络来连接分布在各地的计算、存储等资源，实现一个动态、高效的全球计算资源池．从而如何高效管理和调度光网络资源成为本文研究的课题． 由于网格计算资源的动态性、异构性和自治性特点，提前预留、协同预留是网格资源预留机制的重要组成部分，以保障资源的协同工作需求和网格应用的服务质量。因此，对于网格计算中的波长路由光网络资源，动态提供多种预留方式的专用光路是必要的，同时也是可行的，已有很多实际网络平台支持这一服务。但提前预留作为协同预留的基础，波长路由光网络的已有提前预留研究中．多是关注于网络的控制面技术和用户请求的弹性调度以缓解资源碎片影响，很少关注资源碎片对于建立光路时的路由和波长分配 (RWA) 算法的影响，本文主要就这一问题进行了分析和论证。 本文的主要贡献如下： ●提出了一个基于 Web 服务的光路封装及其提前预留管理模型(WsLEARNS)，对其运作机制和软件模块构成进行了详细描述。结合网格计算与 Web 服务技术的融合趋势，尝试将语义Web中资源描述框架(RDF)进行扩展以描述光网络中的光路资源，以便将光路资源以有状态 Web 服务形式发布并调用，应用 Web 技术自动完成光路资源信息更新和管理。 ●分析了资源碎片对于 RWA 算法的影响，通过仿真分析得出：常见 RWA算法思想已不能适应提前预留的特殊情况。以此提出了一个最少资源碎片(LRF)波长分配算法，在波长分配时考虑了可能产生的资源碎片量；一个可重配置的最少资源碎片波长分配(LRF_move)算法，以支持用户请求的弹性调度；一个基于分层图的提前预留模式下 RWA 算法(LayeredGraph-LRF)，以考虑了资源碎片的参量为分层图波长平面的链路权值，在分层图模型中将路由子问题和波长分配子问题一并解决。通过仿真证明了各算法在阻塞率、资源碎片率及公平性等性能上的表现，均能适合提前预留用户模式，但同时也各有其特殊适应用户场景。 ●开发了基于 SimJava 软件包的离散事件驱动的光路资源调度仿真平台，命名为 LambdaGRASS，同时支持立即预留和提前预留模式，包括了常见的RWA 算法

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1.网格计算概述

1.1.1.网格计算的发展

1.1.2.网格计算所处的位置

1.1.3.网格计算的本质

1.1.4.网格计算与其它分布式计算技术的异同

1.2.网格计算中光网络资源管理研究背景及现状

1.2.1. LambdaGrids的外在应用驱动力：e-Science

1.2.2.支持LambdaGrids的实际光网络平台

1.2.3.LambdaGrids研究中关注的问题

1.3.全文的组织安排

第二章WDM光网络中的路由和波长分配(RWA)问题

2.1.WDM光网络

2.2.WDM光网络中的波长资源限制

2.2.1.波长连续性限制

2.2.2.波长转换限制

2.3.WDM光网络的抽象描述模型

2.3.1.分层图模型

2.3.2.辅助图模型

2.3.3.矩阵模型

2.4.WDM网络中的RWA算法

2.4.1.路由选路策略

2.4.2.静态路由和波长分配算法

2.4.3.动态路由和波长分配算法

2.5.本章小结

第三章基于Web服务的光路封装及其提前预留管理模型

3.1.网格计算中间件Globus Toolkit 4.0介绍

3.2.Linux环境下的网格计算环境搭建

3.2.1. Linux下安装GT4所需的软件包

3.2.2.GT4网格计算环境测试

3.3.一个光路资源管理模型：WsLEARNS

3.3.1.模型的体系构架

3.3.2.光网络资源的封装

3.4.本章小结

第四章提前预留模式下路由和波长分配(AR-RWA)算法研究

4.1.提前预留(Advance Reservation)用户请求模式介绍

4.2.提前预留模式下路由和波长分配算法分析

4.2.1.提前预留模式下的资源碎片

4.2.2.对WDM网矩阵描述模型的补充

4.2.3.提前预留模式下RWA算法的定义

4.3.立即预留RWA算法思想在提前预留中的应用

4.4.仿真分析

4.5.本章小结

第五章最少资源碎片波长分配算法

5.1.问题描述

5.2.最少资源碎片(Least Resource Fragmentations)算法相关

5.2.1.定量分析

5.2.2.算法描述

5.2.3.关于资源碎片的统计

5.3.仿真分析

5.4.本章小结

第六章可重配置的最少资源碎片波长分配算法

6.1.问题描述

6.2.一种只改变预留开始时间的重配置算法(LRF_move)

6.3.仿真分析

6.4.本章小结

第七章一种基于分层图的提前预留模式下RWA算法

7.1.问题描述

7.2.LayeredGraph-LRF算法描述

7.3.仿真分析

7.4.本章小结

第八章结论及未来工作

致谢

攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的研究成果

参考文献