基于QoS的校园网格中关键技术研究

摘要

网格作为下一代Internet的网格技术能使地理上分布的资源透明地集合在一起，特别适用于大规模分布式应用。网格为应用和用户带来诸多好处：提供便捷的资源访问接口，虚拟环境中的远程协作和资源共享，以及消除信息孤岛等。因此，网格技术的研究，无论对于教育科研、工程应用还是大规模商用，都有相当重要的价值和意义。 本文以校园网格为基础，对网格系统模型和结构、QoS机制、资源管理机制、任务调度算法、网格应用及网格评测等方面进行详细的研究，并取得如下创新性成果： (1)对校园网格特殊性的分析：为简化研究对象，将视野集中在高校校园网中。本文对高校校园网构建网格的特殊情况给予了分析与研究，提出在轻、重负载情况下任务调度可实施的不同算法。 (2)对网格Qos机制的研究：根据QoS参数所表达的QoS特性的不同，在虚拟组织层对网格QoS参数进行了分类，给出QoS的度量与实现方法，最后给出了校园网格的具体系统构架。同时，针对网格环境难于保证服务质量的问题，提出了一套实用的资源、任务和用户的分类机制，将资源和任务分为高I/O要求类、高性能计算类及大存储量类等。资源首次加入网格时向系统提供性能参数，系统核实后对其进行分类和初步评价，系统根据不同任务的要求尽量将其分配给擅长此类应用的资源，在任务执行过程中再根据其成功或失败调整对执行任务的资源的评价。同时，将网格用户按优先权值分为不同的优先级，优先级高的用户任务优先服务，同一优先级的任务采用先来先服务。对用户的服务要求，保证优先级高的应用先响应，拒绝率低，满足率高。在此基础上改进任务调度方法，提出了基于关联规则的动态分域调度算法，以提高系统对用户任务的响应速度，在一定程度上实现了网格的QoS机制。 (3)网格服务依赖研究：网格服务依赖分析是解决网格服务挖掘中出现的，诸如网格服务测试、维护、组合和失效检测等问题的有效技术。本文提出了一种基于图论和矩阵模型的网格服务依赖分析方法。首先分析了GSM中可能存在的各种网格服务依赖类型。然后定义了直接依赖图、直接依赖矩阵、直接依赖度、依赖关系矩阵和最小覆盖等概念，并提出了利用它们分析和建模网格服务依赖的方法。 (4)网格任务调度算法研究：提出在重负载情况下采用基于关联规则的动态分域资源管理机制，并在此基础上分别给出了一级调度中心、二级调度中心和计算节点任务调度时的算法基本思路和具体算法。 (5)任务切分与分组模型研究：提出了一种基于关联规则的子任务分组模型(SGMAR)。先从子任务的支持度矩阵和置信度矩阵着手分析，换算出子任务间的粒度索引值(DI)和耦合度索引值(CI)。通过对这些索引值的衡量，最终确保子任务组组间耦合度的极小化。实际运用中，该模型不仅能优化子任务分组同时还能有效提高资源调度命中率。 (6)用中间件构建校园网格的研究：讨论了基于Java的数据交换中间件技术，给出了校园电子政务具体系统结构图，提出了如何通过XML文档来进行跨平台的数据交互等等。 (7)校园网格应用研究：为了解决校园网网格应用中的软件集成问题，提出了通过基于XML的Java中间件来实现校园网内部各部门间数据的转换与匹配。首先通过Jave中间件对校园内旧有异构数据库中的数据进行XML文档化转换，然后给出一套基于开放源代码的Mule ESB的J2EE架构以组建SOA的软件集成系统实用方法来最终实现校园网格的应用。文章最后通过一个应用实例对这一架构下的关键技术进行研究，并使用JMeter进行了性能测试，验证了本集成系统的有效性和优越性。 (8)基于EEPC的扩展Petri网的网格测试研究：网格测试中最重要的测试莫过于集成测试。在构件集成测试过程中，为减少测试成本，以扩展的Petri网和EEPC模型为基础，充分融合了两者在结构表达、定性定量分析等方面的优点，通过对构件的使用频度等指标进行定量的分析，对构件的测试进行优先级排队，将测试重点安排在优先级高的构件上。以此达到在网格的集成测试中降低测试整体成本的目的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：中英文词汇对照表、图表目录

声明

1绪论

1.1研究背景

1.1.1网格和网格计算的概念和特点

1.1.2网格计算发展简介

1.1.3国内外的网格计算项目简介

1.1.4网格体系结构

1.1.5网格计算的关键性技术及相关研究现状

1.1.6网格计算面临的挑战与发展趋势

1.2主要支撑的研究项目

1.3本文研究内容

1.3.1研究目的与意义

1.3.2研究重点

1.4本文组织结构

1.5本章小结

2校园网格特殊性分析

2.1引言

2.2特殊性分析

2.3校园网格应具备的基本功能

2.4校园网格需满足的基本服务质量

2.5校园网格基础结构应具有的特点

2.6校园网格设计的一般性原则

2.7校园网格构建需解决的关键问题

2.8本章小结

3网格QOS机制研究

3.1引言

3.2网格QoS概念及参数分类

3.3网格QoS的要求

3.4网格QoS的度量

3.5网格QoS的实现

3.6网格QoS实现的仿真实验

3.7本章小结

4校园网格总体架构研究

4.1引言

4.2校园网格系统结构

4.3校园网格层次体系结构特点分析

4.4基于关联规则的分域管理机制

4.5本章小结

5网格服务依赖研究

5.1引言

5.2网格服务依赖概述

5.2.1网格服务与Web服务区别分析

5.2.2依赖管理模式现状分析

5.3网格服务依赖特征分析

5.4服务依赖矩阵模型

5.5网格服务系统动态性分析

5.5.1网格服务的重用

5.5.2网格服务系统的变化

5.6网格服务的最小覆盖分析

5.7方法应用

5.8本章小结

6网格服务组合与服务选择的研究

6.1引言

6.2网格服务组合

6.2.1基本概念

6.2.2问题的提出

6.3服务的选择

6.3.1应用环境

6.3.2动态服务的选择

6.3.3 Q学习算法

6.4验证实验

6.5本章小结

7网格任务调度算法研究

7.1引言

7.2任务调度算法概述

7.2.1经典任务调度算法分析

7.2.2任务调度问题——NP-困难问题

7.3轻负载下的任务算法——基于计算池的服务管理算法

7.3.1服务器管理算法

7.3.2成效分析

7.4重负载下的调度算法——基于QoS的网格资源动态分域算法

7.4.1详细算法

7.4.2成效分析

7.5域(domain)计算结点的动态选取算法

7.5.1问题描述与定义

7.5.2算法描述

7.5.3实验及分析

7.6本章小结

8任务切分与分组模型研究

8.1引言

8.2网格任务切分概述

8.3基于关联规则的任务切分模型描述

8.4模型性能分析实验

8.5本章小结

9用中间件构建校园网格的研究

9.1引言

9.2基于JAVA的数据交换中间件技术

9.3基于XML的数据交换中间件技术

9.4本章小结

10校园网格应用研究

10.1引言

10.2 SOA解决方案

10.2.1开放平台架构方案

10.2.2消息描述与流转

10.3用JMETER测试SOA系统

10.4本章小结

11基于EEPC的扩展Petri网的网格测试研究

11.1引言

11.2 Petri网的扩展结构

11.3扩展的事件过程链EEPC

11.4基于EEPC扩展Petri网网格测试模型基本思想与实施

11.5性能分析

11.6本章小结

12结论与展望

12.1主要研究成果和创新点

12.2研究工作展望

参考文献

附录

致谢