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在对等网络、网格及服务计算等系统中,许多分布在不同组织和位置的参与节点需要共享其他节点的资源或协作共同提供服务,这些系统称为开放分布系统,它们都是建立在Internet基础设施上,通过Internet把参与的节点连接起来,它们具有许多相似的特性:自治性,动态性,位置分散性,异构性和普适性等。在这些系统中一个重要的问题就是如何快速准确发现这些服务,要使用和组合这些服务,首先要能够动态地发现这些服务,如在简单的对等网络文件共享系统中,我们如何根据元数据找到需要的文件,在网格系统中,我们如何根据任务需求、资源和调度策略等来分配资源。另外一个重要的问题就是如何高效高质量地组合这些服务。
本文提出了基于覆盖网络、语义标记和流程驱动的资源发现和组合框架OpenGrid,重点解决开放分布系统中资源快速准确发现和资源高效高质量组合问题,与以前的系统相比不同之处主要在于以覆盖网络和语义标记描述资源发现,以资源覆盖网络为基础进行多策略的资源组合。开放分布系统中资源是基础,我们对资源进行了抽象和语义描述,基于Ontology匹配改进资源发现,在资源覆盖网络之上进行资源发现和资源组合,我们设计了偏覆盖网络和多生成树覆盖网络用于语义资源发现,并对异构网络资源发现进行了优化,通过实验对比了语义资源发现在网状拓扑和幂律拓扑覆盖网络中查询和更新半径、查全率和查准率等。在多策略的资源组合中,我们设计了资源路径和资源图用于资源组合探测,通过启发式组合步骤组合资源覆盖网络上的分布式资源,通过优化策略和主动失效恢复等来保证组合服务质量,通过实验对比资源组合在两种不同类型覆盖网络上三种不同的组合算法组合成功率、性能、开销和主动失效恢复效率等。本文的创新性研究成果主要有:
1.提出基于动态策略和语义标记的资源发现及选择算法和模型,通过语义标记进行自动分类和元数据抽取,从而标识出资源及其之间的语义关联。通过索引和查询资源及其语义关联等信息进行资源发现和选择操作,降低了资源匹配算法复杂度,同时又扩展了资源匹配应用层次的广度和深度。我们对资源进行了抽象和语义描述,利用Ontology建模工具构建了资源相关的Node,Request,Policy,Link和Process等多个Ontology,在资源覆盖网络平台OpenGrid之上进行资源发现和资源组合。
2.提出了资源覆盖网络模型一偏覆盖网络和生成树覆盖网络,通过应用层虚拟连接每个独立的节点,与传统覆盖网络不同的是,OpenGrid中每个节点不仅可以提供应用级数据路由,而且可以提供一系列增值应用级服务,这样每个资源节点可以动态加入和退出资源覆盖网络。利用资源节点状态信息和虚拟覆盖连接,就能快速有效地进行资源组合。
3.提出了开放分布系统资源发现和资源组合完整融合应用平台架构,以覆盖网络为核心,进行语义资源发现和多策略的资源组合。在OpenGrid平台中,我们设计了偏覆盖网络和多生成树覆盖网络用于语义资源发现,并对异构网络资源发现进行了优化。通过仿真实验表明基于资源覆盖网络的语义资源发现在网状拓扑和幂律拓扑覆盖网络中比其它随机或静态算法具有更好的特性,主要体现在查询和更新半径更小、更新跨度更小、查全率和查准率更高。
4.提出流程驱动的资源组合方案和策略,结合商业工作流和科学工作流研究成果,以工作流、消息流和服务流为驱动,组合分布式的资源,以在这些组合资源之上建立应用和服务。我们设计了资源路径和资源图用于资源组合探测,通过启发式组合步骤组合资源覆盖网络上的分布式资源,通过优化策略和主动失效恢复等来保证组合服务质量,通过仿真实验表明资源组合在两种不同类型覆盖网络上我们提出的多策略的优化组合算法在组合成功率、性能、开销和主动失效恢复率等均有较大优势。