嵌入式網(wǎng)絡(luò)計算中協(xié)作求解問題的研究.pdf

1、嵌入式網(wǎng)絡(luò)計算中，多服務(wù)代理技術(shù)的優(yōu)勢就是通過服務(wù)代理之間的協(xié)作，完成單個服務(wù)代理不能完成的任務(wù)或以更高的效率完成任務(wù)。一方面，嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由于計算資源嚴格受限，隨著對其功能需求日益增強，在執(zhí)行較復(fù)雜任務(wù)時任務(wù)的復(fù)雜性和時間緊迫性常常使其無法在規(guī)定的時間約束內(nèi)完成。設(shè)備硬件資源的升級對大量的早已存在的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說不是一個現(xiàn)實的方案。操作系統(tǒng)的性能優(yōu)化也不是一個根本的解決方法。目前，一個現(xiàn)實的解決方法是設(shè)備間通過服務(wù)代理進行協(xié)作，

2、充分利用其它設(shè)備暫時不被使用的計算資源。另一方面，嵌入式網(wǎng)絡(luò)計算時代眾多的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要人們?nèi)ジ深A(yù)和協(xié)調(diào)，為了使人們注意力的中心回歸到要完成的任務(wù)本身，使嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間自主交互，完成所需要的服務(wù)，就要求解決服務(wù)訪問過程的透明性問題，透明性除了包括人機交互的透明性以外還包括實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)求解過程的透明性，復(fù)雜任務(wù)可以通過設(shè)備間自動協(xié)作來進行高效求解。 在多服務(wù)代理之間進行協(xié)作求解，國內(nèi)外先后提出了一些方法，目前主要有合同網(wǎng)模型

3、、黑板模型、多服務(wù)代理規(guī)劃等。其中應(yīng)用最廣泛的是合同網(wǎng)模型。據(jù)文獻查閱，從2000年進入EI檢索的100多篇相關(guān)論文中就這個問題的研究成果發(fā)表的論文達10余篇，通過分析發(fā)現(xiàn)，合同網(wǎng)模型在嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的協(xié)作求解中仍然存在以下不適應(yīng)性： (1)合同網(wǎng)招標(biāo)時要向所有可能的任務(wù)承攬者發(fā)送標(biāo)書，并等待所有的投標(biāo)回答或截止時間到時，這在承攬者較多時會帶來較大的通信量和時間開銷；投標(biāo)過程只能在局域網(wǎng)內(nèi)進行；并且招標(biāo)通知由系統(tǒng)內(nèi)的所有節(jié)點進行

4、接收和處理，浪費了不想?yún)⑴c協(xié)作的節(jié)點的計算資源； (2)承攬方的能力和承擔(dān)的協(xié)作任務(wù)負載處在不斷的變化之中，合同網(wǎng)的招標(biāo)方則難于了解和適應(yīng)這種變化，導(dǎo)致協(xié)作任務(wù)的過于集中。 為此，本文提出了等級域的概念，建立了相應(yīng)的等級域模型，并將其引入到了合同網(wǎng)當(dāng)中。等級域是把域內(nèi)各個服務(wù)代理根據(jù)它們的能力和任務(wù)協(xié)作求解的成功率分成三個不同的等級：第一等級：有服務(wù)能力且成功率較高的服務(wù)代理集合；第二等級：有服務(wù)能力但成功率較低的服務(wù)代

5、理集合；第三等級：暫時無服務(wù)能力的服務(wù)代理集合。協(xié)作發(fā)生在第一等級的服務(wù)代理集合內(nèi)，這樣就縮小了協(xié)作服務(wù)代理的查找范圍，招標(biāo)服務(wù)代理選擇協(xié)作服務(wù)代理的效率高。通過設(shè)置各個等級內(nèi)服務(wù)代理個數(shù)的閾值，避免了服務(wù)代理個數(shù)的增長失控以及由此造成的各種開銷。 等級域內(nèi)各個服務(wù)代理所在的等級并不是一成不變的，而是隨著時間可以動態(tài)地進行調(diào)整。各個服務(wù)代理之間相互競爭，以便及時適應(yīng)設(shè)備能力的變化。服務(wù)代理競爭的目標(biāo)是進入高等級的服務(wù)代理集合，競

6、爭的條件是自身的能力以及任務(wù)協(xié)作求解的成功率和等級閾值的變化。這樣就能保證及時了解各個服務(wù)代理的能力和成功率的變化，克服合同網(wǎng)中服務(wù)代理能力恒定不變的不合適假設(shè)。對各個服務(wù)代理能力和成功率變化了解的及時程度取決于引起競爭的頻率。本文采用現(xiàn)有的隨機TOP-N算法對等級域中不同等級的各個服務(wù)代理的等級躍遷進行了算法描述和分析。 同時，為了平衡各個設(shè)備服務(wù)代理間的任務(wù)負載，緩和“忙者越忙，閑者越閑”的“馬太效應(yīng)”，避免協(xié)作時選取協(xié)作服

7、務(wù)代理的盲目性，盡量滿足緊急任務(wù)的時間約束，提高多服務(wù)代理系統(tǒng)的吞吐量，本文還考慮了各個服務(wù)代理協(xié)作時的時間開銷問題，通過協(xié)作，采納其它服務(wù)代理的意圖，建立了時間開銷模型，并據(jù)此對基于等級域的合同網(wǎng)模型進行了相應(yīng)修改，建立了基于等級域一時間開銷的合同網(wǎng)模型，把時間開銷的計算融進了隨機TOP-N算法當(dāng)中，避免過載和輕載現(xiàn)象的發(fā)生。 通過仿真程序和應(yīng)用結(jié)果的分析，驗證了提出的模型及其實現(xiàn)算法的有效性，在時間復(fù)雜性和空間復(fù)雜性增加不大