基于因特網(wǎng)的資源共享模型及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、資源共享理論是當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，隨著互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源日趨豐富，基于因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)這些資源的高效共享在教育、工程技術(shù)、社會(huì)、醫(yī)藥、經(jīng)濟(jì)、管理領(lǐng)域都有著潛在、廣泛的應(yīng)用。例如，在管理領(lǐng)域，資源共享技術(shù)可應(yīng)用于知識(shí)獲取、廣告營(yíng)銷、決策意見(jiàn)形成、組織間信息交換與傳播等許多方面。本文從管理科學(xué)的角度分析了影響網(wǎng)絡(luò)資源共享系統(tǒng)性能的四個(gè)因素，即資源共享模型、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及資源調(diào)度。在此基礎(chǔ)上，選擇這四個(gè)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2、經(jīng)過(guò)三年的研究，在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，取得了一定的研究成果。針對(duì)資源共享模型，提出了一種層次式的資源共享模型，該模型符合我國(guó)教育資源的組織模式，可用于指導(dǎo)教育資源共享系統(tǒng)的建設(shè)；針對(duì)互連網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造了RPC和)(k RPn網(wǎng)絡(luò)，這兩種互連網(wǎng)絡(luò)具)(k有許多優(yōu)良的性質(zhì)，能夠提高資源共享系統(tǒng)的通信效率；針對(duì)網(wǎng)絡(luò)演化問(wèn)題，建立了一種基于Sierpinski分形墊的確定性復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型，該模型在度分布、集聚系數(shù)和網(wǎng)絡(luò)直徑等結(jié)構(gòu)特性方面與許多現(xiàn)

3、實(shí)網(wǎng)絡(luò)相符合，可為資源共享網(wǎng)絡(luò)理論研究提供描述上的借鑒；針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題，提出了一種副本創(chuàng)建策略，該策略可以有效解決由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)能力較小引起的副本頻繁建立與刪除問(wèn)題；針對(duì)資源調(diào)度問(wèn)題，提出了基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的微粒群算法，該算法可以為資源調(diào)度決策提供方法支持。
　　經(jīng)過(guò)三年深入的研究，達(dá)到了預(yù)期的目的，取得了理想的結(jié)果，本文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　1.提出了一種層次式的資源共享模型，設(shè)計(jì)了基于該模型的副本創(chuàng)建策略

4、。針對(duì)中小學(xué)教育資源共享問(wèn)題，設(shè)計(jì)了層次式的教育資源網(wǎng)格模型，定義了各層節(jié)點(diǎn)的功能；通過(guò)與歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)格對(duì)比，分析了教育資源網(wǎng)格的特點(diǎn)；基于層次式的教育資源網(wǎng)格，對(duì)影響副本創(chuàng)建策略性能的因素進(jìn)行分析，然后引入網(wǎng)絡(luò)帶寬和文件大小兩個(gè)參數(shù)，提出了一種動(dòng)態(tài)副本創(chuàng)建策略(EDRS)；利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格模擬工具 OptorSim構(gòu)建教育資源網(wǎng)格虛擬環(huán)境，分析比較了EDRS策略與 Caching-lru策略、Caching-lfu策略和基于經(jīng)濟(jì)模型的副本創(chuàng)

5、建策略的性能；最后，綜合各項(xiàng)指標(biāo)分析了不同策略對(duì)教育資源網(wǎng)格系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明，EDRS策略在教育資源網(wǎng)格應(yīng)用中有更好的系統(tǒng)性能。
　　2.構(gòu)造了一種基于RP的資源共享網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究了提高系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量)(k的方法和措施。針對(duì)分布式資源共享問(wèn)題，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信效率兩個(gè)角度來(lái)探討降低網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間和提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的方法和措施，設(shè)計(jì)了一種基于RP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞馁Y源共享網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡述了實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接的方案。在此基礎(chǔ)上

6、，給出了提高系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的策略，包括節(jié)點(diǎn)的加入/離開(kāi)策略、代理策略、分布式資源檢索策略以及節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的協(xié)同策略。最后，通過(guò)理論分析比較，證實(shí)了采用)(k RP互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)和相關(guān)策略的有效性。)(k
　　3.建立了兩種規(guī)則的互連網(wǎng)絡(luò)模型，討論了其路由算法。Pertersen圖由于具有短直徑和正則性等特性，在并行計(jì)算與分布式計(jì)算中具有良好的性能。基于環(huán)結(jié)構(gòu)，提出了兩種 Pertersen圖的新擴(kuò)展方法，構(gòu)造了互連網(wǎng)絡(luò)RPn。研究了這兩

7、種互連網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，他們不但具有正則性和良好的可擴(kuò)展性，還具有比)(k RP互連網(wǎng)絡(luò)更短的網(wǎng)絡(luò)直徑、更好的可分組性以及更小的網(wǎng))(k絡(luò)構(gòu)造開(kāi)銷。分析了RPC和)(k RPn優(yōu)于二維 Torus以及)(k RP互連網(wǎng)絡(luò)直徑)(k和節(jié)點(diǎn)可分組性的條件。設(shè)計(jì)了RPC和)(k RPn上的單播路由、置換路由、廣)(k播路由和多對(duì)多路由。研究發(fā)現(xiàn)，他們的通信效率比RP網(wǎng)絡(luò)上對(duì)應(yīng)算法的)(k通信效率均有明顯提高。RPC和)(k
　　4.構(gòu)建了一種

8、確定性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型，將小世界網(wǎng)絡(luò)與無(wú)尺度網(wǎng)絡(luò)納入到一個(gè)框架之下。人們發(fā)現(xiàn)大量真實(shí)網(wǎng)絡(luò)都表現(xiàn)出小世界和無(wú)尺度的特性，例如，面向資源共享的P2P網(wǎng)絡(luò)，由此復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化模型成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。基于Sierpinski分形墊，通過(guò)迭代的方式構(gòu)造了兩個(gè)確定性增長(zhǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型:小世界網(wǎng)絡(luò)模型(S-DSWN)和無(wú)尺度網(wǎng)絡(luò)模型(S-DSFN)，給出了確定性網(wǎng)絡(luò)模型的迭代生成算法，解析計(jì)算了其主要拓?fù)涮匦裕Y(jié)果表明兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型在度分布、集聚

9、系數(shù)和網(wǎng)絡(luò)直徑等結(jié)構(gòu)特性方面與許多現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)相符合。最后，提出了一個(gè)確定性的統(tǒng)一模型(S-DUM)，將 S-DSWN與 S-DSFN納入到一個(gè)框架之下，該模型不僅可為資源共享網(wǎng)絡(luò)理論研究提供模型描述上的借鑒，而且可以為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究提供理論基礎(chǔ)。特別地，我們發(fā)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)模型都是極大平面圖。
　　5.為了提高資源共享系統(tǒng)決策模塊的性能，設(shè)計(jì)了基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的微粒群算法?，F(xiàn)代優(yōu)化計(jì)算方法可以為許多系統(tǒng)決策模塊提供方法支持，為此我們研究

10、了全局優(yōu)化進(jìn)化算法:微粒群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)。在微粒群算法中，慣性權(quán)重作為一個(gè)重要參數(shù)可以平衡算法全局和局部搜索能力的關(guān)系，改善算法的性能。提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的適應(yīng)性微粒群算法(RPSO)，該算法將不同慣性權(quán)重調(diào)整策略看成粒子的行動(dòng)集合，通過(guò)計(jì)算 Q函數(shù)值，考察粒子多步進(jìn)化的效果，選擇粒子最優(yōu)進(jìn)化策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整慣性權(quán)重，增強(qiáng)算法尋找全局最優(yōu)的能力。對(duì)幾種經(jīng)典函數(shù)的測(cè)試結(jié)果表明:RP

11、SO能夠獲得好的性能，特別是對(duì)多峰函數(shù)效果更明顯。
　　6.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度模擬器，為相關(guān)策略性能評(píng)價(jià)提供了一種有效工具。如何評(píng)價(jià)某一算法的性能，其方法是進(jìn)行大量的模擬實(shí)驗(yàn)。針對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度策略評(píng)價(jià)問(wèn)題，歸納定義了數(shù)據(jù)網(wǎng)格模型及任務(wù)調(diào)度過(guò)程，分析了數(shù)據(jù)網(wǎng)格的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行花費(fèi)，然后基于網(wǎng)格模擬器GridSim，提出了數(shù)據(jù)網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度模擬器的設(shè)計(jì)方案，介紹了任務(wù)調(diào)度模擬器的體系結(jié)構(gòu)、工作流程和關(guān)鍵技術(shù)。最后，通過(guò)實(shí)