【摘要】：過去十年來,云計(jì)算技術(shù)使得數(shù)據(jù)中心大規(guī)模擴(kuò)大,平臺(tái)資源利用率低下問題逐漸凸顯并受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。如何有效地提升資源利用率,提高平臺(tái)吞吐成為了云計(jì)算產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。同時(shí),隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及智能移動(dòng)終端設(shè)備數(shù)量的與日俱增,移動(dòng)應(yīng)用終端所具有的環(huán)境不穩(wěn)定性、任務(wù)實(shí)時(shí)性以及需求多樣化等特點(diǎn),給傳統(tǒng)云計(jì)算技術(shù)提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。作為一種新興服務(wù)模式,霧計(jì)算以其具有的上下文感知分布式計(jì)算、低任務(wù)響應(yīng)時(shí)延和高服務(wù)質(zhì)量等特點(diǎn),有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)云計(jì)算技術(shù)的不足。盡管云計(jì)算技術(shù)與霧計(jì)算技術(shù)在相應(yīng)的領(lǐng)域都取得了豐富的研究成果,但數(shù)據(jù)資源的分散性、服務(wù)質(zhì)量的不確定性和用戶應(yīng)用需求的多元化等因素,為實(shí)現(xiàn)高效可靠的計(jì)算服務(wù)帶來了新的挑戰(zhàn)。譬如,目前的研究中,缺乏一個(gè)云霧端應(yīng)用集成的一致性資源調(diào)度優(yōu)化框架;針對(duì)云環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流在傳輸過程出現(xiàn)的性能瓶頸問題,需要更為有效的網(wǎng)絡(luò)抽象與相應(yīng)的資源調(diào)度方法等。針對(duì)目前云霧端應(yīng)用集成下計(jì)算服務(wù)在移動(dòng)感知、資源調(diào)度一致性優(yōu)化等方面面臨的挑戰(zhàn),本文對(duì)支持云霧端應(yīng)用集成的資源調(diào)度策略及其優(yōu)化技術(shù)開展了相關(guān)的研究工作。具體而言,本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:(1)為有效解決云霧環(huán)境在服務(wù)用戶過程中資源分散、分配不平衡問題,本文提出了一個(gè)支持云霧端應(yīng)用集成的資源調(diào)度一致性優(yōu)化框架以實(shí)現(xiàn)資源的有效整合、優(yōu)化。該資源調(diào)度框架依托軟件定義網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)作資源整合,并以分布式計(jì)算服務(wù)架構(gòu)為基礎(chǔ),集計(jì)算服務(wù)的請(qǐng)求響應(yīng)、計(jì)算服務(wù)的分配以及計(jì)算服務(wù)的執(zhí)行優(yōu)化模塊于一體。系統(tǒng)架構(gòu)上,該框架自下而上分為三個(gè)層次:終端接入層、霧計(jì)算層以及云計(jì)算層。終端接入層通過統(tǒng)一計(jì)算服務(wù)接口匯總來自用戶的計(jì)算服務(wù)請(qǐng)求,實(shí)現(xiàn)有線用戶和無線用戶的服務(wù)一致性接入。霧計(jì)算層將基于云的服務(wù)拓展到網(wǎng)絡(luò)邊緣,根據(jù)用戶實(shí)際的計(jì)算服務(wù)需求選擇服務(wù)提供的渠道。霧計(jì)算層用于負(fù)責(zé)響應(yīng)時(shí)間敏感的應(yīng)用,提供移動(dòng)感知的資源優(yōu)化調(diào)度。云計(jì)算層則主要負(fù)責(zé)來自霧計(jì)算層轉(zhuǎn)接的大數(shù)據(jù)作業(yè),并在傳統(tǒng)大規(guī)模并行處理數(shù)據(jù)框架的基礎(chǔ)上,對(duì)存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源需求突出的任務(wù)集合,進(jìn)行有效資源調(diào)度。(2)為有效解決云環(huán)境下大數(shù)據(jù)作業(yè)執(zhí)行過程中網(wǎng)絡(luò)資源利用率低的問題,本文提出一種云環(huán)境下時(shí)限感知的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度優(yōu)化方法。云環(huán)境下大數(shù)據(jù)分析作業(yè)處理過程中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流傳輸,是大數(shù)據(jù)分析過程的應(yīng)用瓶頸。圍繞這一應(yīng)用場(chǎng)景,本文首先分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生過程,引入了協(xié)同網(wǎng)絡(luò)流(Coflow),用于描述大數(shù)據(jù)作業(yè)中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流之間的語義聯(lián)系�；贑oflow的應(yīng)用抽象,提出了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的放置約束。進(jìn)而以平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的思想設(shè)計(jì)了大數(shù)據(jù)作業(yè)的Coflow生成過程。通過考慮計(jì)算節(jié)點(diǎn)的帶寬分配策略對(duì)大數(shù)據(jù)作業(yè)完成時(shí)間的影響,進(jìn)一步確定每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)在處理從屬大數(shù)據(jù)作業(yè)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流傳輸上的優(yōu)先級(jí),從而縮短了尤其是時(shí)限敏感的作業(yè)平均完成時(shí)間,并提高了云平臺(tái)的作業(yè)吞吐率。(3)為有效解決霧計(jì)算平臺(tái)在處理多用戶計(jì)算服務(wù)請(qǐng)求時(shí)面臨的資源分配不均衡問題,本文以提高系統(tǒng)資源利用率為目標(biāo),提出一種面向平臺(tái)的滿足任務(wù)依賴約束的資源調(diào)度優(yōu)化方法。具體而言,通過分析多用戶計(jì)算服務(wù)請(qǐng)求的“時(shí)空”信息以及服務(wù)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)配置的異構(gòu)性,本文針對(duì)計(jì)算任務(wù)的服務(wù)節(jié)點(diǎn),引入相應(yīng)的放置約束,并考慮計(jì)算任務(wù)間的執(zhí)行依賴約束,對(duì)計(jì)算任務(wù)的調(diào)度問題進(jìn)行了建模分析。本文利用“作業(yè)松弛時(shí)間”去量化多用戶霧計(jì)算平臺(tái)中的系統(tǒng)資源利用率指標(biāo)�；诖酥笜�(biāo),我們將提高系統(tǒng)資源率的問題轉(zhuǎn)化為全局作業(yè)松弛時(shí)間的優(yōu)化問題。鑒于其NP-Hard屬性,本文分別給出了具有理論依據(jù)的基于二值松弛技術(shù)的Offline調(diào)度算法以及結(jié)合表調(diào)度法的Online調(diào)度算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,我們提出的算法可以減少計(jì)算服務(wù)響應(yīng)時(shí)間,提升系統(tǒng)資源利用率。(4)為有效提高霧計(jì)算環(huán)境下服務(wù)節(jié)點(diǎn)滿足移動(dòng)用戶在安全、高效應(yīng)用需求方面的能力,本文引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),對(duì)地理分散的霧計(jì)算服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全管理,為用戶提供實(shí)時(shí)安全的計(jì)算分流服務(wù)技術(shù)支撐。在此基礎(chǔ)上,提出了一種移動(dòng)感知的計(jì)算分流方法BMO(Blockchain-based Mobility-awareOffloading)用于任務(wù)的計(jì)算分流調(diào)度。技術(shù)上而言,BMO將用戶的移動(dòng)特性分為有路徑約束和無路徑約束兩類應(yīng)用模式。針對(duì)有路徑約束的移動(dòng)方式,BMO方法首先針對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算覆蓋范圍,構(gòu)建相應(yīng)的R-樹索引,并根據(jù)任務(wù)的時(shí)限條件,結(jié)合移動(dòng)用戶的軌跡預(yù)測(cè)和服務(wù)開銷,進(jìn)行計(jì)算分流服務(wù)節(jié)點(diǎn)的篩選。針對(duì)無路徑約束的移動(dòng)方式,BMO方法通過引入個(gè)體移動(dòng)模型,對(duì)移動(dòng)用戶在計(jì)算分流服務(wù)范圍內(nèi)的停留時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè),并根據(jù)任務(wù)的時(shí)限條件以及服務(wù)開銷,對(duì)可用服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇。BMO方法不僅能夠通過計(jì)算分流技術(shù)滿足計(jì)算任務(wù)的時(shí)限要求,還能通過優(yōu)化選擇有效的分流服務(wù)節(jié)點(diǎn),減少任務(wù)的計(jì)算分流服務(wù)開銷。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP393.09
【圖文】：

，計(jì)算技術(shù)在工業(yè)界的廣泛使用，目前的ＩＴ消費(fèi)者己經(jīng)逐步由傳統(tǒng)商業(yè)模式硬件設(shè)施和軟件產(chǎn)品的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)向云服務(wù)提供商租賃資源，并進(jìn)行付費(fèi)的方式。逡逑—結(jié)果逡逑數(shù)據(jù)制造者邐云數(shù)據(jù)中心邐數(shù)據(jù)消費(fèi)者逡逑圖１－１云計(jì)算模型逡逑丨－１展示了傳統(tǒng)的云計(jì)算服務(wù)模型［ｕ］。數(shù)據(jù)制造者會(huì)產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)上傳至云消費(fèi)者向云平臺(tái)發(fā)起計(jì)算請(qǐng)求用于消化這部分原始數(shù)據(jù)。云平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的算結(jié)果返回至數(shù)據(jù)消費(fèi)者進(jìn)行利用。在實(shí)際中，企業(yè)級(jí)用戶常常扮演數(shù)據(jù)制集來的大量原始數(shù)據(jù)托管至云數(shù)據(jù)平臺(tái)，并通過向云服務(wù)提供商租賃其計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這個(gè)分析結(jié)果則用于支撐其應(yīng)對(duì)來自作為數(shù)據(jù)消費(fèi)者的個(gè)體�？梢哉f，云計(jì)算不僅是一種新的計(jì)算模型，同時(shí)也因其資源的供應(yīng)特征而的共享基礎(chǔ)架構(gòu)，是共享經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物ｎ３１Ｍ４１。逡逑基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)邐平臺(tái)即服務(wù)邐軟件即服務(wù)逡逑

第一章緒論移動(dòng)用戶較近的位置，并強(qiáng)調(diào)與將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳遞到云端在網(wǎng)絡(luò)邊緣被處理更為高效。逡逑描述了邊緣計(jì)算模型Ｍ。與傳統(tǒng)云計(jì)算模型不同，邊緣設(shè)備不再僅僅同時(shí)具備了數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩個(gè)身份。邊緣計(jì)算中的終端設(shè)備與應(yīng)是雙向的。意味著，邊緣設(shè)備既能向云數(shù)據(jù)中心平臺(tái)發(fā)出計(jì)算請(qǐng)求，下發(fā)的計(jì)算任務(wù)［１２］［２９］。逡逑

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本文編號(hào)：2731350