專利名稱：網(wǎng)格市場中基于信任過濾的計算節(jié)點選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種網(wǎng)格市場中計算節(jié)點的選擇方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)格把用通信手段連接起來的資源無縫集成為一個有機整體。它給用戶提供 一種基于國際互聯(lián)網(wǎng)的新型計算平臺，在這個平臺上對來自客戶的請求和提供資 源的能力之間進行合理的匹配，為用戶的請求選擇合適的資源服務(wù)，從而實現(xiàn)廣 域范圍的資源共享。網(wǎng)格的分布性、異構(gòu)性、動態(tài)性、自治性，使得網(wǎng)格環(huán)境下 的資源管理變得十分復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性。
基于市場機制進行資源配置的網(wǎng)格計算環(huán)境稱為網(wǎng)格市場。在網(wǎng)格市場中， 其典型的應(yīng)用場景是用戶上傳作業(yè)、填寫參數(shù)，選擇目標資源執(zhí)行、等待輸出， 最后按契約支付一定報酬。通常理性用戶傾向于性能高、花費少的資源執(zhí)行作業(yè)， 因此難以避免造成彼此選擇的沖突。國內(nèi)外的一些工作從用戶成本、供求關(guān)系等 經(jīng)濟學(xué)角度出發(fā)，建立了網(wǎng)格市場模型，并提出了基于時間和成本約束的資源選 擇策略。其主要依據(jù)用戶在時間和成本方面的偏好，決定資源選擇的優(yōu)先級，其 典型的選擇結(jié)果是預(yù)算充裕的任務(wù)會優(yōu)先在速度較快的資源上執(zhí)行，而不緊急 的任務(wù)優(yōu)先在價格低廉的資源上執(zhí)行，假設(shè)資源是可靠的，并沒有考慮資源失效 造成的影響如作業(yè)運行超時或者失敗。原有的資源選擇方法不適應(yīng)非可靠環(huán)境。
與傳統(tǒng)集群計算不同的是，網(wǎng)格的動態(tài)性和自治性使得網(wǎng)格環(huán)境中存在大量 不可靠資源，選擇合適的資源以滿足用戶的需求是一件重要而復(fù)雜的工作。 一方 面，資源的動態(tài)加入和退出，使得用戶對資源信息的監(jiān)控是不完全同步的，例如， 作業(yè)提交到看似良好實則性能不穩(wěn)定的資源，網(wǎng)絡(luò)癱瘓或者空間不足等硬件故障 都將導(dǎo)致作業(yè)失效或者運行超時；另一方面，由于網(wǎng)格的自治性，資源擇供者可 能會根據(jù)自身利益，謊報其性能或者單方面撤銷資源，從而導(dǎo)致作業(yè)超時甚至失 敗，造成不必要的損失。
面對大量可選擇的資源和可能存在的風(fēng)險，本發(fā)明把信任引入網(wǎng)格的資源管理中，從資源提供者的行為角度加強對資源可靠性的約束，對每個資源評價一個 信任值，進而形成信任網(wǎng)絡(luò)，以激勵資源盡可能保持好的穩(wěn)定性，為網(wǎng)格市場中 計算節(jié)點的選擇提供依據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對節(jié)點自私性造成的不可靠網(wǎng)格環(huán)境，將信任機制引入Buyya的 計算市場模型，提出了網(wǎng)格市場中基于信任過濾的計算節(jié)點選擇方法，以克服原 有基于時間和預(yù)算約束(DBC)算法的不足。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下-
網(wǎng)格市場中基于信任過濾的計算節(jié)點選擇方法，其特征在于包括以下步驟
1) 用戶向資源代理提交作業(yè)請求
資源代理通過網(wǎng)格信息服務(wù)找到可用資源，并采用一定的調(diào)度方法將 任務(wù)分派給資源執(zhí)行；用戶的作業(yè)請求中包含一定約束條件，包括每 個作業(yè)都有一定的長度Li，整個作業(yè)有預(yù)算和截止期限約束(B,D)，就 是說該組子任務(wù)必須在費用B內(nèi)，D時間之內(nèi)完成，否則無效；作業(yè)有 對資源信譽屬性的要求T，就是說執(zhí)行該作業(yè)的資源的信譽值不能低于 T;
2) 資源代理從資源信息中心獲取可用資源的列表 資源代理通過網(wǎng)絡(luò)，査詢網(wǎng)絡(luò)上所有可能的網(wǎng)格信息服務(wù)，尋求可用資 源信息，資源應(yīng)該滿足用戶的約束條件，代理收集得到的資源信息，準 備使用；網(wǎng)格中的一組資源,每個資源包括有帶寬，速度，價格，信譽屬 性，分別表示從代理到資源之間網(wǎng)絡(luò)帶寬，任務(wù)在資源上執(zhí)行的速度和 任務(wù)執(zhí)行時的價格以及可靠性程度；
3) 資源代理根據(jù)用戶作業(yè)的資源信譽屬性的要求，過濾可用資源信息；
4) 資源代理計算使用各個可用資源的機會成本 借助于經(jīng)濟學(xué)原理中機會成本的思想，把用戶正常執(zhí)行作業(yè)的花費視為顯性
成本explicit—costs，而由于資源風(fēng)險造成的作業(yè)失效視為用戶的機會成本損失 opportunity_loss;需要從價格和風(fēng)險兩方面權(quán)衡機會成本，可以用公式(l)表示
— cos/ = 63g //c/, — co對+ 0/p9W腦'(y 一 (i)
其中，顯性成本ex^d—coW主要取決于作業(yè)長度、資源處理速度以及價格，即
機會成本損失主要取決于風(fēng)險概率(l-T)和懲罰特性pe""http://^ J^/WW;即有
(3):
— = (7 - 7} * / ewa/(y — A"Z"re 。
其中T為資源的信任值，T的取值范圍為[O，l]。而懲罰特性指作業(yè)延時或者 被中斷時的損失特性，按比例的計算方法，即一旦作業(yè)失效，按作業(yè)的本身的價 值以及作業(yè)的失效敏感程度，計算懲罰；即作業(yè)的懲罰特性可以用公式(4)計算
其中ejc/7/^Y—corf由公式(2)得到，失效敏感因子J3取
內(nèi)的實數(shù)，值越大 表明失效對作業(yè)造成的損失越大；將(4)代入(3)中，可以得到失效懲罰的計算方 法(5):
卿o他鄉(xiāng)—H *exp//c"—面^ * P (5) 將(2)， (5)代入(1)中，得到成本的計算方法，即式(6):
*ow05er—腳f[l+(1-T)， (6)
5) 資源代理根據(jù)公式(6)計算各可選資源機會成本大小，根據(jù)機會成 本的大小對可選資源進行排序；
6) 根據(jù)排序結(jié)果，選擇最小機會成本資源；
7) 資源代理提交作業(yè)到最小機會成本資源，等待作業(yè)結(jié)果；
8) 根據(jù)作業(yè)執(zhí)行結(jié)果進行后續(xù)步驟 作業(yè)如果按時成功執(zhí)行，則進行后續(xù)工作如支付報酬、下載結(jié)果文件等，并
回饋正面的評價，發(fā)送資源信息中心；如果執(zhí)行超時或失敗，則回饋較低的評價， 將評價發(fā)送到資源信息中心，并從排序列表中刪除該資源，然后跳轉(zhuǎn)到步驟5)， 直到作業(yè)完成；
9) 資源信息中心根據(jù)用戶反饋計算資源信譽
令U為計算市場中的服務(wù)請求者，P為服務(wù)提供者，U從P請求服務(wù)的過程定義為U和P的交易，而交易回饋信息則包含了 U對P的評分及相關(guān)認證信息; 定義^爿'為U對P的直接信任度，表示U根據(jù)與P的直接交易回饋信息得到的
信任關(guān)系，A^表示U根據(jù)其他節(jié)點的推薦而得到的對P的信任關(guān)系，即推薦 信任度，可以隨機選取多個推薦節(jié)點，取其多個推薦的平均，則U對P提供服 務(wù)的信任度^^"可以用公式(7)，(8),(9)表示
/
附—w —
Df/—尸=_1
u卄尸w + " + /(m+n+i>o) (8)
Af/jf — "jj Z ^^random(N)"^
K i=1 (9) 其中在公式(7)中，a是自信因子，a越大則直接信任占的權(quán)重越大，公式(8)
中，m為成功交易次數(shù)，n為失敗交易次數(shù)，1為作業(yè)延遲的次數(shù)，若U和P
未曾有過交易，則m,n,l均為0，此時定義直接信任度為0;公式(9)中，N為用
戶總數(shù)，k為隨機選取的推薦人的數(shù)目；假設(shè)^^是[-l， l]內(nèi)的實數(shù)，-l代表完
全不信任，l代表完全信任，值越大表示用戶對資源可靠性的信心越足。
相比傳統(tǒng)方法，采用該方法能有效激勵可靠資源的提供者，用戶作業(yè)失效率
顯著下降，綜合成本節(jié)約了8%~10%。
附圖為本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式
網(wǎng)格市場中基于信任過濾的計算節(jié)點選擇方法，該方法的步驟是 1)用戶向資源代理提交作業(yè)請求
網(wǎng)格資源管理通常采用資源代理(Broker)的方式，即網(wǎng)格用戶所需要解決 的任務(wù)首先提交給資源代理，讓資源代理負責(zé)解決，資源代理通過網(wǎng)格信息服務(wù) GIS (Grid Information Service)找到可用資源，并采用一定的調(diào)度方法將任務(wù)分 派給資源執(zhí)行。此步驟，用戶將包含一定約束條件的作業(yè)提交給資源代理。每個 作業(yè)都有一定的長度Li..整個作業(yè)有預(yù)算和截止期限約束(B，D)，就是說該組子任務(wù)必須在費用B內(nèi)，D時間之內(nèi)完成，否則無效。作業(yè)有對資源信譽屬性的 要求T，是指執(zhí)行該作業(yè)的資源的信譽值不能低于T。
2) 資源代理從資源信息中心獲取可用資源的列表
網(wǎng)格代理通過網(wǎng)絡(luò)，査詢網(wǎng)絡(luò)上所有可能的GIS，尋求可用資源信息。資源 應(yīng)該滿足用戶任務(wù)約束費用和截止期的約束。代理收集得到的資源信息，準備使 用。網(wǎng)格中的一組資源,每個資源都有(帶寬，速度，價格，信譽)屬性，分別 表示從代理到資源之間網(wǎng)絡(luò)帶寬，任務(wù)在資源上執(zhí)行的速度和任務(wù)執(zhí)行時的價格 以及可靠性程度。
3) 資源代理根據(jù)用戶作業(yè)的信任需求，過濾掉信任度低于用戶自身選擇閾 值的資源。
4) 資源代理計算使用各個可用資源的機會成本
借助于經(jīng)濟學(xué)原理中機會成本的思想，把用戶正常執(zhí)行作業(yè)的花費視為顯性 成本(^^//"'/:而由于資源風(fēng)險造成的作業(yè)失效視為用戶的機會成本損失 >^)。需要從價格和風(fēng)險兩方面權(quán)衡機會成本，可以用公式(l)表示 op; wt,'(); 一 cos, = exp/,d — + 。/y oW薦'(v — /。5^ (丄)
其中，顯性成本(ejc;7/z'c"②W)主要取決于作業(yè)長度、資源處理速度以及價格，
即
機會成本損失主要取決于風(fēng)險概率(l-T)和懲罰特性(pewa/(y /M^e)。即有
(3):
其中T為資源的信任值，T的取值范圍為[O,l]。而懲罰特性指作業(yè)延時或者 被中斷時的損失特性，有兩種基本的計算方法固定法和按比例法。固定法指損
失程度獨立于作業(yè)，只損失固定金額的成本。按比例法指損失程度依賴于應(yīng)用本
身。借鑒[4]中按比例的計算方法，即一旦作業(yè)失效，按作業(yè)的本身的價值以及
作業(yè)的失效敏感程度，計算懲罰。即作業(yè)的懲罰特性可以用公式(4)計算:
其中explicit cost由公式(2)得到，失效敏感因子P取
內(nèi)的實數(shù)，值越大表明失效對作業(yè)造成的損失越大。將(4)代入(3)中，可以得到失效懲罰的計算方 法(5):
<formula>formula see original document page 10</formula>(5)
將(3)， (5)代入(2)中，得到成本的計算方法，即式(6): cypcr^ra'(y 一 corf =《06—/e^/^racess—一^ea^
<formula>formula see original document page 10</formula> (6)
5) 資源代理計算各可選資源的機會成本，根據(jù)機會成本的大小對可選資源 進行排序
6) 根據(jù)排序結(jié)果，選擇最小機會成本資源
7) 資源代理提交作業(yè)到該資源，等待作業(yè)結(jié)果
8) 根據(jù)作業(yè)執(zhí)行結(jié)果進行后續(xù)步驟
作業(yè)如果按時成功執(zhí)行，則進行后續(xù)工作如支付報酬、下載結(jié)果文件等，并 回饋正面的評價，發(fā)送資源信息中心。如果執(zhí)行超時或失敗，則回饋較低的評價， 將評價發(fā)送到資源信息中心，并從排序列表中刪除該資源，然后跳轉(zhuǎn)到步驟5)， 直到作業(yè)完成。
9) 資源信息中心根據(jù)用戶反饋計算資源信譽
令U為計算市場中的服務(wù)請求者，P為服務(wù)提供者，U從P請求服務(wù)的過程 定義為U和P的交易，而交易回饋信息則包含了 U對P的評分及相關(guān)認證信息。
定義為U對P的直接信任度，表示U根據(jù)與P的直接交易回饋信息得到的
信任關(guān)系，P表示u根據(jù)其他節(jié)點的推薦而得到的對P的信任關(guān)系，即推薦 信任度，可以隨機選取多個推薦節(jié)點，取其多個推薦的平均。則U對P提供服 務(wù)的信任度可以用公式(7),(8),(9)表示
<formula>formula see original document page 10</formula>(7)
<formula>formula see original document page 10</formula> (8)<formula>formula see original document page 11</formula>
K i=1 (9) 其中在公式(7)中，a是自信因子，ot越大則直接信任占的權(quán)重越大。公式(8) 中，m為成功交易次數(shù)，n為失敗交易次數(shù)，1為作業(yè)延遲的次數(shù)，若U和P 未曾有過交易，則m,n,l均為O,此時定義直接信任度為0。公式(9)中，N為用戶
總數(shù)，k為隨機選取的推薦人的數(shù)目。假設(shè)^^是[-l， l]內(nèi)的實數(shù)，-l代表完全 不信任，l代表完全信任，值越大表示用戶對資源可靠性的信心越足。
權(quán)利要求
1、網(wǎng)格市場中基于信任過濾的計算節(jié)點選擇方法，其特征在于包括以下步驟1)用戶向資源代理提交作業(yè)請求資源代理通過網(wǎng)格信息服務(wù)找到可用資源，并采用一定的調(diào)度方法將任務(wù)分派給資源執(zhí)行；用戶的作業(yè)請求中包含一定約束條件，包括每個作業(yè)都有一定的長度Li，整個作業(yè)有預(yù)算和截止期限約束(B，D)，就是說該組子任務(wù)必須在費用B內(nèi)，D時間之內(nèi)完成，否則無效；作業(yè)有對資源信譽屬性的要求T，就是說執(zhí)行該作業(yè)的資源的信譽值不能低于T；2)資源代理從資源信息中心獲取可用資源的列表資源代理通過網(wǎng)絡(luò)，查詢網(wǎng)絡(luò)上所有可能的網(wǎng)格信息服務(wù)，尋求可用資源信息，資源應(yīng)該滿足用戶的約束條件，代理收集得到的資源信息，準備使用；網(wǎng)格中的一組資源，每個資源包括有帶寬，速度，價格，信譽屬性，分別表示從代理到資源之間網(wǎng)絡(luò)帶寬，任務(wù)在資源上執(zhí)行的速度和任務(wù)執(zhí)行時的價格以及可靠性程度；3)資源代理根據(jù)用戶作業(yè)的資源信譽屬性的要求，過濾可用資源信息；4)資源代理計算使用各個可用資源的機會成本借助于經(jīng)濟學(xué)原理中機會成本的思想，把用戶正常執(zhí)行作業(yè)的花費視為顯性成本explicit_costs，而由于資源風(fēng)險造成的作業(yè)失效視為用戶的機會成本損失opportunity_loss；需要從價格和風(fēng)險兩方面權(quán)衡機會成本，可以用公式(1)表示opportunity_cost＝explicit_cost+opportunity_loss(1)其中，顯性成本explicit_cost主要取決于作業(yè)長度、資源處理速度以及價格，即explicit_cost＝(job_length/processing_speed)*cost_per_second(2)機會成本損失主要取決于風(fēng)險概率(1-T)和懲罰特性penalty_feature；即有(3)opportunity_loss＝(1-T)*penalty_feature (3)其中T為資源的信任值，T的取值范圍為
；而懲罰特性指作業(yè)延時或者被中斷時的損失特性，按比例的計算方法，即一旦作業(yè)失效，按作業(yè)的本身的價值以及作業(yè)的失效敏感程度，計算懲罰；即作業(yè)的懲罰特性可以用公式(4)計算penalty_feature＝explicit_cost*β (4)其中explicit_cost由公式(2)得到，失效敏感因子β取
內(nèi)的實數(shù)，值越大表明失效對作業(yè)造成的損失越大；將(4)代入(3)中，可以得到失效懲罰的計算方法(5)opportunity_loss＝(1-T)*explicit_cost*β (5)將(2)，(5)代入(1)中，得到成本的計算方法，即式(6)opportunity_cost＝(job_length/processing_speed)*cost_per_second*[1+(1-T)*β] (6)5)資源代理根據(jù)公式(6)計算各可選資源機會成本大小，根據(jù)機會成本的大小對可選資源進行排序；6)根據(jù)排序結(jié)果，選擇最小機會成本資源；7)資源代理提交作業(yè)到最小機會成本資源，等待作業(yè)結(jié)果；8)根據(jù)作業(yè)執(zhí)行結(jié)果進行后續(xù)步驟作業(yè)如果按時成功執(zhí)行，則進行后續(xù)工作如支付報酬、下載結(jié)果文件等，并回饋正面的評價，發(fā)送資源信息中心；如果執(zhí)行超時或失敗，則回饋較低的評價，將評價發(fā)送到資源信息中心，并從排序列表中刪除該資源，然后跳轉(zhuǎn)到步驟5)，直到作業(yè)完成；9)資源信息中心根據(jù)用戶反饋計算資源信譽令U為計算市場中的服務(wù)請求者，P為服務(wù)提供者，U從P請求服務(wù)的過程定義為U和P的交易，而交易回饋信息則包含了U對P的評分及相關(guān)認證信息；定義DU→P為U對P的直接信任度，表示U根據(jù)與P的直接交易回饋信息得到的信任關(guān)系，RU→P表示U根據(jù)其他節(jié)點的推薦而得到的對P的信任關(guān)系，即推薦信任度，可以隨機選取多個推薦節(jié)點，取其多個推薦的平均，則U對P提供服務(wù)的信任度TU→P可以用公式(7)，(8)，(9)表示TU→P＝α*DU→P+(1-α)*RU→P’ α∈
(7)其中在公式(7)中，α是自信因子，α越大則直接信任占的權(quán)重越大，公式(8)中，m為成功交易次數(shù)，n為失敗交易次數(shù)，1為作業(yè)延遲的次數(shù)，若U和P未曾有過交易，則m，n，1均為0，此時定義直接信任度為0；公式(9)中，N為用戶總數(shù)，k為隨機選取的推薦人的數(shù)目；假設(shè)TU→P是[-1，1]內(nèi)的實數(shù)，-1代表完全不信任，1代表完全信任，值越大表示用戶對資源可靠性的信心越足。
全文摘要
本發(fā)明針對節(jié)點自私性造成的不可靠網(wǎng)格環(huán)境，將信任機制引入Buyya的計算市場模型，提出了網(wǎng)格市場中基于信任過濾的計算節(jié)點選擇方法，以克服原有基于時間和預(yù)算約束(DBC)算法的不足。資源代理通過對各個可能資源進行初步篩選，然后計算使用各個可用資源的機會成本，選取機會成本最小的可用資源，執(zhí)行作業(yè)。相比傳統(tǒng)方法，采用該方法能有效激勵可靠資源的提供者，用戶作業(yè)失效率顯著下降，綜合成本節(jié)約了8％～10％。
文檔編號H04L29/08GK101448026SQ20081024277
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者瑞 張, 楊壽保, 斌 武, 凱 申, 胡玲玲, 路衛(wèi)娜, 郭良敏 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)