（电磁场与微波技术专业论文）基于组合双向拍卖和信任的网格资源分配与定价算法研究及应用.pdf

独创性( 或创新性) 声明 l 删y 舢1 删7 6 0 删4 f | f 7 1 舢 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：搠日期： 呈! l ! ：三：! 三 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：枸明日期：型吖f 弓 导师签名： 日期：2 f ! ：三：! 三 北京邮电大学博士学位论文摘要 基于组合双向拍卖和信任的网格资源分配与定价算法研究 及应用 摘要 网格的本质是在动态、多机构的虚拟组织内实现协同的资源共享 和问题求解。由于网格资源具有异构性、动态性等特点，传统的资源 管理方式在网格中并不适用。而网格经济模型以市场机制对用户和资 源提供者调节，有利于用户公平合理地使用资源，还可激励更多资源 提供者加入网格，在网格资源分配中具有广阔前景。信任问题对于网 格资源分配也非常重要，关系到资源交易中的安全性和服务质量。 本文的主要研究内容是网格资源分配与定价算法。本文以网格经 济中的组合双向拍卖模型和网格信任模型为基础，对基于各类资源单 价的单回合组合双向拍卖算法、基于供求价格弹性理论的多回合组合 双向拍卖算法、定价机制与信任机制相结合的算法以及组合双向拍卖 算法的具体应用场景进行了深入研究。 本文的主要研究成果和创新点包括以下几方面： ( 1 ) 提出了基于各类资源单价的组合双向拍卖算法，改进了传 统组合双向拍卖中以资源包的平均价格进行定价的不足。仿真表明， 在定价误差、激励机制、价格竞争力衡量以及负效用等方面，基于单 价的算法都优于基于平均价格的算法。 ( 2 ) 提出了基于供求价格弹性理论的多回合组合双向拍卖算法， 将网格经济中的商品市场机制和拍卖机制进行了有效结合。根据各回 合内的市场状态( 供给过度或需求过度) ，利用各类资源的供给需求 价格弹性系数，分别计算并发布低于或高于资源真实价值的市场指导 价格，引导拍卖参与者在此基础上竞价。仿真表明，该算法有效均衡 了市场供求，提高了系统交易率，各回合内市场平均交易价格的变化 规律与经济学中的价值规律吻合较好。 ( 3 ) 提出了一种等效竞价算法，研究了组合双向拍卖与信任相 结合进行网格资源分配与定价的机制。设计了基于信任度的竞价调整 系数，将不同信任度的各节点的竞价都调整为基准信任度下的等效竞 价，并基于该等效竞价，进一步以组合双向拍卖算法进行网格资源分 配。仿真表明，该算法交易率较高，能防止恶意节点参与交易，所得 效用可激励各买家提高、各卖家降低其等效单价。 北京邮电大学博一l 学位论文 ( 4 ) 提出了一种加权平均算法，研究了另一类将组合双向拍卖 与信任相结合进行网格资源分配与定价的机制。首先以信任度阈值的 加权平均来鉴别恶意节点，然后设计了买家和卖家单价的归一化算 法，以归一化竞价与信任度的加权平均来衡量正常节点的综合竞争力 评分值。仿真表明，该算法交易率较高，可在交易之前剔除恶意节点， 所得效用可激励正常节点提高其综合竞争力评分值。 ( 5 ) 研究了大文件传输中g r i d f t p 协议的流量特性，搭建 g r i d f t p 测试平台，分别对所监测的流量进行定性分析和定量分析。 在平台上部署随机传输文件的程序，从数据包长度和吞吐量分布两方 面对流量进行了定性研究；采用小波系数方差法，分别对广域网和局 域网内g r i d f r p 流量的自相似性进行了定量研究，结果表明，自相似 参数值和平均吞吐量都随g r i d f l p 并行数据流的增多而增大。 ( 6 ) 提出了基于组合双向拍卖的大文件传输l f t - c o d a 模型和 算法，将资源分配与定价算法应用到实际的网格场景。设计了大文件 传输中“多传输请求一多条并行路径”的体系结构，研究了l f t - c o d a 场景的资源分配与定价算法，设计了整个场景的实现流程，搭建了 l 丌- c o d a 测试平台，在平台上部署由j a v a 语言编写的相关组件，实 现了场景的运行和演示，并从激励机制角度对运行结果进行了分析。 关键词：网格资源分配，定价，组合双向拍卖，供求，信任，效用 北京邮电人学博七学位论文 r e s e a r c ha n da p p l i c a n o n0 nt h ea l g o r i t h mo f g r i dr e s o u r c ea l l o c a 兀o na n dp r i c i n gb a s e d o nc o m b i n a t o r i a ld o u b l ea u c t l 0 na n dt r u s t a b s t r a c t t h ee s s e n c eo fg r i di sc o o r d i n a t e dr e s o u r c es h a r i n ga n dp r o b l e m s o l v i n gi nd y n a m i c ，m u l t i i n s t i t u t i o n a lv i r t u a lo r g a n i z a t i o n s d u et ot h e d y n a m i ca n dh e t e r o g e n e o u sn a t u r e so ft h eg r i dr e s o u r c e s ，t r a d i t i o n a l r e s o u r c em a n a g e m e n ti sn o ts u i t a b l ef o r t h e g r i d t h eg r i de c o n o m y m o d e l ，w h i c ha d j u s t st h ea c t i o n so fg r i du s e r sa n dr e s o u r c ep r o v i d e r s u s i n gm a r k e tm e c h a n i s m ，h a sb r o a dp r o s p e c t si ng r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n i ti sb e n e f i c i a lt ot h er e a s o n a b l ea n df a i ru s e so ft h eg r i dr e s o u r c e s ，a n d c a na t t r a c tm o r es e r v i c ep r o v i d e r st op a r t i c i p a t ei ng r i d t h et r u s ti s s u ei s a l s ov e r yi m p o r t a n tf o rt h eg r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，w h i c hr e l a t e st ot h e s e c u r i t ya n dq u a l i t yo fs e r v i c ei ng r i dr e s o u r c et r a d i n g t h em a i nr e s e a r c hi n t e r e s to ft h et h e s i si s g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n a n dp r i c i n g b a s e do nt h ec o d a ( c o m b i n a t o r i a ld o u b l ea u c t i o n ) m o d e l a n dg r i dt r u s tm o d e l ，i tm a k e sd e e pr e s e a r c h e so nt h e s ep o i n t s ：t h eu n i t p r i c eb a s e dc o d aa l g o r i t h m ；t h ep r i c ee l a s t i c i t yo fs u p p l y - a n d d e m a n d b a s e dm u l t i - r o u n dc o d aa l g o r i t h m ；t h e a l g o r i t h m sw h i c hc o m b i n e p r i c i n ga n d t r u s tm e c h a n i s m s ；c o n c r e t eu s e - c a s eo ft h ec o d a a l g o r i t h m t h em a i na c h i e v e m e n t so ft h et h e s i si n c l u d e ： ( 1 ) a u n i tp r i c eb a s e dc o d a a l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c hi m p r o v e s t h e d e f i c i e n c yo ft h em e a np r i c eb a s e dp r i c i n gi n t r a d i t i o n a lc o d a a l g o r i t h m t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w t h a tt h eu n i tp r i c eb a s e d a l g o r i t h m h a sa d v a n t a g e so v e rt h em e a np r i c eb a s e da l g o r i t h mf r o mt h ea s p e c t so f p r i c i n ge r r o r , i n c e n t i v em e c h a n i s m ，p r i c ec o m p e t i t i v e n e s sm e a s u r e m e n t a n dn e g a t i v eu t i l i t y ( 2 ) ap r i c ee l a s t i c i t y o f s u p p l y - a n d - d e m a n db a s e dm u l t i r o u n d c o d a a l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c he f f e c t i v e l yc o m b i n e st h ec o m m o d i t y m a r k e tm e c h a n i s ma n da u c t i o nm e c h a n i s m b a s e do nt h es u p p l y d e m a n d p r i c ee l a s t i c i t yc o e f f i c i e n t sa n dt h es u p p l y - a n d - d e m a n dr e l a t i o n s h i po ft h e r e s o u r c em a r k e t ，i tc o m p u t e sa n da n n o u n c e sam a r k e tg u i d i n gp r i c e t h e n 1 1 1 北京邮电大学博十学位论文 a b s t r a c t t h ea u c t i o np a r t i c i p a t o r sc a nb i db a s e do nt h i sg u i d i n gp r i c e s i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h e a l g o r i t h me f f i c i e n t l ye q u i l i b r a t e s t h em a r k e t s u p p l y a n d d e m a n d ，i n c r e a s e st h et r a d er a t e ，a n dt h ea v e r a g et r a d i n g p r i c ea c c o r d sw e l lw i t ht h e “l a wo rv a l u e ”i ne c o n o m i c s ( 3 ) a ne q u i v a l e n tp r i c ea l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，w h i c hc o m b i n e st h e c o d aa n dt r u s tt os o l v et h eg r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o na n dp r i c i n gi s s u e s f i r s t l y , i td e s i g n s t h ep r i c e a d j u s t i n gc o e f f i c i e n t s ，w h i c hm a pt h e p a r t i c i p a t o r s b i dp r i c e su n d e rv a r i o u st r u s td e g r e e si n t o t h ee q u i v a l e n t p r i c e su n d e rt h eb a s et r u s td e g r e e t h e nt h eg r i dr e s o u r c e sa r ea l l o c a t e d a n dp r i c e db a s e do nt h e s ee q u i v a l e n tp r i c e su s i n gc o d a s i m u l a t i o n s s h o wt h a tt h ea l g o r i t h mh a sh i g ht r a d er a t e ，c a np r e v e n tm a l i c i o u sn o d e s f r o me n t e r i n gt r a d es y s t e m ，a n dt h eu n i tu t i l i t yc a ng i v eb u y e r so rs e l l e r s i n c e n t i v e st oi n c r e a s eo rd e c r e a s et h e i re q u i v a l e n tu n i tp r i c e sr e s p e c t i v e l y ( 4 ) aw e i g h t e da v e r a g ea l g o r i t h m i s p r o p o s e d ，w h i c hp r o v i d e s a n o t h e rw a yo fc o m b i n i n gt h ec o d aa n dt r u s ti ng r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n a n dp r i c i n g f i r s t l y , i ti d e n t i f i e sm a l i c i o u sn o d e sa c c o r d i n gt o t h e w e i g h t e da v e r a g eo ft h et r u s td e g r e et h r e s h o l d s t h e n i t d e s i g n st h e n o r m a l i z a t i o nm e t h o d sf o rt h eb u y e ru n i tp r i c ea n ds e l l e ru n i tp r i c e ，a n d m e a s u r e st h ec o m p r e h e n s i v es c o r e so fn o r m a ln o d e sb yt h ew e i g h t e d a v e r a g eo fn o r m a l i z e db i dp r i c e sa n dt r u s td e g r e e s s i m u l a t i o n ss h o w t h a t t h ea l g o r i t h mh a sh i g ht r a d er a t e ，c a nr e l i a b l yi d e n t i f ym a l i c i o u sn o d e s b e f o r et h ea u c t i o n ，a n dt h eu n i tu t i l i t yc a ng i v en o d e si n c e n t i v e st o i n c r e a s et h e i rc o m p r e h e n s i v es c o r e s ( 5 ) t h et r a f f i cf e a t u r e so fg r i d f t pu s e db yt h e “l a r g ef i l et r a n s f e r ” a p p l i c a t i o na r er e s e a r c h e d ，b ye s t a b l i s h i n g t h eg r i d h 限t e s t - b e da n d m a k i n gq u a l i t a t i v ea n a l y s i s a n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so nt h ec a p t u r e d t r a f f i c r e s p e c t i v e l y f i r s t l y , as c r i p tw h i c hc a nc o n t r o lt h es t o c h a s t i cf i l e t r a n s f e r si sd e p l o y e do nt h et e s t 。b e d a n dt h eq u a l i t a t i v er e s e a r c ho nt h e c a p t u r e dt r a f f i ci sg i v e nf r o mt h ea s p e c t so fp a c k e ts i z ea n dt h r o u g h p u t d i s t r i b u t i o n t h e nt h es e l f - s i m i l a r i t yp a r a m e t e r so ft h eg r i d 兀pt r a f f i c b o t hi n 么必a n di nl a na r ec o m p u t e du s i n gt h ew a v e l e tc o e f f i c i e n t v a r i a n c em e t h o d t h er e s u l t ss h o wt h a tb o t ht h es e l f - s i m i l a r i t yp a r a m e t e r v a l u e sa n dt h ea v e r a g et h r o u g h p u t si n c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo ft h e p a r a l l e lg r i d f r p d a t a f l o w s i v 北京邮电大学博士学位论文 ( 6 ) t h eu 珥c o d a ( 1 a r g ef i l et r a n s f e rb a s e do nc o m b i n a t o r i a l d o u b l ea u c t i o n ) m o d e la n da l g o r i t h ma r e p r o p o s e d ，w h i c ha p p l yt h e r e s o u r c ea l l o c a t i o na n dp r i c i n ga l g o r i t h mi n t ot h ec o n c r e t eg r i du s e c a s e t h ea r c h i t e c t u r eo f “m u l t it r a n s f e rr e q u e s t sa n dm u l t ip a r a l l e lp a t h s ”i s d e s i g n e d ，t h er e s o u r c ea l l o c a t i o na n dp r i c i n ga l g o r i t h mo fi f f c o d a i s r e s e a r c h e d ，t h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r eo ft h es c e n a r i oi sd e s i g n e d t h e l f r c o d at e s t b e di se s t a b l i s h e d a n dt h e n e c e s s a r y a n dr e l a t e d j a v a c o d e dc o m p o n e n t sa r ed e p l o y e do nt h et e s t b e d f i n a l l y , t h ew h o l e s c e n a r i oi s i m p l e m e n t e da n dd e m o n s t r a t e do nt h et e s t b e d ，a n dt h e r u n n i n gr e s u l t sa r ee v a l u a t e df r o mt h ea s p e c to fi n c e n t i v em e c h a n i s m k e y w o r d s ：g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，p r i c i n g ，c o m b i n a t o r i a ld o u b l e a u c t i o n ，s u p p l y - a n d - d e m a n d ，t r u s t ，u t i l i t y v 北京邮电大学博士学位论文目录 第一章绪论 目录 l 1 - 1 研究背景。1 1 2 网格的基本原理1 1 2 1 网格的概念、发展阶段以及相关研究领域。1 1 2 2 网格体系结构3 1 3 网格资源分配：4 1 3 1 网格资源分配算法概述4 1 3 2 基于经济模型的网格资源分配5 10 4 网格经济中的定价模型6 10 4 1 基于双向拍卖定价模型的网格资源分配6 1 0 4 2 基于组合拍卖定价模型的网格资源分配8 1 5 网格信任模型9 1 5 1 基于信任域的网格信任模型9 1 5 2 基于模糊逻辑的网格信任模型一1 1 1 6 本文主要研究工作1 2 1 6 1 研究内容1 2 1 6 2 论文结构1 4 第二章基于资源包内各类资源单价的组合双向拍卖算法 1 5 2 1 网格资源分配与定价中传统的组合双向拍卖算法1 5 2 2 基于各类资源单价的组合双向拍卖模型设计1 7 2 3 基于各类资源单价的组合双向拍卖算法流程1 9 2 4 算法仿真与分析2 2 2 4 1 以组合资源包的总效用评价算法性能2 2 2 4 2 以各类资源的单位效用评价算法性能。2 7 2 5 本章小结3 0 第三章基于供求价格弹性理论的多回合组合双向拍卖算法 3 l 3 0 l 对多回合交易中资源需求量和资源供给量的单位的设计3 1 3 2 多回合组合双向拍卖中基于供求弹性的价格调整模型设计3 2 3 2 1 网格市场中基于供求变化的动态定价模型3 2 3 2 2 多回合组合双向拍卖中的价格调整模型设计- o oooooooo oo ooo ooooo0 3 4 3 2 3 网格资源交易中的市场供给量和市场需求量模型设计3 6 北京邮电人学博上学位论文 目录 3 2 4 基于供求弹性的市场指导价求解算法3 8 3 3 多回合组合双向拍卖的算法流程4 0 3 4 算法仿真与分析4 2 3 4 1 对市场供求量建模算法的仿真4 3 3 4 2 对基于供求价格弹性理论的多回合组合双向拍卖算法的仿真4 5 3 5 本章小结5 0 第四章基于组合双向拍卖和信任的网格资源分配与定价算法5 1 4 1 基于信任机制的网格经济模型。5 1 4 2 基于等效竞价的网格资源分配与定价算法5 4 4 2 1 基于信任度的竞价调整系数设计。5 4 4 2 2 基于等效竟价的恶意节点鉴别5 7 4 2 3 网格资源分配与定价算法流程5 8 4 2 4 算法仿真与分析5 9 4 3 基于加权平均的网格资源分配与定价算法6 5 4 3 1 多属性拍卖模型6 5 4 3 2 以归一化竞价与信任度的加权平均衡量节点综合竞争力的算法6 6 4 3 3 以信任度阈值的加权平均鉴别恶意节点的算法6 8 4 3 4 网格资源分配与定价算法流程一6 9 4 3 5 算法仿真与分析。7 0 4 3 6 等效竞价算法和加权平均算法的性能比较7 5 4 4 本章小结7 6 第五章基于组合双向拍卖的大文件传输应用场景 5 1 大文件传输l f t 模型7 7 5 2 大文件传输中g r i d f t p 流量特性的研究7 8 5 2 1g r i d f t p 协议概述7 8 5 2 2g r i d f t p 测试平台7 9 5 2 3g r i d f l r p 流量的定性分析8 0 5 2 4 广域网中g r i d f t p 流量的自相似性研究8 2 5 2 5 局域网中g r i d f t p 流量的自相似性研究8 6 5 3 基于组合双向拍卖的大文件传输场景设计与平台实现8 8 5 3 1l f t - c o d a 场景的模型和资源分配与定价算法设计8 8 5 3 2l f t - c o d a 场景的实现流程9 1 5 3 3l f r - c o d a 场景的测试平台9 3 5 3 4l f f - c o d a 在测试平台上的运行演示9 4 i 攻读博士学位期间发表的学术论文 i i 北京邮电人学博士学位论文 符号说明 符号说明 整数集合 实数集合 网格交易市场中资源的种类 网格节点的标号 参与组合双向拍卖的用户代理u b 的总数 参与组合双向拍卖的网格服务提供者g s p 的总数 在组合双向拍卖中竞标获胜的买家的总数 在组合双向拍卖中竞标获胜的卖家的总数 网格节点，所提交的组合资源包 组合资源包a ，中，网格节点_ | 对第f 类资源的需求量或提供量 网格节点j 对组合资源包a ，的总竞价 组合资源包a ：的平均价格 组合双向拍卖中，网格节点j 的竞标结果 组合资源包a ；的单价 组合资源包a ，中，网格节点_ | 对第i 类资源的单价 第f 类资源对应的买家子列表 第f 类资源对应的卖家子列表 第f 类资源对应的资源需求子列表 第f 类资源对应的资源供给子列表 第i 类资源对应的单位交易价格矩阵 第f 类资源对应的资源分配结果矩阵 第i 类资源对应的定价结果矩阵 第f 类资源的市场均衡价格( 真实价值) 多回合组合双向拍卖中，拍卖回合的标号 第k 个拍卖回合内，第f 类资源的市场供给量 第k 个拍卖回合内，第f 类资源的市场需求量 第k 个拍卖回合内，第i 类资源的市场指导价格 第k 个拍卖回合内，第i 类资源的市场平均交易价格 网格交易市场中，第f 类资源的供给弹性系数 网格交易市场中，第f 类资源的需求弹性系数 网格节点，的信任度 i x z r，歹m m吩乃峨巳吩m艰地赡佻眺矿七耐州嘭醇盔磁。 北京邮电大学博士学位论文 符号说明 无【t j 基于网格节点j 的信任度，对其竞买价的调整系数 以i t j 基于网格节点f 的信任度，对其竞卖价的调整系数 毛网格交易系统的基准信任度 y f网格节点f 对信任度阈值的感知 矿网格交易系统的信任度阈值 在拍卖中，对网格节点f 的第i 类资源的综合竞争力的评分值 心对各网格节点第f 类资源的评分中，价格属性所占的权重 fg r i d f r p 流量的自相似参数值 x 北京邮电大学博士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 网格是继i n t e r n e t 、w e b 之后的第三次技术浪潮【l j 。i n t e r a c t 实现了计算机系 统与网络设施的互联；w e b 实现了网页的相互链接，使信息的共享与获取不受时 空限制；而网格则试图在全球i n t e r n e t 范围内实现各种资源的按需共享与整合， 包括计算资源、存储资源、带宽资源、数据资源等。实现上述资源的有效整合和 广泛共享，是网格区别于以往各种共享技术的本质特征。 本文研究工作主要来源于“欧盟一中国网格互联技术e c g i n ( e u r o p e c h i n a g r i di n t e m e t w o r k i n g ) 一合作项引引。该项目是欧盟第六框架计划f p 6 ( s i x t h f r a m e w o r kp r o g r a m ) 下的信息社会技术i s t ( i n f o r m a t i o ns o c i e t yt e c h n o l o g i e s ) 研究计划所资助的科研课题( i s t - 0 4 5 2 5 6 ) ，旨在联合欧洲和中国的科研机构， 在网格技术优化方面共同开展研究，提升互联网对网格应用和网格服务的支持能 力，并开发安全的、基于激励机制的网格资源管理系统，以平衡网格中对高性能 资源的需求和对资源的有效使用这两者之间的关系。 该项目的具体任务包括研究网格流量( 如g r i d f t p 数据流) 的特性并对其建 模；研究基于经济学的网格资源管理技术，包括网格资源交易中的定价、计费、 信任、安全等；研究网格通信中的关键技术，包括拥塞控制、资源预留等；在算 法设计的基础上实现代码仿真，将最终成果整合成工具包进行发布，并在实际的 网格系统和不同的应用场景中进行测试。通过使用、发布项目成果，e c g i n 将 在中国、欧洲的网络和网格计算研究领域引起一场“雪球效应。 1 2 网格的基本原理 1 2 1 网格的概念、发展阶段以及相关研究领域 网格之父i a nf o s t e r 指出，网格的本质是“在动态、多机构的虚拟组织内实 现协同的资源共享和问题求解”，并提出了判断一个系统是否为网格的三个条件： 以非集中控制的方式协调资源共享。网格系统能够整合和协调位于不同 控制域中的资源及其使用者，并解决由此引出的安全、计费和权限管理等问题。 使用标准、开放和通用的协议与接口。网格系统包含多种协议与接口，用于 解决认证、授权、资源发现和存取等基本问题。这些协议和接口必须具备开放和 标准化的特征。能够提供非平凡的服务质量。网格支持资源的协调使用，并 北京邮电大学博t ：学位论文 第一章绪论 提供多种服务质量q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 保证，包括系统的响应时间、吞吐 量、有效性和安全性等，以满足用户的复杂需求。 网格的发展经历了三个不同的阶段【3 j 。 第一阶段是萌芽期。2 0 世纪9 0 年代中期，为构建适用于先进科学和工程领 域的分布式计算设施，研究人员提出了网格的概念，把多个超级计算中心连接成 一个可远程控制的元计算( m e t a c o m p u t i n g ) 设旅，从而为一定范围内的高性能 应用提供计算资源。 第二阶段是发展期。随着技术的进步和应用的普及，网格成为一种全球范围 内的分布式计算基础设施，由此进入了计算网格和数据网格时期。该阶段的网格 应用以大规模计算和数据密集型为主，采用网格中间件是其主要技术特征。网格 中间件隐藏了网格资源的异构性，提供了一组具有标准化接口的公共网格服务。 第三阶段是面向服务的网格。随着面向服务的体系结构s o a ( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ) 和w e b 服务技术被引入网格计算领域，网格的发展进入到 面向服务的网格阶段。该阶段的主要技术特征是提出了具有里程碑意义的开放网 格服务体系结构o g s a ( o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 。 与网格相关的研究领域包括： ( 1 ) 分布式系统( d i s t r i b u t e ds y s t e m ) 。分布式系统由一组自治的计算机组 成，通过网络和分布式中间件连接，可以协调彼此的活动并共享系统的资源。分 布式系统和网格有许多共同点：首先，根本目标都是实现资源共享；其次，构建 系统时都面临着共同的挑战，即开放性、并发性、可扩展性、透明性、故障处理、 安全以及服务质量保证等。因此，网格可视为分布式系统的一个分支。 网格与一般分布式系统的区别主要包括两点：首先，网格通常涉及跨越管理 域的多个组织i 各参与方之间的关系是松散耦合的；其次，网格关注的是异构资 源的共享，这种异构性体现在硬件、软件和网络等各方面。 ( 2 ) 云计算( c l o u dc o m p u t i n g ) 。云计算【4 j 是一种计算模式，它允许用户通 过互联网访问各种n 性能，这些r r 性能都是以服务的形式提供。云计算和网格 的共同点是，两者都把各种r r 资源视为一个虚拟资源池，并对外提供服务。 网格和云计算的区别在于两者使用不同的资源分配方式。在网格系统中，通 常存在一个负责资源管理和任务调度的组件，来调度资源以完成用户提交的任 务。而在云计算系统中，用户根据需要来申请一定的资源并部署自己的应用，不 会把整个用户任务提交给系统完成。从使用模式看，通常采用“自底向上 的方 式设计和构建网格系统，即首先已经存在一些异构资源，网格把这些资源集成在 一起，形成虚拟组织并为用户提供各种高层服务；而云计算的设计模式是“自顶 向下”，即针对特定目标的用户群和使用模式，云计算系统提供相应的功能。 2 北京邮电大学博i 二学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 对等计算p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 。p 2 p 是通过系统之间的直接交换来共享 节点资源和服务的一种计算模式【5 1 。参与p 2 p 的各节点具有对等的地位，彼此连 接形成一个对等网络。p 2 p 和网格的共同点是面对的环境并非完全可信赖。 但是两者的区别更为显著：网格为异构资源的高性能、高可用性访问设置了 一个信任环境；而p 2 p 系统通常实现的是大批量用户对海量同构资源的共享。 网格实现了标准的、安全的资源管理，但是网格系统的可扩展性和自我管理能力 不如p 2 p 系统；p 2 p 系统的可扩展性和容错性能都比较强，能够实现自我管理， 但是标准化和安全性是它的缺陷。 1 2 2 网格体系结构 网格体系结构给出了网格系统的基本组成与功能，描述了网格各组成部分的 关系以及集成各部分的方式和方法。比较重要的网格体系结构有两个：一个是早 期以“协议”为中心的分层体系结构五层沙漏模型【6 】；另一个是以“服务 为中心的“开放网格服务体系结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ) 1 7 j 。 j ( 1 ) 五层沙漏模型 五层沙漏模型定义了每一层的运行机制、接口、模式和协议等，按照从下到 上的顺序，可分为基础结构层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。 基础结构层的功能是控制本地资源，并向上提供对这些资源的管理接口和控 制接口。连接层定义了基本的通信和认证协议，其中通信协议实现了基础结构层 资源之间的数据交换，而认证协议在通信服务的基础上提供一种安全机制，用于 核实用户和资源的身份以及访问权限。资源层定义了管理单个资源的服务和协 议，包括安全协商、初始化、监测、控制、记账和付费等。汇聚层定义了网格系 统对全局资源和资源集合进行管理的各种服务和协议，包括目录服务、资源调度 服务、系统诊断、系统监控、数据管理服务、认证服务等。应用层根据应用需求 的不同，通过各种协作以及各种资源访问协议来使用网格资源。 虽然五层沙漏模型属于早期的网格体系结构抽象模型，但对于网格用户理解 最新的网格体系结构以及实际的网格系统和平台，仍然有着重要的指导意义。 ( 2 ) 开放网格服务体系结构o g s a 随着w e b 服务技术逐渐成为在各种异构环境中建立分布式商业应用的主流 计算平台和技术，o g s a 成为了一种新的网格体系结构。o g s a 的内涵包括： 以服务为统一视点。所有的资源，都可以借助服务的概念进行表达；所有的服务， 都可以通过统一的标准方法来访问和管理。那么网格资源的共享就变成了服务的 共享。o g s a 核心服务。o g s a 的核心服务包括基础服务、执行管理服务、 3 北京邮电大学博十学位论文 第一章绪论 数据服务、资源管理服务、安全服务、自我管理服务和信息服务等。 采用面向服务的体系结构s o a ( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 和w e b 服务 技术，是o g s a 的本质特征。s o a 是一种软件体系结构风格，以“服务 的概 念为统一视点来组织计算资源，具有松散耦合和间接寻址两个显著特点l 引。w e b 服务【9 | 【1 0 】是建立在i n t e r n e t 和扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 之上的一种分布式计算技术，其最主要的优点是，使用不同系统平台和不同编程 语言开发出来的程序，都可以相互操作和通信。 o g s a 的实现，经历了开放网格服务基础设施o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c e i n f r a s t r u c t u r e ) 和w e b 服务资源框架w s r