（通信与信息系统专业论文）基于计算经济模型的网格支付系统.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 网格是当前并行与分布式计算技术的一个重要发展方向，其目的是利用互 联网实现对地理上广泛分布魄大量异构资源的全面共享。如同市场经济条件下 的商品样，网格环境下的资源也是一种商品，赘源消费行为是一种理性的市 场交易行为。资源提供者提供资源，资源消费者消费资源。由于市场的本质是 自私的，它以参与者各自的利益为出发点，但自私的市场行为会引起价格垄断、 通货膨胀和价格不均衡等背离市场规律的结果，从而导致市场的不稳定和崩溃。 借鉴人类社会的市场调节模型，需要在两格中建立一个计算经济模型，通过市 场机制调节供求关系和资源价格，从而提供一个公平的解决方案。 根据资源是有偿使用的原则，这必然会涉及到资源消费者和资源提供者之 间的支付问题。目前，在网格计算经济模型的研究中，关于记账和支付的研究 内容还比较少，尤其是支付闻题的研究。嚣此，如何将计算经济模型与高效的 支付服务结合起来是网格走向实际应用所必须解决的关键问题之一。 通过归纳和总结了几种网格市场中的计算经济模型，并分析了现有的经济 网格系统中的特点与不足，本文设计了一种基于供求关系的网格计算经济模型 的框架，同时深入研究了该计算经济模型中的策略与算法。关于资源交易双方 的支付策略问题，文中介绍了三种支付方式，并分析了这三种支付方式与信誉 问题之间的密切联系，提出了资源、资源提供者以及资源消费者的信誉值算法。 在网格市场孛，大多数时候资源提供者也是资源消费者，针对这一| 叠题，给出 了一种采用i p 地址来计算用户唯一标识的方法。在价格策略研究方面，通过引 入供求关系和信誉度的影响因素，提出了瓷源的定价模型，实现对资源价格的 管制，旨在维护市场的稳定，同时还提出了资源消费者的出价模型，保证资源 消费者的利益。通过模拟实验，证明了该模型在同等条件下与商品市场模型相 比，单位时间肉能获得更高的交易金额量，资源的平均价格随时闻的变化趋势 更加稳定。 本文采用j s p + s e r v l e t + s t r u t s + h i b e m a t e 技术和m y s q l 数据疼系统设计弗实 现了一种基于改进模型的网格支付系统。该系统主要提供的是网格数字制造资 源，在网格市场经济模型煦调控下，实现网格资源盼交易。通过良好的交互界 武汉理工大学硕士学位论文 面，用户按照协定的支付方式支付费用，从而形成一个公平、透明的网格资源 交易环境，以促进有限网格资源的高效利用，并为资源调度双方提供互惠互利 的机会。 关键字：网格；计算经济模型；信誉度：价格策略；支付方式 l l 武汉理王大学硕学位论文 a b s t r a c t g r i di sa l li m p o r t a n td e v e l o p m e n tt r e n df o rp a r a l l e la n dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g t e c h n o l o g yn o w a d a y s ，a i m i n ga tr e a l i z i n gs h a r i n gt h el a r g eq u a n t i t yo fh e t e r o g e n e o u s r e s o u r c e sl a r g e l yd i s t r i b u t e dg e o g r a p h i c a l l yb yi n t e r n e t a st h ec o m m o d i t i e si nt h e m a r k e te n v i r o n m e n t , r e s o u r c e so nt h e 鲥da r ea l s oak i n do fc o m m o d i t y , t h eb e h a v i o r o fr e s o u r c e sc o n s u m p t i o ni sar e a s o n a b l et r a d e - o f fa c t i o n t h ep r o v i d e r ss u p p l y r e s o u r c e s t h ec o n s u m e r su s et h e m t h en a t u r eo ft h em a r k e ti ss e l f i s h ，w h i c hi s d e s i g n e dt ob e n e f i tt h ep a r t i c i p a n t si nt h em a r k e t b u tt h e s e l f i s hb e h a v i o ro ft h e m a r k e tw i l ll c a dt ot h er e s u l t sd i s o b e yt h el a w so ft h em a r k e t ，s u c ha sp r i c em o n o p o l y , i n f l a t i o na n d 矾c ei m b a l a n c ea n ds oo n ，a n db r i n go ni n s t a b i l i t ya n dc o l l a p s eo ft h e m a r k e t r e f e r r i n gt ot h em o d e lu s e dt or e g u l a t et h em a r k e to fh u m a ns o c i e t y , a c o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e ls h o u l db es e tu pi nt h e 鲥dm a r k e t 。t h em e c h a n i s mo f t h em o d e lc a nr e g u l a t et h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n da n d t h ep r i c e so f t h er e s o u r c e si nt h e 西d ，a n dp r o v i d eaf a i rs o l u t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f t h er e s o u r c e sa r en o tu s e df o rf r e e ，i tw i l li n v o l v e s t h ep a y m e n tp r o b l e mb e t w e e nt h ec o n s u m e r sa n dt h ep r o v i d e r s a tp r e s e n t ，t h e r e s e a r c ho nt h eb i l l i n ga n dp a y m e n tp r o b l e m so ft h ec o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e li n t h eg r i di ss t i l lr e l a t i v e l ys m a l l ，e s p e c i a l l yt h ep a y m e n ti s s u e s s o ，h o wt oc o m b i n et h e c o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e lw i t he f f i c i e n tp a y m e n ts e r v i c e si s o n eo ft h ek e yi s s u e s t h a ts h o u l db er e s o l v e d t h ea u t h o rh a ss u m m a r i z e ds e v e r a lc o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e l so ft h eg i r d m a r k e t ，a n da n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds h o r t c o m i n g sa b o u tt h ep r e s e n tg r i d s y s t e m s ，t h e nd e s i g n e da f r a m e w o r ko f 鲥dc o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e lb a s e do nt h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n d m e a n w h i l e ，i th a sa l s od e e p l yr e s e a r c h e d t h es t r a t e g i e sa n da l g o r i t h m so ft h ec o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e l w i t hr e g a r dt ot h e r e s o u r c ep a y m e n ts t r a t e g yo ft h ep r o v i d e ra n dt h ec o n s u m e r , t h ep a p e rh a si n t r o d u c e d t h r e ep a y m e n tm e t h o d s ，a n da n a l y z e dt h ec l o s er e l a t i o n sb e t w e e nt h ep a y m e n t m e t h o d sa n dt h ec r e d i tp r o b l e m s o ，i tp r o p o s e dt h ec r e d i ta l g o r i t h m so ft h er e s o u r c e ， i i i t h ep r o v i d e ra n dt h ec o n s u m e r m o s to ft h et i m e ，t h er e s o u r c ep r o v i d e ri sa l s ot h e r e s o u r c ec o n s u m e ri n 酣dm a r k e t t os o l v et h i sp r o b l e m ，i th a sg i v e nak i n do f m e t h o dt ou n i q u e l yi d e n t i f yt h eu s e rb yc a l c u l a t i n gt h ei pa d d r e s s a sf o rt h er e s e a r c h o nt h ep r i c es t r a t e g y , i th a sg i v e nt h ep r i c i n gm o d e lo ft h er e s o u r c e sw h i c hc a l lr e a l i z e t h ep r i c ec o n t r o lo ft h er e s o u r c e st om a i n t a i nt h es t a b i l i t yo ft h em a r k e t t h ep r i c i n g m o d e li si n f l u e n c e db yt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns u p p l ya n dd e m a n da n dt h ec r e d i to f t h er e s o u r c e s i no r d e rt og u a r a n t e et h ep r o f i to ft h ec o n s u m e r , t h i sp a p e rh a sa l s o p r o p o s e dt h eb i d d i n gm o d e lo ft h ec o n s u m e r t h r o u g hs i m u l a t i n ge x p e r i m e n t , t h e m o d e lh a sc o m p a r e dw i t ht h ec o m m o d i t ym a r k e tm o d e lu n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s ， t h er e s u l ts h o w st h a tt h ed e a l i n ga m o u n tp e ru n i tt i m ei sh i g h e ra n dt h ec h a n g i n g t r e n do ft h ea v e r a g ep r i c eo ft h er e s o u r c e so v e rt i m ei sm o r es t a b l e u s i n gt h et e c h n o l o g i e so fj s p , s e r v l e t ，s t r u t s ，h i b e r n a t ea n dm y s q l d a t a b a s e s y s t e m ，ak i n do fg i r dp a y m e n ts y s t e mb a s e do nt h ei m p r o v e dc o m p u t i n ge c o n o m i c m o d e lh a sb e e nd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h i ss y s t e mi sm a i n l yp r o v i d e st h ed i g i t m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e so fg r i d i tr e a l i z e st h et r a d i n go f t h er e s o u r c e su n d e rt h e c o n t r o l l i n go ft h ee c o n o m i cm o d e li nt h eg r i dm a r k e t t h ec o n s u m e rc o u l dp a y t h e p r o v i d e ra c c o r d i n g t ot h ep a y m e n tm e t h o dt h e yh a v ea g r e e dt h r o u g hg o o di n t e r f a c ei n t h es y s t e mw h i c hc r e a t e saf a i rt r a d i n ge n v i r o n m e n tf o rt 1 1 eg r i dt r a d i n gu s e r s ，i no r d e r t op r o m o t et h ee f f i c i e n tu s eo ft h el i m i t e dg r i dr e s o u r c e sa n dp r o v i d eo p p o r t u n i t i e sf o r t h eu s e r st oo b t a i nm u t u a lp r o f i t s g r i d ；c o m p u t i n ge c o n o m i cm o d e l ；c r e d i tv a l u e ；p r i c es t r a t e g y ；p a y m e n t m e t h o d i v 独创性声明 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的地方外， 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 武汉理工大学或其它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。 签名：壅丝垄e l 期：迎壶旦丝月 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 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电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：套俊车 导师( 签名) ：；i 季确日期沙7 、莎、扔 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 课题研究的目的和意义 网格是继万维网之后出现的一种新型的基础设施，目的是把地理位置上分 散的资源集成起来，不分地理位置的远近、不管设备类型的异同，为用户提供 一个统一且简单的共享网格资源的环境，它将从根本上改变我们思考和使用计 算的方式。通过这种基础设施，用户不需要了解这个基础设施上资源的具体细 节就可以使用自己需要的资源。 网格为用户使用资源提供了便捷的手段，用户不用花很多钱购买设备，只 要能够接入网格就可以使用网格中从便宜到昂贵的各种资源。足不出户，用户 就可以使用网格中遍布在世界各地的资源。因此，如何使用网格上的资源，是 网格需要解决的首要问题。用户付费使用资源可能是一个比较好的解决方法， 但如何计费、如何支付、如何让穷人也有资源可用，保证网格健康有序的发展， 也需要仔细研究解决。 事实上，要实现网格在商业领域的应用，网格中的资源就必须是有偿的。 由于网格环境的动态性，不可能预先定义一个资源的价格、性能、供求关系的 数据表来实现网格资源的中介。借鉴人类社会的市场调节模型，需要在网格中 建立一个市场模型，通过市场机制调节供求关系和资源价格，提供一个公平的 解决方案。竞争的经济模型可提供一些算法、策略和工具来解决网格系统的资 源共享与分配问题，可以是物一物交换模型，也可以是价格模型。在物一物交 换模型中，所有的参与者都必须拥有资源，并且通过交换达成某种交易，如用 存储空间换取c p u 时间。在价格模型中，每个资源有自己的一个价格，资源的 价格根据资源的供需状况、使用高峰期和非高峰期、以及资源本身的价值等来 确定。 计算经济模型将经济的概念引入网格系统中，它应用了市场经济中的供求 原则等来对资源的所有者和使用者进行调节以保证双方均获取最大利益。在网 格环境中采用经济模型来管理网格资源交易的市场，能大力鼓舞资源拥有者贡 献他们的空闲资源并能从中获利，有利于建立大规模的网格系统，同时资源消 武汉理工大学硕士学位论文 费者可以在自己的预算开支内获得最好的服务，有利于调节网格资源地供需平 衡，资源使用者和资源提供者能够根据自己的实际情况做出决策，最大化各自 的效用和利益。正是由于网格的这种复杂性以及资源供需方各自的“自私”性，使 得如何将计算经济模型结合运用到网格环境中去成为了一个热点问题，使用经 济学原理进行资源管理、计费和付费也是网格从理论研究向实际应用所必须跨 越的一步。 本课题旨在研究一种基于计算经济模型的网格支付系统，对网格计算经济 做进一步深入的研究，解决网格资源环境下用户消费资源的支付问题。 1 2 相关领域国内外研究现状 近十年来对网格的大规模研究在网格软件方面已经获得了很大的进展，但 缺陷仍然存在。首先，信息网格和知识网格还几乎是空白，国外的研究目前主 要集中在计算网格、数据网格和应用网格三个方面，在p 2 p 和a c c e s sg r i d 方面 也做了很多工作，但在信息网格知识网格方面所做的工作还很少。尽管g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ，全球网格论坛) 已经做了s e m a n t i cg r i d 的一些工作，但 还缺乏内容。因此产业界和学术界需要实现一个通用的网格系统平台，能够支 持各种类型的网格系统，不只是科学研究和资源环境领域所需的计算与数据网 格，还包括制造业和服务业需要的信息网格。 在我国，网格研究已列入“8 6 3 计划”。2 0 0 2 年6 月，我国政府在“8 6 3 ”计划 中设立了网格专项：研制中国国家网格。总体目标是研制一台每秒4 万亿次运 算能力、面向网格的高性能计算机；建设一个具有5 万至7 万亿次聚合计算能 力的高性能计算环境；开发一套具有自主知识产权的网格软件；建设2 至3 个 事关国计民生的应用网格；形成若干网格技术的国家标准，参与制定国际标准； 培养一批高素质的网格研究和应用人才。与此同时，联想和中科院计算所分别 推出了深腾6 8 0 0 高性能计算机和曙光4 0 0 0 a 超级服务器；地质、气象、航空、 基因、森林资源与林业生态等七大行业的应用网格项目建设先后启动；建成了 中科院、上海、清华大学等7 个网格节点：中科院计算所围绕网格路由器、网 格操作系统、工具软件包、信息网格平台、知识网格以及安全系统进行系列研 发，形成了“织女星网格”品牌；联想推出了“关联应用”的网格发展战略，已有部 分产品面世。最有气候的是中国教育网格，这项“迄今世界上最大的教育网格” 由1 2 所大学联合推出，可实现全国1 0 0 所重点大学资源共享。工程建成后将大 2 武汉理工大学硕士学位论文 大简化和方便全国教育系统的资源配置，应用将涵盖生命科学、图像处理、远 程教育等众多领域。 近年来，国际上从美国、欧洲、日本等发达国家到印度这样的发展中国家， 都启动了大型网格计划，并得到了产业界的大力支持。网格技术研究发源于美 国，目前在网格研究方面也是走在最前面的国家。美国多家研究机构开展了与 网格相关的研究工作，并开发了l e g i o n 、g l o b u s 等比较有影响的软件和工具。 其中g l o b u s 软件已经在世界范围内的许多项目中被采用。同时，美国也建成了 多个科研网格和教育网格，并已在运行当中。要把世界各地的物理学家联系在 一起开展全球协作研究工作的欧洲数据网格现在正在建设之中，它是欧盟支持 的一个项目，下设1 2 个工作小组，涉及到中间件、基础设施、应用和管理四个 方面。欧洲还建成了欧洲网格计算数据库，它由查找数据库和计算机数据库两 部分组成。前者包含进行网格计算和相关活动的欧洲超级计算中心、组织、项 目、研究小组和人员的有关信息，后者存储了欧洲所有可以在研究活动中使用 的超级计算机。泰国网格计划将重点放在资源共享、增加资源的利用率、提高 合作能力等方面。其初步的工作在于开发几个使用网格的应用。印度则将开发 一个称为i - g r i d 的网格，i - g r i d 计划连接多个印度技术研究所。g r i d b a n k 是澳大 利亚正在进行的一个网格项目，它要把市场经济的机制引入到网格领域，试图 建立可持续发展的网格经济实体。 可以看出国内的网格研究现在还主要处于科学研究和资源共享阶段，对商 业网格的研究，也即计算经济网格体系结构的研究还基本上没有见到。 而在国外，已经开始了对计算经济的研究并取得一定的进展，其中成果最 显著的是，澳大利亚的g r i d b a n k ；g a s a 和m o n a s h 大学的g r a c e ( 用于计算 经济的网格体系结构) ，m u n g i ，m o s i x ，这些体系结构都可以使用一种或几种 经济模型，但是适用于全部经济模型的体系结构还尚在研究中。 1 3 网格计算经济研究存在的主要问题 施： b u y y a 等人提出，网格计算经济框架需要提供一个具有如下内容的基础设 ( 1 ) 一个发布网格资源和相关信息的市场目录； ( 2 ) 确定资源价格的模型； ( 3 ) 资源价格模式和发布机制； 武汉理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 经济模型和协商协议： ( 5 ) 一个完成资源定价、货币标准和危机处理的代理； ( 6 ) 记账、结算和支付机制； ( 7 ) 满足用户q o s 需求的调度系统。 对网格计算经济模型的研究，主要是参照现实经济的方法、策略和手段来 进行。经济理论和现实经济的应用现状是一个超复杂的巨系统【l 】，将其借鉴或引 用到现阶段的网格资源交易环境中时需要进行精简、理想化和理论化。一方面， 网格环境无论如何复杂，都无法和现实经济环境相比；另一方面，现实经济中， 以理论为基础的实践经验更为重要，其中包含人的偏好等不确定因素，而现阶 段的网格研究无法处理类似的问题。两相比较，现实的经济是一个理性加感性 的经济，网格计算经济则更为理性。基于上述差异，网格计算经济的研究存在 以下问题： ( 1 ) 网格环境对经济数据的支撑力度不够，只能进行简化处理。如缺乏历 史数据和评价的数学模型，缺乏稳定经济的评估参数和方法等。 ( 2 ) 和初期的网络环境一样，网格环境缺乏现实的规章、制度和法律的保 障，使其健康发展缺乏支撑。由此导致应用障碍，进而影响研究驱动力。 ( 3 ) 缺乏合理、有效的价格协商和均衡算法。价格是经济模型的核心和支 撑点，它是交易、模型运行稳定性和可持续性的基石，依赖于供求关系变化的 价格是网格经济运行的基本保障。当前的研究还没有提出有效的价格算法和管 制模型，也没有针对价格崩溃时的调控机制。如对拍卖的研究，价格机制只负 责成交，之后缺乏监控。 ( 4 ) 信任问题的研究不能满足实际需要。这主要体现在两个方面，一方面 网格计算经济模型的交易过程中存在欺诈等行为，但没有提供相应的约束和监 管。另一方面，对网格银行等的信任缺乏导致交易的下降，使很多用户对网格 计算经济望而却步。 针对以上存在的问题，本文研究的主要对象将集中在网格计算经济模型上， 旨在确定资源价格的机制、研究信誉度模型、选择合适的资源来更好地满足用 户q o s 要求，深入研究网格环境下的支付工作，设计了一种基于计算经济模型 的网格支付系统。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 论文的主要工作 本文在基于计算经济模型的网格体系结构下，针对网格支付系统的实现进 行了深入探讨，具体的研究内容包括： ( 1 ) 归纳和总结了现有的多种计算经济模型，提出了一种改进的竞争性计 算经济模型，加入了市场中的供求关系影响因素。 ( 2 ) 为了实现整个资源交易系统的公平性和无欺诈性，给出了资源提供者 和资源消费者的信誉度模型，它将作为资源交易双方选择支付方式的依据。 ( 3 ) 结合当前经济模型中的供求关系和信誉度算法，提出了资源定价模型 和资源消费者的出价模型，以符合交易双方的利益，维持整个网格交易市场的 稳定。 ( 4 ) 对改进的计算经济模型进行了仿真实验与论证，与传统的商品市场经 济模型相比，模型在系统吞吐量上有所提高，并受供求关系影响要小。 ( 5 ) 采用j s p 编程实现了以分布式数字仪器为交易资源的网格支付系统。 1 5 论文的组织结构 本文共分五章，结构如下： 第一章是本文的绪论部分，论述了课题的目的和意义，介绍了当前计算经 济网格体系结构的国内外研究现状，对网格计算经济模型研究中存在的问题进 行了分析，并简要介绍了本文的主要研究内容。 第二章介绍了网格环境中的几种主要计算经济模型，对现有的经济网格系 统进行了分析，描述了改进的基于供求关系计算经济模型的体系结构，并说明 了各组成部分的功能和相互之间的联系，然后给出了资源消费者对资源的q o s 扩展属性的描述，最后还介绍了消费者发起交易的过程。 第三章对改进的网格计算经济模型中的关键算法进行了详细阐述。介绍了 根据资源交易双方的信誉度来决策的三种支付方式；对模型中的信任问题，给 出了资源信誉值和用户信誉值算法，并说明了其更新的机制。为了保证网格交 易系统的合理的运作，必须给网格中的每个用户一个唯一的标识，文中介绍了 一种制定用户标识的方法。为了最大化交易双方的利益，给出了资源提供者对 资源的定价算法，以及资源消费者的出价算法。最后，对改进的市场经济模型 体系进行了模拟实验，并对实验结果进行了分析。 武汉理工大学硕士学位论文 第四章基于计算经济模型，采用j s p 编程语言和m y s q l 数据库系统实现了 以分布式数字仪器为资源的网格支付系统。首先，描述了该类资源的性能参数， 然后对数据库进行了设计，最后分别对支付系统的前台和后台部分进行了设计 与实现，并给出了系统工作的部分截图。 第五章总结了所做的工作和成果，指出了研究的不足之处和将来研究工作 的方向。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于供求关系的网格计算经济模型的框架 2 1 计算经济模型 人们已经提出了许多经济学模型来满足不同类别的环境需要和计算应用。 其中在网格环境下有下面几种主要的经济学模型。 2 1 1 商品市场模型 在商品市场模型中，资源拥有者定义它们的服务价格并根据消费者消费的 资源数量来进行收费。定价的策略起源各种参数，既可以是统一的也可以是根 据资源的供需关系而时刻变化。一般来说，服务一般是依据供求的平衡关系性 进行价格的定制。在统一定价模型中，一旦价格在一段时间内保持不变，不依 赖供应和需求量的变化而变化，它应保持服务质量的不变性。然而依据供求关 系的模型，其价格总是随着供求关系的改变而经常发生变动。按照这个原理， 当需求增加或供应减少，价格将提高，直到供求之间存在一个平衡关系。商品 市场中的价格定制主要基于如下几点：统一费用，使用时间，预订，需求和供应。 资源提供者在相应网格市场目录( g r i dm a r k e td i r e c t o r y , g m d ) 服务中发布 对应资源的使用价格，并向网格交易服务( g r i dt r a d i n gs e r v i c e ，g t s ) 提交价格 规范定义。一个考虑负载、使用时段、资源消费者( g s c ) 的声誉等因素的价格 规范如下： p r o v i d e ri d 资源提供者标识 r e s o u r c ei d 资源标识 p e a k 上班使用高峰时段的价格t i m e _ p r i c e 9 a m6 p m ： l u n c ht i m e 中午时段的价格_ p r i c e 1 2 ：3 02 p m ： o f f p e a k 非上班时段的价格t i m e p r i c e d i s c o u n tw h e nl i g h t l y 轻负载时的价格1 0 a d e d r a i s ep r i c el l i g h 重负载时的价格d e m a n d p r i c e节假日的价格h o l i d a y t i m e r e p u t a t i o n c r e d i tt h r e s h o l do fg s c 对g s c 的声誉信誉度要求 7 武汉理工大学硕士学位论文 传统的计算服务是根据其产品的价值和所希望的受益值来进行定价的，然而 消费者的价值认同是依据这些因素来决定的，如资源的供求，优先权和服务质量 要求。因此，网格经济中资源的价值需要按带有许多参数的函数来进行定义： 资源价值= 函数( 资源强度，物理资源的价格，服务开销，需求，用户感知 的价值，优先权) 。 最后的三个参数很难确定，它们随着时间和应用的不同发生变化，不过， 一些消费者更倾向在一天的某个时候，定期地使用资源。消费者使用资源时需 要被计费的有c p u 周期，存储，软件和网络。使用者使用高级编程语言来写它 们的应用。比如，在n i m r o d 解决问题环境中，使用了一种可选择的编程语言来 编写应用和用户的要求比如最后期限和预算。 网格资源中介者( g r i dr e s o u r c eb r o k e r , g r b ) 可以通过执行以下几个步骤 来完成一个应用： ( 1 ) 代理确认服务提供者； ( 2 ) 确认合适的资源并通过和g m d 及g t s 的交互来制定价格； ( 3 ) 选择一个满足其使用函数和目标( 最低价格和在最后期限之内) 的资 源，在选择资源时利用启发式或历史信息来选择资源，并完成作业的映射； ( 4 ) 使用服务资源来执行作业，并完成付费。 2 1 2 牌价模型 牌价模型和商品价格模型很相似，一个区别是，为了吸引新的消费者去建 立市场共享或鼓励使用者考虑使用更便宜的时间而发布专门的告示。在这种情 况下，代理不直接和g s p 协商价格，而是使用牌价，通常这些价格比一般情况 下的价格都更便宜。牌价的使用具有条件性，但对于一些使用者仍还是蛮有吸 引力。比如，在假期，对资源的需求将变少，因此g s p 可以使用临时的价格来 吸引用户从而提高资源的使用。其使用过程如下： ( 1 ) 资源提供者在g m d 中告示其优惠价格和相应的条件； ( 2 ) 资源消费者代理浏览g m d ，确定是否有满足其使用要求的优惠价格； ( 3 ) 代理询问这些牌价资源是否可利用； ( 4 ) 其它的步骤和商品市场模型相类似。 2 1 3 议价模型 前面的几个模型，代理为使用资源所付的费用价格都是由g s p 确定的。在 8 武汉理工大学硕士学位论文 议价模型中，资源代理和g s p 进行议价从而得到更低的获取价格和更长的使用 期限。代理和g s p 都有它们自己的目标函数，它们之间进行协商直到符合双方 的要求。代理可能会以一个较低的价格开始，而g s p 会以一个较高的价格开始。 接着双方开始进行协商，直到达成彼此都较满意的价格，或者由于其中一方不 想再继续协商，而中止。该模型可能导致资源的利用率较低。因此，该模型适 用于任务时间要求非常宽松，具备一个较长时间的讨价还价过程，以追求低价 格。当市场的供求关系和服务价格都不明朗时，代理和g s p 通常通过会使用这 种经济模型。 2 1 4 招标契约模型 招标契约模型是在分布式环境中用于服务协商的最广泛的模型。它是契约 机制的模型，常在商业中用于管理商品和服务的交换。它帮助我们找到一个适 当的服务提供者用于完成一个给定的任务。请求一个任务被解决的用户资源代 理叫做管理人，而那些可能解决这个任务的资源叫做潜在的契约人。 从消费者的角度来看，过程如下： ( 1 ) 消费者( 代理) 通告它的请求( 利用一个处理模板) 并从g s p 中邀请 竞标。 ( 2 ) 感兴趣的g s p 评估这个请求，并提交它们的竞标价。 ( 3 ) 代理各个g s p 的竞标价进行评价，接着和最合适的g s p 签订协议。 ( 4 ) 代理和g s p 进行私下的协商，并使用资源。 从资源提供者的角度看，过程如下： ( 1 ) 接收到投标通告广告( 在g m d 中) 。 ( 2 ) 评估这个服务的能力。 ( 3 ) 给出一个标价。 ( 4 ) 如果标价被接收，履行服务。 ( 5 ) 报告结果并把清单一起传给代理使用者按照事先的标价。 这种模型的优点是，如果被选择的g s p 不能够提交一个令人满意的服务结 果，它可以向别的g s p 寻找服务。当然这种协议也有它的不足，如果一个更有 能力的g s p 当时正处于忙的状态，则导致一个更没有能力的g s p 将得到授权。 另一个限制是，g r b 管理者不需要去通知潜在的承包人授权已经结束。有时管 理者由于一些原因而收不到任何竞标： 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 所有潜在的g s p 都在忙于处理别的任务。 ( 2 ) 一个潜在的g s p 虽然处于闲散状态，但正在考虑一个更有利益的竞标。 ( 3 ) 没有哪个闲散的g s p 有能力处理这个服务。 为了解决这些问题g r b 可以要求g s p 尽快的给予答复，这样就可以使得 g s p 能够尽快地改变其工作计划。比如，使用者可以改变最后期限或者预算来 等待新的g s p ，或者吸引存在的g s p 提交它们的竞标。 这种招标模型允许不经过协商而直接签订合同，被选择的g s p 可以拒绝或 接受一个承包授权。因此这种模型可以简化协议和提高某些服务的效率。 2 1 5 拍卖模型 拍卖模型支持一对多的协商，即一个服务提供者( 卖方) 和许多消费者( 买 方) 并减少对单一价值的协商。拍卖者设定消费者和提供者都接受的拍卖规则， 拍卖主要是利用市场的力量来为服务协商一个交换价格。 在真实世界里，拍卖被广泛地使用，尤其是在一个固定的时间内拍卖商品 物品。在拍卖事件中，主要包括三种角色：资源拥有者，拍卖者( 中间人) 和买 方。许多e 商业网站，如a m a z o n c o m 和e b a y c o m 扮演的都是中间人的服务角 色。买方和卖方角色也能够被自动操作。在一个网格环境中，资源提供者可以 使用拍卖模型来决定资源的价值。拍卖的过程如下： ( 1 ) g s p 通告它的服务，并邀请竞标； ( 2 ) 代理给出他们的标价； ( 3 ) 反复进行第二步，直到没有人愿意出更高的标价或者如果由于不符合 最低的价格线而停止竞标； ( 4 ) g s p 把服务授权给赢得竞标的人； ( 5 ) 消费者使用这个资源。 2 2 对现有经济网格系统的分析 目前国外已经有不少网格系统支持计算经济，如表2 1 所示。其中，n i m r o d g 提出的g r a c e 2 1 ( 用于计算经济的网格体系结构) 是一个支持计算经济的最完 善的网格体系结构，可从表2 1 中看出，g r a c e 已经可以支持三种经济模型： 商品市场模型，牌价模型和议价模型。它利用了目前的一些网格系统如g l o b u s 、 l o 武汉理工大学硕士学位论文 l e g i o n 、c o n d e r 等提供的大量、成熟、可重用的中间件，并进行了扩展，补充 负责资源交易的中间件，如网格市场服务g m s 、网格交易服务器g t s 和用于电 子支付的g b a n k 等。同时，在这些技术基础上，为了使之能够支持计算经济， 提供了一些新的服务： ( 1 ) 用于使网格入口公众化的信息和市场指南。 ( 2 ) 制定资源的价值模型。 ( 3 ) 资源定价的规则和发布机制。 ( 4 ) 扮演调节代理的中间人，它们主要的任务是决定资源的价值，货币通 货标准和处理危急情况。 ( 5 ) 计费和付费机制。 g r a c e 框架中有两个关键的成员，网格服务提供者( g s p , g r i ds e r v i c e p r o v i d e r ) 和网格资源消费者( 又称网格资源代理g r b ，g r i dr e s o u r c eb r o k e r ， 它扮演资源消费者代表或者软件代理的角色) 。作为网格的一部分，两者都有自 己的期望和策略，资源消费者采纳能在预期任务完成时间和预算范围内解决它 们问题的策略，服务提供者采纳能最好的回报它们的投资的策略。资源拥有者 为了吸引消费者提供一个竞争的服务访问费用并尽可能使它们的资源利用率最 大化。网格资源用户和代理相互作用去表示它们的需求，比如任务的完成期限 和预算。网格服务提供者需要一定的工具去表示它们的价格策略和机制以帮助 它们最大化利润和资源利用率。 表2 1各种不同经济模型的应用 武汉理工大学硕士学位论文 通过对上面提到的各种使用计算经济的网格系统的分析，我们可以发现， 现有的n i m r o d g 网格系统中还有很多不完善的地方，其中的几点说明如下： ( 1 ) 没有充分考虑资源消费者的特性和要求，仅支持经济模型中用户最基 本的q o s 需求，一般只是包括最后期限和服务预算( 资源选择的依据) ，然而从 我们的真实世界来看，在网格交易环境中，资源消费者的q o s 有一系列的规范， 包括资源响应时间、可用性、吞吐量、安全性、用户期望消费的费用及任务的 完成期限等。另外，在经济活动中，诚信是一种重要的q o s 需求，如何在网格 支付系统中，保证资源和用户的信誉度也是应该着重考量的。 ( 2 ) 计算经济没有和高效的计费方式以及支付服务结合，所采用的方式是 每个g s p 直接对每个用户开使用清单和自己处理所有的支付问题，在网格环境 中这个方法将给资源提供者和使用者都增添巨大的负担。 ( 3 ) 资源价格一旦确定，在调度过程中的作业执行期间内将不能发生改变。 但是价格的固定不变并不符合现实的基本规律，价格的浮动应当能够影响当前 供需状态的变化，反过来，供需状态的变化也可以通过价格反应出来。为了克 服这些限制，采用根据市场情况可以动态调节价格的调度策略和算法是必须的。 为有效地解决上面三个问题，本文提出了一种基于供求关系的网格计算经 济模型的结构，加入用户对资源的信誉度要求，也即进一步增加消费者的q o s 要求限制，根据市场的供求变化情况来确定资源的价格并进行动态调节和监控。 结合了g r a c e 计算经济网格系统结构中已有的一些技术和现有的一些网格中 的支付方式，设计了一种比较符合网格交易市场规律的计算经济网格体系结构。 2 3 网格计算经济模型框架及其组件功能 将竞争的价格模型引入网格系统，可以为网格资源提供者提供有效地管理、 评价其资源价格的策略，也可以帮助资源消费者使用经济驱动的调度策略选择 轻负载和廉价的资源。这种模型体系的框架图如图2 1 所示。 该网格计算经济模型框架包括三个实体：网格资源消费者代理即网格资源 中介者( g r i dr e s o u r c eb r o k e r , g r b ) 按照用户的策略实现资源的搜索、调度， 直至任务执行结束的结果返回；计算经济管理中间件为资源的交易、任务执行 提供基本的支持；网格资源提供者( g r i dr e s o u r c ep r o v i d e r , g r p ) 提供网格资源 的同时，制定自己的资源使用策略、发布资源