專利名稱：基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于網(wǎng)格和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)方法，具體是一種基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)格是把整個(gè)因特網(wǎng)整合成一臺(tái)巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源、專家資源的全面共享。網(wǎng)格的根本特征并不一定是它的規(guī)模，而是資源共享。網(wǎng)格技術(shù)是一種大規(guī)模并行分布處理技術(shù)，作為近期最炙手可熱的IT技術(shù)之一，受到人們的青睞。網(wǎng)格是一種網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，將各種網(wǎng)絡(luò)資源連接起來，使用戶方便有效的享用服務(wù)，而不必管服務(wù)來自于哪個(gè)地理位置，或由什么設(shè)施提供。支撐網(wǎng)格的網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)成的通信網(wǎng)，主要是互聯(lián)網(wǎng)或IP網(wǎng)。但是，隨著網(wǎng)格技術(shù)的成熟和網(wǎng)格應(yīng)用的推廣，現(xiàn)成的IP網(wǎng)將可能無法更好地滿足未來的網(wǎng)格服務(wù)對(duì)帶寬、安全性等方面的要求，需要發(fā)展光子網(wǎng)格，即建立基于光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格應(yīng)用。光網(wǎng)格具有了光網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格的雙重特性，可以利用光網(wǎng)高效快速的傳輸大量數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以利用網(wǎng)格的特性進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)。與非光網(wǎng)格相比，可以更加有效的進(jìn)行計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等的全面共享。支撐光子網(wǎng)格的光網(wǎng)絡(luò)可以是ASON網(wǎng)、WDM網(wǎng)、SDH網(wǎng)等等。
光網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸特性能很好的解決網(wǎng)格傳輸?shù)钠款i，為網(wǎng)格的進(jìn)一步發(fā)展提供了方向。盡管光網(wǎng)絡(luò)具有支持網(wǎng)格應(yīng)用的諸多良好特性，但是，要將光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成為光子網(wǎng)格，還面臨著許多新的挑戰(zhàn)，其中之一就是缺少光子網(wǎng)格仿真平臺(tái)，不利于研究工作的開展。實(shí)際的光網(wǎng)格地區(qū)跨度較大，跨越多個(gè)自治系統(tǒng)，包含多種不同協(xié)議管理的資源、用戶，以可控制可重復(fù)的方式評(píng)估實(shí)際光網(wǎng)格的性能十分的困難；同時(shí)，光網(wǎng)絡(luò)還在發(fā)展階段，在實(shí)際中以全光網(wǎng)絡(luò)連接的光網(wǎng)格非常少，不利于研究工作的開展。為解決這些限制，我們迫切需要光網(wǎng)格仿真平臺(tái)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前還沒有成熟的光子網(wǎng)格仿真平臺(tái)，只有少數(shù)幾種網(wǎng)格仿真軟件，比較有代表性的網(wǎng)格仿真軟件是GridSim，該軟件由澳大利亞的Manzur Murshed和Rajkumar Buyya共同基于java平臺(tái)開發(fā)完成?？捎脕砟M網(wǎng)格資源、用戶、網(wǎng)絡(luò)以及調(diào)度的仿真工具。應(yīng)用GridSim，我們可以仿真大規(guī)模的不同類型的資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、輸入/輸出資源等等；可以定義多個(gè)用戶及用戶進(jìn)程；可以利用GridSim里的net包模擬出一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；運(yùn)用內(nèi)置的調(diào)度算法(包括空分算法與時(shí)分算法)，使得在不同最優(yōu)化目標(biāo)的約束下，用戶進(jìn)程能恰當(dāng)?shù)姆峙涞劫Y源上進(jìn)行處理。
網(wǎng)格仿真軟件GridSim基于一個(gè)理想化的網(wǎng)絡(luò)模型，任意兩個(gè)資源間可以隨時(shí)滿足通信要求，不存在網(wǎng)絡(luò)資源競爭。但是當(dāng)網(wǎng)格應(yīng)用構(gòu)架在光網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，將會(huì)面臨新的問題。光網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)對(duì)之間進(jìn)行通信之前需要先建立一條滿足帶寬要求的光路。光路是由若干光鏈路組成。建立光路時(shí)會(huì)遇到端口競爭和光網(wǎng)絡(luò)資源競爭問題。若源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間存在光路由，但目的節(jié)點(diǎn)的端口被占用，或者路由中的光鏈路無空閑資源時(shí)，則光路無法建立，必須等到目的端口或光鏈路資源被釋放后方可建立。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法。使其解決了光網(wǎng)絡(luò)中的資源沖突將會(huì)延長整個(gè)網(wǎng)格應(yīng)用的執(zhí)行時(shí)間的問題，可滿足在光路使用完畢之后的其他傳輸請(qǐng)求。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明用戶首先利用GridSim中現(xiàn)有類定義資源模型，包括資源各處理器的計(jì)算能力或存儲(chǔ)能力、操作系統(tǒng)、資源所在時(shí)區(qū)、高峰或者低谷時(shí)間、使用成本以及時(shí)分復(fù)用/空分復(fù)用調(diào)度策略等等，然后建立用戶模型，包括每個(gè)用戶提出的任務(wù)總數(shù)、各任務(wù)大小、任務(wù)文件經(jīng)資源處理前/后大小等。在gridsim.net.Link類基礎(chǔ)上增加相應(yīng)參數(shù)，表示某條光路在一時(shí)間段內(nèi)是否被占用如果此光路空閑，那么當(dāng)前傳輸任務(wù)可使用本條光路，并且將本光路標(biāo)志為“忙碌”，在傳輸完畢后，釋放該光路，將光路標(biāo)志為“忙碌”；如果此光路“忙碌”，那么當(dāng)前傳輸任務(wù)不可使用本光路，如果有其他路由，則可通過其他光路傳輸，否則等待，直到有光路空閑，實(shí)現(xiàn)模擬光網(wǎng)格的仿真平臺(tái)。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明具體步驟如下1)建立資源模型，每個(gè)資源可包含多臺(tái)機(jī)器(利用Machine類和MachineList類)，每臺(tái)機(jī)器可包含多個(gè)處理單元或者存儲(chǔ)單元(利用PE類和PEList類)，GridSim可以定義具有不同處理能力的多種類型的網(wǎng)格資源，位于多個(gè)時(shí)區(qū)，采用多種調(diào)度算法。
2)建立用戶模型，定義每個(gè)用戶提交的任務(wù)總數(shù)以及大小，規(guī)定任務(wù)之間的先后順序關(guān)系，可用有序無圈圖(DAG)表示，可以對(duì)任務(wù)進(jìn)行并行的處理，即同時(shí)處理兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)，這里給出了一個(gè)DAG自動(dòng)生成器，用戶可以根據(jù)自己需要方便的生成符合自己要求的DAG。以前的用戶模型都是分散的無關(guān)聯(lián)的，通過DAG這種模型結(jié)構(gòu)可以將各個(gè)任務(wù)有機(jī)的聯(lián)系起來。在DAG中，節(jié)點(diǎn)表示不同類型的任務(wù)，節(jié)點(diǎn)間的邊表示任務(wù)之間的相互關(guān)系或執(zhí)行順序，邊上的權(quán)值表示兩任務(wù)之間的通信量的大小。
3)建立光網(wǎng)絡(luò)模型，用光網(wǎng)絡(luò)將所有網(wǎng)格資源連接起來，網(wǎng)格資源包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、顯示資源等，每個(gè)網(wǎng)格資源可以用一個(gè)資源節(jié)點(diǎn)表示，分別被定義成不同的類型、容量和處理能力。各個(gè)網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)通過光網(wǎng)絡(luò)互連，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是OXC、ASON、SDH或WDM設(shè)備，節(jié)點(diǎn)間通過光鏈路相連，每條鏈路具有指定的帶寬。光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及光鏈路將各個(gè)網(wǎng)格資源聯(lián)系起來就構(gòu)成一個(gè)光網(wǎng)格模型。
4)利用光網(wǎng)格調(diào)度算法，將每個(gè)任務(wù)合理的分配到相應(yīng)的資源上運(yùn)算或存儲(chǔ)，可以利用多種調(diào)度算法，例如，先來先服務(wù)算法，MAX-MAX算法，MIN-MIN算法，調(diào)度時(shí)采用最短路徑來確定光路的選擇，調(diào)度計(jì)算完畢后釋放此條光路。利用各種相應(yīng)的算法將具體DAG中的首個(gè)任務(wù)按所規(guī)定的順序調(diào)到相應(yīng)類型的資源上，然后再一一將各個(gè)資源按規(guī)定順序調(diào)到各個(gè)相同類型的資源上執(zhí)行。
5)利用輸出結(jié)果進(jìn)行光網(wǎng)格性能評(píng)估，通過以上幾種算法，可以比較各個(gè)任務(wù)完成時(shí)間及最后完成時(shí)間來評(píng)價(jià)算法的優(yōu)劣。
同以往的網(wǎng)格仿真平臺(tái)相比，本發(fā)明具有明顯的優(yōu)點(diǎn)以往的網(wǎng)格仿真平臺(tái)不考慮網(wǎng)絡(luò)資源的限制，認(rèn)為網(wǎng)格資源間的通信能力是無限大的，這在現(xiàn)實(shí)中是不可能的。而本發(fā)明的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)充分考慮了網(wǎng)格資源間網(wǎng)絡(luò)資源的連接情況，能夠更有效地反映資源沖突及資源共享狀況，更接近于真實(shí)情形。以往的網(wǎng)格仿真平臺(tái)定義的任務(wù)多是前后無關(guān)聯(lián)的，而本發(fā)明定義了一個(gè)用戶模型，使得各個(gè)任務(wù)有機(jī)的聯(lián)系起來，既可以完成簡單無序的任務(wù)，也可以完成更加復(fù)雜的任務(wù)；本發(fā)明既可以進(jìn)行資源調(diào)度，也可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)度，或者可以同時(shí)進(jìn)行這兩種調(diào)度，而以前的平臺(tái)只有網(wǎng)絡(luò)或資源一種調(diào)度；以往的網(wǎng)格仿真平臺(tái)很少仿真網(wǎng)絡(luò)方面的功能，而本發(fā)明不僅考慮網(wǎng)絡(luò)之間的通信代價(jià)和傳輸時(shí)間，同時(shí)將光網(wǎng)應(yīng)用在上面形成光網(wǎng)格的仿真平臺(tái)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施過程對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明的執(zhí)行過程如下1)通過DAG生成器，輸入節(jié)點(diǎn)DAG數(shù)目、節(jié)點(diǎn)的最大如度和出度、邊的數(shù)目、計(jì)算任務(wù)和傳輸任務(wù)的比值等參數(shù)，構(gòu)造相應(yīng)的任務(wù)模型。
2)通過光網(wǎng)格產(chǎn)生器，構(gòu)造光網(wǎng)格。光網(wǎng)格可以有兩種不同的方法加以構(gòu)造，一種是隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)給定的光交叉節(jié)點(diǎn)的數(shù)目、光纖連接的數(shù)目和網(wǎng)格計(jì)算資源的數(shù)目，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)，并將計(jì)算資源隨機(jī)連接至相應(yīng)的光交叉節(jié)點(diǎn)上。另一種方法是采用實(shí)際的光網(wǎng)絡(luò)，如NSFC網(wǎng)絡(luò)，在其上隨機(jī)產(chǎn)生一組網(wǎng)格計(jì)算資源。
3)通過光網(wǎng)格調(diào)度模型，將DAG中節(jié)點(diǎn)分配至光網(wǎng)格的計(jì)算資源上，將DAG中的邊分配至一條光通路上，其目標(biāo)函數(shù)是使DAG中所有任務(wù)在給定的最遲完成時(shí)間之前完成，整個(gè)任務(wù)的完成時(shí)間最短且光網(wǎng)格資源的利用率最高。
4)通過時(shí)序圖，顯示各個(gè)任務(wù)的調(diào)度過程及各個(gè)資源的占用情況，該時(shí)序圖可以顯示從任務(wù)開始至任務(wù)結(jié)束的整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，不同任務(wù)被分配至不同的資源上，及該任務(wù)在該資源上的執(zhí)行時(shí)間。從而可以直觀、生動(dòng)地仿真整個(gè)任務(wù)的資源分配和任務(wù)調(diào)度過程。
5)采用不同的調(diào)度策略，可得到不同的調(diào)度結(jié)果。通過分析，統(tǒng)計(jì)不同調(diào)度策略下的調(diào)度長度、資源利用率及算法計(jì)算復(fù)雜度，給出不同調(diào)度策略下的性能分析指標(biāo)。
通過上述步驟，我們可以仿真大規(guī)模的不同類型的網(wǎng)格資源及不同技術(shù)類型構(gòu)成的光網(wǎng)絡(luò)；可以定義多個(gè)任務(wù)用戶及多個(gè)任務(wù)進(jìn)程；可以定義多種調(diào)度策略及調(diào)度算法；使得在不同最優(yōu)化目標(biāo)的約束下，用戶任務(wù)能恰當(dāng)?shù)姆峙涞较鄳?yīng)的網(wǎng)格及光網(wǎng)絡(luò)資源上進(jìn)行處理，從而解決了光網(wǎng)格中的資源沖突將會(huì)延長整個(gè)網(wǎng)格應(yīng)用的執(zhí)行時(shí)間的問題。為光網(wǎng)格應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供了可信的支持和性能預(yù)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，用戶首先利用GridSim中現(xiàn)有類定義資源模型，包括資源各處理器的計(jì)算能力或存儲(chǔ)能力、操作系統(tǒng)、資源所在時(shí)區(qū)、高峰或者低谷時(shí)間、使用成本以及時(shí)分復(fù)用/空分復(fù)用調(diào)度策略，然后建立用戶模型，包括每個(gè)用戶提出的任務(wù)總數(shù)、各任務(wù)大小、任務(wù)文件經(jīng)資源處理前/后大小，在gridsim.net.Link類基礎(chǔ)上增加相應(yīng)參數(shù)，表示某條光路在一時(shí)間段內(nèi)是否被占用如果此光路空閑，那么當(dāng)前傳輸任務(wù)可使用本條光路，并且將本光路標(biāo)志為“忙碌”，在傳輸完畢后，釋放該光路，將光路標(biāo)志為“忙碌”；如果此光路“忙碌”，那么當(dāng)前傳輸任務(wù)不可使用本光路，如果有其他路由，則可通過其他光路傳輸，否則等待，直到有光路空閑，實(shí)現(xiàn)模擬光網(wǎng)格的仿真平臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，包括具體步驟如下1)建立資源模型，每個(gè)資源可包含多臺(tái)機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器可包含多個(gè)處理單元或者存儲(chǔ)單元，GridSim定義具有不同處理能力的多種類型的網(wǎng)格資源，位于多個(gè)時(shí)區(qū)，采用多種調(diào)度算法；2)建立用戶模型，定義每個(gè)用戶提交的任務(wù)總數(shù)以及大小，規(guī)定任務(wù)之間的先后順序關(guān)系，可用有序無圈圖表示，可以對(duì)任務(wù)進(jìn)行并行的處理，即同時(shí)處理兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)，這里給出了一個(gè)DAG自動(dòng)生成器，用戶可以根據(jù)自己需要方便的生成符合自己要求的DAG；3)建立光網(wǎng)絡(luò)模型，用光網(wǎng)絡(luò)將所有網(wǎng)格資源連接起來，網(wǎng)格資源包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、顯示資源等，每個(gè)網(wǎng)格資源可以用一個(gè)資源節(jié)點(diǎn)表示，分別被定義成不同的類型、容量和處理能力。4)利用光網(wǎng)格調(diào)度算法，將每個(gè)任務(wù)合理的分配到相應(yīng)的資源上運(yùn)算或存儲(chǔ)，利用先來先服務(wù)算法，MAX-MAX算法、MIN-MIN算法的多種調(diào)度算法，調(diào)度時(shí)采用最短路徑來確定光路的選擇，調(diào)度計(jì)算完畢后釋放此條光路。5)利用輸出結(jié)果進(jìn)行光網(wǎng)格性能評(píng)估，通過以上算法，比較各個(gè)任務(wù)完成時(shí)間及最后完成時(shí)間來評(píng)價(jià)算法的優(yōu)劣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，在步驟3)中，所述的所述的網(wǎng)格資源，各個(gè)網(wǎng)格資源節(jié)點(diǎn)通過光網(wǎng)絡(luò)互連，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為OXC、ASON、SDH或WDM設(shè)備，節(jié)點(diǎn)間通過光鏈路相連，每條鏈路具有指定的帶寬，光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及光鏈路將各個(gè)網(wǎng)格資源聯(lián)系起來就構(gòu)成一個(gè)光網(wǎng)格模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是，在步驟4)中，所述的多種調(diào)度算法，將具體DAG中的首個(gè)任務(wù)按所規(guī)定的順序調(diào)到相應(yīng)類型的資源上，然后再一一將各個(gè)資源按規(guī)定順序調(diào)到各個(gè)相同類型的資源上執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種用于網(wǎng)格和光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的基于網(wǎng)格的光網(wǎng)格仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方法。用戶首先利用GridSim中現(xiàn)有類定義資源模型，然后建立用戶模型，包括每個(gè)用戶提出的任務(wù)總數(shù)、各任務(wù)大小、任務(wù)文件經(jīng)資源處理前/后大小，在gridsim.net.Link類基礎(chǔ)上增加相應(yīng)參數(shù)，表示某條光路在一時(shí)間段內(nèi)是否被占用，如果有其他路由，則可通過其他光路傳輸，否則等待，直到有光路空閑，實(shí)現(xiàn)模擬光網(wǎng)格的仿真平臺(tái)。本發(fā)明解決了光網(wǎng)絡(luò)中的資源沖突將會(huì)延長整個(gè)網(wǎng)格應(yīng)用的執(zhí)行時(shí)間的問題，可滿足在光路使用完畢之后的其他傳輸請(qǐng)求。
文檔編號(hào)H04B10/20GK1908945SQ20061003033
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者郭薇, 馬婧, 張彭善, 孫震宇, 胡衛(wèi)生 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)