一种基于网格服务的可靠性度量模型.pdf

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1、第 4 2卷第 1 期 2 0 0 8年 3月 华中帅范大学学报(自然科学版)J()URNAI()F HUAZH()NG NORMAI UNI VE RS I TY(Na t S c i )Vo1 4 2 No 1 M a r 20 0 8 文章 编 号：1 0 0 0 一 l 1 9 0(2 0 0 8)0 1-0 0 3 2 0 5 一种基于网格服务的可靠性度量模型 董 亦，陈 琳(福建省地震局 信息 网络_ 卜应急指挥中心，福州 3 5 0 0 0 3)摘要：在 网格 巾，服务 资源通常是动态变化的 因此，如何度 服务 的 町靠性 是 网格 中服务质量 的一个关键问题 根据网格中服务动态

2、变化 的特点，从 可靠性 的角度对 网格 中的服务质 量进行分 析并给 出相啦的计算 订法，从而提出 一种基于 网格眼 务的可靠性 度越 模型 该模型将 动态变化的 服 务划分为 一 系列相刈静 态的时段，根据 网格 中服 务的主动特性，对 网格结 点上所提 供的服务进 行 可靠性分析，从服务的可靠性、可靠性 的数 学期、可靠性的均方差 3个方 面综 合度量网格 中服 务 的 可靠 性 关键词：网格；刚格资源；服务质量；服务可 性；可靠性数学期望；可靠性 均方差 中 图分 类 号：TP 3 9 3 文 献 标 识 码：A 当前，网格研 究 主要集 中在 体 系结 构、访 问控 制、资源有 效管

3、理 和共 享 等 方 商 如 王彬 等 人提 出 了一 种科学计 算资 源的 网格服务 化方 案，该方案 采用 共 同的抽象 的调 用 接 口来 屏 蔽各 种 各样 科 学 计算 应 用 接 口、“按 需”科 学计 算 工 厂解 决 了科 学 计算服务的管理与信息发布、统一框架米监视计算 的执 行并进 行运行 时 的操 纵等 杨胜 文等人 提 出了 一种面向服务的网格安全体系，该体系基于对称 密钥基础设施，实现了单点登录方式的系统用户认 证和基于角色的访问控制 MI i 等人提出了一种 面 向服务 的语 义 网格 模 型，通 过用 户 代理、网格 系统代理 和语 义 网格资 源描 述框架，为用

4、 户提供 服 务；徐志伟 等 人 提 出一 种 语 义 网格 的 访 问控 制模 型l 4，这种模 型 以 B I P模 型为基 础，主要 将 收集 的 We b信息 池 中的 信息 联 成 一 个 巨大 的数 据 库，提 供给用户所需要 的信息；诸葛海等人在 VE GA-K G 中提 出了一种对 巨大 we b资源进 行有效 管理 和共 享 的机制。1 网格 中的静动态服务资源 网格 的 服 务模 式 是 主动 服 务，服 务状 态 通 常 是 动态 变化 的，但有 时也 呈 现 出静 止 状 态，因此，网格 的服 务 状态 包 括 静 止 状 态 和 动 态 状 态 如 图 1 所 示：直

5、 线“表示 在 网格 中，能够 给 某 一 任 务提 供服务的资源总数在时间区问 T ，T 内的变化 收稿 日期：2 0 0 7 0 8 2 7 基金项 目：中国地震局资助项(D S 一 2 0 0 6 一 c e n t 一 0)*E ma i l：l y xh u s t q q c o n 1 过程，直线 6 表示 向任务提交服务 的资源 总数在 时 间区 间 T ，T。内 的 变 化 过 程 从 图 1可 以看 出，由 于“和 b 在 时间 T ，丁 内均是 连续 的且服 务资 源数 在 时 间 T ，丁。内分别 没 有 改变，因此，在 时 问 丁 ，内，网格 提 供 的服 务 是 一

6、 种静 态 的服 务 所 谓动 态 状 态 就是 网格 在 向任 务 提 供 服 务 的 过 程 中，服 务 资 源会 发 生 改 变，从 而 引 起 提 供服务的种类或者数量发生改变 如图 2所示：分 段线段“表示 网格服务资源在时间区间 T ，内 的变 化过 程，分 段 线 段 b 表 示 向任 务 提 交 服务 的服务资源在时 问区间 T。，T。内的变化过程 由于服务资源的改变在 网格 中是一种离散事件，因此，在 动 态状 态 的 时 间 区 间 内存 在 相 对 静 止 的 状 态 从 图 2可 以看 出，当 网格 中服 务 资源 在 丁 2，T 时 刻增 加(减 少或 改 变)时，向

7、任 务 提 交 服 务 的服 务资 源 数也 可 能 会 随 之 发 生 改 变，向 任 务 提交服务的服务资 源 的种类 由于 自主服务模 式 也有可能改变 然而，在 T。，T )，T ，T 3)，T )，T ，各 自的小区间内，由于向任务提交 服务 的服务资源没有改变，从而在这各 自的 区间 内，服 务状 态还 是 相对 静 止 的 传统的可靠性 分 析 模 型 主要 分成 两 类：静 态 的 可 靠 性 模 型 和 动 态 的 状 态 空 间 可 靠 性 模 型 前 者包 括 可 靠 性 框 图 模 型 和 文 件 生 成 树 模 型，后者包括 马尔可 夫模型和 随机 P e t r i

8、 网模 型 维普资讯 http:/ 第 3期 董 亦等：一种基 于网格 服务的可靠性度量模型 3 3 廷 胀 图 1 静态服务 Fi g1 s t a t i c s e r v i c e 图 2 动态服务 Fi g 2 d yn a mi c s e r v i c e 静 态的可靠性模 型主要 是基 于如下 假设 的基础 上，系统 的故障事件 之间彼此相互独 立而互不影 响 因此静 态的可靠性模 型 易于建 立，也 易于分 析，但 对系统构件 之间的关系缺乏 细致分析和 动 态模 拟 动 态 的状 态 空 间 可 靠 性 模 型 可 以处 理 更 复杂的情况，如状态 与状态 之 间的变迁

9、情 况、状 态与 状 态 之 间 的 变 迁 关 系 以 及 状 态 与 状 态 之 间 变迁的相互影响等 动态的状态空 间可靠性模 型 能够 比较精确 的模拟整个系统 的情 况，但 由于 系 统 的每一种状态都要在状态空 间中表示 出来，当 系统的规模增大时，状态空间 中的状 态将可能呈 几何 级 数 增 长，从 而 给 可 靠 性 分 析 带 来 巨 大 的 困难 因此，本 文对 网格 服务 的可 靠性 进行 分析 将不 考虑整个网格服务资源对应用服务的可靠性，而是 从应用得到服务和服务资源的角度来度量 网格中 服务 的可靠性 根 据 网格 的服 务 模式 和 服 务状 态，在对网格中服务

10、的可靠性进行分析时，将先对静态 状态进行分析，再建立动态状态下服务的可靠性计 算式 子，最 后 提 出关 于 网格 服 务 的 可 靠 性 度 量模 型 2 度量模 型的建 立 2 1 静 止状 态 下 网格 服务 的可 靠性 度量 模型 假设 w 是静 态状 态 下 网格 的一 个 应 用，w 由 个任务组成，即W 一 训1，训2，训，)，W 的 个 任务主动寻找最佳服 务资源并提供 服务 假设 个任务寻找到 k个 网格结点并 由这 k个网格结点 k 提供服务，每个结点的任务数 wN ，则：wN 一 i 一 1 I T I 由 于任 务 主 动 寻 找最 佳 服 务 资 源并 提 供 服 务

11、，因此在提供服务的过程中，任务和服务都不可能走 回路，因为在网格中，链路也是一种资源，如果任务 和服务走回路的话，则表明对任务提供的服务不是 最佳服务资源，这显然不是网格服务 的特点，故在 网格中，从提供任务的结点到某个服务提供结点的 拓扑图形将只是一个线型结构，从而使任务得到服 务的 可 靠 性 可 以 用 一 个 串 行 的 可 靠 性 框 图(R B D)6 3 来表示，如图 3 所示，其中L 为网格服务 资源提供结点 s G N 到任务结点的链路连接 图 3 网 格 中 基 于 R BD 的任 务 服 务 的 司靠 性 模 型 Fi g 3 RB D-b a s e d t a s k

12、 s e r v i c e r e l i a b i l i t y mo d e l 因此，只有当链路 L 和网格 服务资源提供结 点 S G N 提供的服务可靠时(一 1，2，3，)，应 用 w 才能得到最佳服务资源的服务，故应用 w 服 务的可靠性为：k R(1)一I I R(L )R(S G N )，(1)i l 其中，R(L )表示任务提交结点到服务资源提供结 点 S GN 之 间链路 L 的可靠性 R(S GN)表示服 务资源提供结点 S GN 提供服务的可靠性 假定在服务资源提供结点 S GN 中，能够给任 务 wN 提供最佳服务资源的总数为BS N 由于网 格提供的服务是主

13、动服务，它能给任务提供最佳的 资源服务方式，因此，在每个服务资源提供结点中，每个 任 务将 至少有 一个 服务 资 源为它 服务，不会 出 现因服务资源不够而将任务再迁移到其它服务结 点上的情况，故处于最佳服务状态下的服务资源数 S N 必定大于或者等于 wN 又因为在每个资源提供结点上，每个服务资源 提供服务的可靠性是相对 固定 的，因此，在资源提 供结点 S GN 上，假设每个服务资源提供服务的可 靠性为，则在服务资源提供结点 S GN 上，任务 维普资讯 http:/ 华中师范大学学报(自然科学版)第 4 1 卷 w ，获得 服务 的可靠性 为：R(S GN)一 R(S N W N)一

14、SN 一 综上 所述，得到在 静态状态 下 网格 的一 个应 用 w 的可靠性 R(w)计算 公式：R(w)一 I1qN f IPxS NR(I，1 l 一，)，_|R(w)一 )(l一，)，一，(3)因为 W 由 m 个任务 组成 并 由是个 网格 结点 提 供服务，所以由 是个网格结点及其链路提供服务给 应用 w 的可靠性 的数学期 耀 F(R(w)为：E(R(W)一 去*塞 眦 ，鬟(B S N 一 ，(4)由此 可 以得 到 由 是个 网格结 点及 其 链路 提 供 服务给应用 w 的可靠性的均方差(R(w)为：(R(w)一 l R()R(，)一 E(R(w)R c 一 去*壹i R

15、c )1 一 N，1=1 (5)2 2 动 态状态 下 网格 服务 的可靠性 度量模 型 为 了对 动态 状 态下 网格 服 务 的可 靠性 进行 分 析，作如下一些假设 假设 w 是 动态 状态 下 网格 的一 个 应 用，在服 务时间 T 内，相 对静止 的 时间 区间为 T ，T )，E T ，T。)，丁，)，E T ，7、，分别用 t 1，t：，t 表示 假设 在相对 静 态时 间 t，内，网格应 用 w 的对 应 所有 任务集 为 W 一 W(t。)，w(t )，W(t J J)，其 中 W(t，)由，f 个 任 务 组 成，即 w(t，)一 1(t )，2(t )，训 (t )假

16、设 m 个任 务 寻找 到 是 个 网格 结 点并 由这 是 个 网格 结 点 提 供 服 务，每 个 结 点 的任 务数 w ，(t )，则：1 ：wN (t h)一，f J (6)l 1 假设 L (t 为 网 格 服 务 资 源 提 供 结 点 S G ，(t )到 任 务结 点 的连接链 路，B S N()是结 点 g g _；N (t 中能 够给任 务 w ，(t 提供 最佳 服务 资源的 总 数，S N(t )是 结 点 S G N(t )中处 于 最 佳服 务状 态 下 的服 务 资 源 总 数，()为 结 点 s G ，()中每个服务资源提供服务的可靠性 根据假设，可 以得 到

17、相 对 静态 状态 下 任务 w ，(t )获得服务的可靠性为：R(s G ，(t )一 R(S N(t，)W N(t )一 N(t(B s N 1 一 J wN I l、J 。(7)根据静态状态下网格应用得到服务的可靠性 计算公式，可以得出在相对静态时间 t 内任务集 w(t )的可靠性 R(w(t )计算公式：腓 kh 眦)(1 1 J wN(t h、j (r (t)(1一 r ()N t(t (8)由此 可以得 到动 态状态下 网格一 个应 用 W 得 到 服务 的 町靠性 R(w)计算公 式：R(w)=R(W(t )一 (N i(G)R(L 1 )()h 一1 i 一1 J wN ()

18、、J (r (t )(1一 r，(t )N t(t 卜J (9)故动 态状 态下 网格 一个应 用 w 得到 服务 的可 靠 性 的数 学期 望 E(R(w)为：1 E(R(w)一 一*R(L ()是 (删(J。wN 、J (1 0)根据式(1 0)，得到应用 w 得到服务的可靠性 的均方 差(R(w)为：h (R(w)一 I R(L )R(s GN(t )一 E(R(W)I (1 1)说明：式(1 1)中的 E(R(w)即为等式(1 0)中的 E(R(w)的值 3 度量模型分析 动态 状 态下 网格 服 务 的可靠 性 度 量模 型 是 以 静止 状态下 网格 服务 的可靠性 度量模 型 为

19、基础，通 过对 网格中动态时段的服务状态分析，确定相对静 止状 态而建 立起来 的 从 动态 状 态 的前 提 条件，可 以确定相对静止的时间区间必定要大于等于 2，即”2 然 而 当 n=l时，从相 对静 止的 时问分 区和 L S ，一 维普资讯 http:/ 第 3期 董 亦 等：一种基 于网格 服务的可靠性度量模型 推导 出 的计算公 式 而论，可 以得 出它 就是静 止 状态 下网格服务的可靠性度量模 型 因此，对 于网格来 讲，无论服务状态是静止状态和动态状 态，都可 以 式子(9)、(1 0)和(1 1)来表示其度量模型，只是 当 一1时，表示 的是静止状态下网格服务的可靠性度

20、量 模 型；当 2时，表示 的 是 动态 状 态 下 网格 服 务的可靠性度量模型 在 网格 服 务 的 可靠 性 度 量 模 型 中，采 用 了 可 靠性、可靠性 的数学期 望、可靠 性 的均方 差等 三 个 方 面 来 反 映 网 格 中 服 务 在 可 靠 性 方 而 的 服 务 质量 对 于一个 网格来讲：(1)服务 的可靠性反 映 了任 务得 到最 佳资 源 服 务 的可 靠 性 大 小 服 务 的 可靠性越大，网格服务 的可靠性越好；反之，则 网 格服务的可靠性越差(2)服务 的可靠性 的数学 期望反 映了整个任 务在得到服务 时，其 服务资 源 提供服务 的可靠性 的均值大小 服

21、务 的可靠性 的 数学期望值越大，网格 整体 服务的平均 可靠性越 好；反之，则 网格 整体 服 务 的平 均可 靠性 越 差 (3)服 务 的可 靠 性 的 均方 差 反 映 了整 个 任 务 在 得 到服务 时，其服务资源提供 服务的可靠性 与其可 靠性均值 的偏离程度 服务 的可靠 性 的均 方差值 越大，则 服务与服 务之 间可靠性 的波 动越 大，网 格整体 服务 的可靠 性实现 的效 果越差；反之，则 服务与服务之间可靠性 的波 动越小，网格 整体服 务 的可 靠 性 实现 的效 果越 好 在网格服务的可靠性度量模型中，可以根据需 要用可靠性、可靠性 的数 学期望、可 靠性 的均

22、方差 中 的某一方 面或几个方 面对 网格 中服务 的可靠 性质量 进行度量 但有时必须将它们综合的加以考虑，如果 只就某一方 面的值就对 网格 中服 务的可 靠性 的质量 做出判断，有 可能 出现 度量 比较 片面 的甚 至 是 无法 比较的情况 例如：表 1 表示的是应用A在网格 S G A 中得到服务的服务状态和各服务资源提供服务的可 靠性；表 2 表示 的是应 用 A在 网格 B 中得 到服务 的服务状态和各服务资源提供服务的可靠性 表 1 应用 A 在网格 S G A 中得 到服 务的服务状态 和 各 服 务 资 源 提 供 服 务 的 可 靠 性 Ta b 1 Th e r e l

23、 i a b i l i t y of Appl i c a t i o n A i n Gr i d SGA 静止链路链路可靠性值 状 态 区间 提供服务资服务资源结点提 源网格结点 供服务的可靠性值 表 2 应用 A在 网格 S GB 中得到服务 的服务状态 和各服 务资源提 供服务的可靠性 Ta b 2 The r e l i ab i l i t y of Ap pl i c a t i on A i n Gr i d,S OB 相对静止 链路可靠 提供服务资源 服务资源结点提供服 状态 区间链路 性值 网格结点 务的可靠性值 从 表 1中可见，根据 度量 模 型可 以计算 出应 用

24、A在网格 S G A 中得 到服务 的可靠性、可靠性的数 学期望和可靠性 的均方差为：R(A)0 31 4 61，E(R(A)0 8 01 9 9，口(R(A)0 57 2 0 0 从 表 2中可见，根据 度量 模 型可 以推 出应用 A 在网格 S G B 中得到服务的可靠性可靠性、可靠性 的数学 期望 和可 靠性 的均 方差 为：R(A)0 31 461，E(R(A)0 7 9 72 3，口(R(A)0 3 51 O 5 从上面的计算结果，可 以得 出：应用 A在网格 S G A 中得到服务的可靠性与应用A在网格S G B得 到服务的可靠性是近似相等 的，而应用 A 在 网格 S G A

25、中得到服务的可靠性的数学期望与应用 A在 网格 S G A 和 网格 S G B 中得 到 服 务 的可 靠 性 的数 学期望也几乎近似相等，因此，从可靠性和可靠性 的数学期望两个方面而论，则会判断应用 A在这两 个 网格 中得 到服 务 的可靠 性服 务质 量是 一样 的，然 而，通过 比较可靠性的均方差，则发现应用 A在 网 格 S G A 中得到服务资源提供服务的可靠性与其可 靠性均值的偏离程度明显大于应用 A在 网格 S G B 中得到服务资源提供服务 的可靠性与其可靠性均 值的偏离程度，因此，应用 A在 网格 S G B中整体服 务 的可靠 性实 现 的效果 较好 4 结束语 本 文

26、对 网格 服 务 的可 靠 性 分 析是 建 立 在应 用 得 到服务 和服 务资 源 的基础 上，从 服 务状 态人手 提 出了网格服务 的可靠性度量模型 这一模型综合考 虑服务资源对应用得到服务 的可靠性影响，从实际 运用的角度对这度量模型进行了分析 实验表明，该模型具有较好 的可靠性 下一步，将对 网格 中服 务质 量 的其它性 能 进 行 度 量 并 建 立 网格 服 务 质量 的评测机制、预测机制 和主动修复机制，确保网格 中服务 的服务质 量 维普资讯 http:/ 3 6 华 中师范大学学报(自然科学版)第 4 l 卷 参考 文献：1 王 彬，余华山，许卓群，等科学计算资源网格服

27、务化研究与 实践 J 计算机研究与发 展，2 0 0 4，4 1(I 2)：2 i 2 8 2 I 3 4 2 杨胜文，史美林，姜进磊，等面向服务的学 习评价 网格安全 体系 J 清 华 大 学 学 报：自然 科 学 版 2 0 0 5，4 5(1 0)：1 2 4 5 1 2 4 8 3 L i M，v a n S a n t e n P，Wa l k e r D W，e t a 1 S Gr i d：a s e r v i c e o r i e n t e d mo d e l f o r t h e S e ma n t i c(；r i d J F u t u r e Ge n e

28、r a t i o n Co m p u t e r S y s t e m，2 0 0 4(2 0)：7 1 8 4 B u Gu a n y i n g，Xu g r i d J F u t u r e 2 0 0 4(2 0)：1 1 3-1 2 2 5 Zh i we i Ac c e s s Zh u g e Ha i Re s o u r c e a p p l i c a t i o n s J Th e 2 O O 4(7 2)：7 1-81 Ge n e r a t i o n Co m p u t e r i n se m ant l C S y s t e ms，s p

29、a c e mo d e l，i t s d e s i g n me t h o d a n d Sy s t e ms a n d S o f t wa r e，H e i ma n n D，Mi t t a l N，Tr i v e d i K S Av a i l a b i l i t y a n d r e l ia b i l i t y mo d e l i n g f o r c o mp u t e r s s y s t e ms_ J Ad v a n c e s i n Co mp u t e r s，1 9 9 0，31：1 7 5-2 3 3 A r e l i

30、a bi l i t y me a s u r e m e nt mo d e l f o r g r i d s e r v i c e D()NG Yi，CHEN I i n (Ea r t h q u a k e Ad mi n i s t r a t i o n o f F u j i a n P r o v i n c e，Fu z h o u 3 5 0 0 0 3)Ab s t r a c t：A r e l i a bi l i t y m e a s ur e me n t mo de l f o r t he s e r v i c e i n gr i d i s pr

31、o p o s e d ba s e d o n t he dy na mi c c h a r a c t e r i s t i c of s e r v i c e r e s ou r c e I n t h i s mo de l，t h e dy na m i c s t a ge of s e r v i c e i s di v i d e d i nt o a s e r i e s o f r e l a t i v e s t i l l n e s s s t a ge s，a n d t he di f f e r e n c e of e a c h r e l a

32、 t i ve s t i l l n e s s s t a ge de no t e s a c h a ng e o f t he s e r vi c e r e s our c e i n t h e s p e c i e s o r t he n u mb e r Th e r e l i a b i l i t y o f s e r v i c e，t h e ma t h e ma t i c a l e x p e c t a t i o n o f r e l i a b i l i t y a n d t h e me a n s q u a r e d e v i a t i o n o f r e l i a b i l i t y c a n b e wo r k e d o u t b y a n a l y z i n g t h e s e r v i c e t h a t a r e pr o v i de d b y t h e g r i d n o de s So t h e r e l i a b i l i t y q ua l i t y of s e r vi c e c a n be de t e r mi ne d i n gr i d 维普资讯 http:/