專利名稱：一種基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，特別涉及基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任
務(wù)調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)格計算就是將地理上分布的、異構(gòu)的各種資源連接在一起，形成一臺虛擬的高 性能超級計算機(jī)，為用戶提供隨處可得并且可靠的計算能力。網(wǎng)格中的資源大多數(shù)都是 "固定的"，它們的位置基本不會發(fā)生變化，能夠提供較穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)處理能力。近 年來，隨著無線技術(shù)和移動技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了各式各樣的移動設(shè)備，如智能手機(jī)、PDA和 l即top等，這些移動設(shè)備也正在被納入到了網(wǎng)格系統(tǒng)中，成為網(wǎng)格系統(tǒng)的一部分，形成了移 動網(wǎng)格(Mobile Grid)。 當(dāng)移動設(shè)備作為網(wǎng)格資源時，由于移動設(shè)備自身的一些缺陷(不可靠的網(wǎng)絡(luò)連接 和有限的能量等)，資源的可用性和可靠性都大大降低。在進(jìn)行網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度時，這些因素 會影響到網(wǎng)格調(diào)度系統(tǒng)的整體性能。因此，在移動網(wǎng)格的任務(wù)調(diào)度算法中，要充分考慮到這 些缺陷給任務(wù)調(diào)度帶來的負(fù)面影響。 在移動網(wǎng)格中，移動設(shè)備與網(wǎng)格之間采用的是無線連接，這種連接是不穩(wěn)定的，移 動設(shè)備隨時都有可能與網(wǎng)格系統(tǒng)斷開連接。當(dāng)這種情況出現(xiàn)在任務(wù)執(zhí)行的過程中時，必然 會導(dǎo)致任務(wù)完成時間的增加。另一方面移動設(shè)備的能量也是有限的，在執(zhí)行任務(wù)期間必須 保證能量充足。否則，移動設(shè)備就沒有能量繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，而任務(wù)需要重新被調(diào)度。這種情 況也會使任務(wù)完成時間增加，整個調(diào)度系統(tǒng)的性能就會下降。
因此，有必要提供一種移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法來克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，充分考 慮移動資源的能量和網(wǎng)絡(luò)連接因素，優(yōu)先把任務(wù)分配給具備充足的能量并且完成時間較短 的機(jī)器，保證任務(wù)調(diào)度能夠成功進(jìn)行，提高調(diào)度系統(tǒng)的性能。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度 方法，包括如下步驟把網(wǎng)格中的所有資源加入資源集中；對于任務(wù)集中的每個任務(wù)，獲取 完成該任務(wù)總共需要的能量小于自身剩余可用能量的資源；獲取找到的資源執(zhí)行該任務(wù)的 任務(wù)執(zhí)行時間，進(jìn)而獲取期望完成時間；優(yōu)先調(diào)度期望完成時間較短的機(jī)器_任務(wù)對。 在本發(fā)明的一個實施例中，所述方法還包括步驟如果期望完成時間相同，優(yōu)先調(diào) 度執(zhí)行該任務(wù)總共需要的能量與剩余可用能量的比值較小的機(jī)器形成的機(jī)器_任務(wù)對。 在本發(fā)明的另一個實施例中，獲取完成該任務(wù)總共需要的能量包括接收任務(wù)數(shù)據(jù) 和發(fā)送計算結(jié)果需要的能量和進(jìn)行計算需要的能量。 在本發(fā)明的再一個實施例中，所述找到的資源執(zhí)行該任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行時間包括機(jī) 器進(jìn)行計算需要的時間以及機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)需要的時間。
3
在本發(fā)明的又一個實施例中，所述機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)需要的時間通過概率模型計算得 到。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法根據(jù)任務(wù)
執(zhí)行過程，獲取具備充足的能量完成任務(wù)的機(jī)器，再在所述找出的機(jī)器中獲取在最短時間
內(nèi)完成任務(wù)的機(jī)器，優(yōu)先調(diào)度該機(jī)器-任務(wù)對，從而減少由于不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接和設(shè)備有
限的能量對網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度所造成的影響，使得網(wǎng)格調(diào)度系統(tǒng)能夠獲得較好的性能。 通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明
的實施例。


圖1為本發(fā)明基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。
在對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)描述之前，先對移動網(wǎng)格中的資源，任務(wù)以及本方法使 用的參數(shù)進(jìn)行說明。
移動網(wǎng)格中資源 本發(fā)明提到的網(wǎng)格資源主要指移動設(shè)備，如智能手機(jī)、PDA和l即top等。對于某 一網(wǎng)格資源也可稱之為機(jī)器，它可提供一定的計算能力、存儲能力以及其它的網(wǎng)格服務(wù)。我 們把移動網(wǎng)格中的k個機(jī)器記為資源集M = {mi， m2， . . . ， mk}，每個機(jī)器在同一時間內(nèi)只能 執(zhí)行一個網(wǎng)格任務(wù)，直到任務(wù)完成才能執(zhí)行其它的任務(wù)。在調(diào)度的過程中，假設(shè)機(jī)器的狀態(tài) 信息都已經(jīng)保存在某一網(wǎng)格服務(wù)器上。機(jī)器的狀態(tài)信息主要包括就緒時間、剩余能量和網(wǎng) 絡(luò)連接狀態(tài)等信息。
移動網(wǎng)格中任務(wù) 網(wǎng)格中n個相互獨立的任務(wù)可以表示為任務(wù)集T = {tp t2，. . . ， tn}。為了便于分 析問題，我們假設(shè)網(wǎng)格環(huán)境下提交的任務(wù)為元任務(wù)，滿足兩個條件一，每個任務(wù)都是原子 的和獨立的，任務(wù)之間沒有通訊和數(shù)據(jù)依賴；二，每個機(jī)器一次只能執(zhí)行一個任務(wù)，當(dāng)一個 任務(wù)被執(zhí)行完成之后才能執(zhí)行下一個任務(wù)。機(jī)器執(zhí)行一個網(wǎng)格任務(wù)分為三個階段數(shù)據(jù)輸 入階段、任務(wù)執(zhí)行階段和結(jié)果輸出階段。
參數(shù)定義 tinj表示機(jī)器處于網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下接收第j個任務(wù)的原始數(shù)據(jù)所需的時間；
V'表示機(jī)器i計算第j個任務(wù)需要的時間； t。utj表示機(jī)器處于網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下發(fā)送第j個任務(wù)的計算結(jié)果數(shù)據(jù)所需的時間； P。。m表示機(jī)器處于網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的概率； Pdis。表示機(jī)器處于網(wǎng)絡(luò)斷開狀態(tài)的概率； a表示機(jī)器處于連接狀態(tài)時網(wǎng)絡(luò)斷開連接的概率； |3表示機(jī)器處于斷開狀態(tài)時網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接的概率； Bavaii表示機(jī)器i剩余可用能量； R?！贡硎緳C(jī)器i在接收(或發(fā)送) 據(jù)時單位時間內(nèi)消耗的能量；

說明。

表示機(jī)器i進(jìn)行計算時單位時間內(nèi)消耗的能量。 下面將對本發(fā)明基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法依據(jù)的理論進(jìn)行
機(jī)器完成任務(wù)需要的能量
在把任務(wù)分配給機(jī)器之前，首先確定該機(jī)器是否有足夠的能量來執(zhí)行這項任務(wù)。 只有當(dāng)機(jī)器有足夠的能量時，才有必要進(jìn)一步考慮是不把任務(wù)分配給它執(zhí)行。假設(shè)機(jī)器與 網(wǎng)格系統(tǒng)斷開連接時消耗很少的能量，可以忽略不計。機(jī)器i完成任務(wù)j總共需要的能量
Eij分為兩部分一是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)需要的能量；二是機(jī)器進(jìn)行計算需要的能量。即
五々=《+ /i,)i L 滿足條件Eij〈 B二。,的機(jī)器能夠保證執(zhí)行任務(wù)不受能量的影響。
機(jī)器完成任務(wù)所需的時間 在機(jī)器執(zhí)行任務(wù)的三個階段中，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和結(jié)果輸出時會受到不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連 接的影響。如果在進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和結(jié)果輸出時網(wǎng)絡(luò)連接斷開，調(diào)度系統(tǒng)就需要等待網(wǎng)絡(luò)連 接恢復(fù)，這必將影響任務(wù)的完成時間(Makespan)。因此在進(jìn)行任務(wù)映射的時候，應(yīng)該盡量選 擇Makespan較小的機(jī)器。 移動設(shè)備只會處于兩種狀態(tài)連接狀態(tài)和非連接狀態(tài)。兩者轉(zhuǎn)換的概率分別是a 和P，兩者均服從泊松分布。由此可以得到下面兩等式
Pram+Pdisc = 1和a Pc。m = |3 Pdisc由上式計算可得尸_ = ^ ，尸^ = ^
下面來計算傳輸數(shù)據(jù)需要的時間 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)處于連接狀態(tài)下傳輸數(shù)據(jù)需要時間為t，則機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)時實際需要的 時間為g(t)，顯然g(t) >t。 機(jī)器的初始狀態(tài)有兩種網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)斷開狀態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下傳輸 數(shù)據(jù)的時間為g。(t)，在網(wǎng)絡(luò)斷開狀態(tài)下傳輸數(shù)據(jù)的時間為gd(t)。
假定任務(wù)傳輸數(shù)據(jù)需要時間為o 。
(1)機(jī)器初始狀態(tài)為網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài) 在t時刻，機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)所需時間可表示為g。(t+o )-g。(t)，分為兩種情況
a.傳輸過程中網(wǎng)絡(luò)一直處于連接狀態(tài)。傳輸數(shù)據(jù)需要的時間為o ，概率為e—a° ;
b.傳輸過程中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷連。傳輸數(shù)據(jù)需要的時間為0+13—、概率為l_e—"，其 中工為網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接平均需要等待的時間。
因此，機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)所需時間可表示為
gc(t+o )-gc(t) = o e—a 。 + (1-e—a o) 下面計算網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下傳輸數(shù)據(jù)的時間gc(t)
,3] ^ = lim" + ^.(,)，把上式代人可得f = 1 + ; 改 ?！?CT 改 所以gc(t)二(l + ，)t (2)機(jī)器初始狀態(tài)為網(wǎng)絡(luò)斷開狀態(tài)。此時需要13—1的時間恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接，則
5<formula>formula see original document page 6</formula> 綜合(1)和(2)兩種情況，機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)需要時間為
<formula>formula see original document page 6</formula>
因此，第i個機(jī)器完成第j個網(wǎng)格任務(wù)的執(zhí)行時間為<formula>formula see original document page 6</formula> Tij是指執(zhí)行任務(wù)需要的時間，其中V'是機(jī)器進(jìn)行計算需要的時間，它不受到網(wǎng)絡(luò) 連接的影響。任務(wù)在被執(zhí)行之前可能機(jī)器正在執(zhí)行其它的任務(wù)，需要等待機(jī)器就緒，用di表 示機(jī)器i的就緒時間。因此，任務(wù)j在機(jī)器i上的期望完成時間可表示為ECTij = Tij+di。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法的具體步驟。
步驟Sll，不考慮資源的網(wǎng)絡(luò)連接狀況，把網(wǎng)格中的所有資源都加入到資源集M 中； 步驟S12，對于任務(wù)集T中的每個任務(wù)，找出完成該任務(wù)總共需要的能量小于自身 剩余可用能量的資源，即找出所有滿足條件Eij <3，的機(jī)器。 步驟S13，計算找到的資源執(zhí)行該任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行時間Tij，得到任務(wù)的期望完成 時間ECTij。 步驟S14，判斷是否存在期望完成時間相同，如果存在，繼續(xù)下一步，如果不存在， 轉(zhuǎn)步驟S16 ; 步驟S15，優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行該任務(wù)總共需要的能量與剩余可用能量的比值(Ei/
Bavaii)較小的機(jī)器形成的機(jī)器_任務(wù)對；轉(zhuǎn)步驟S17 ; 步驟S16，優(yōu)先調(diào)度期望完成時間較短的機(jī)器-任務(wù)對； 步驟S17，更新任務(wù)集和機(jī)器狀態(tài)； 步驟S18，判斷任務(wù)集T是否為空，如果否，轉(zhuǎn)步驟S12，如果是，結(jié)束。 由上可知，本實施例基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法結(jié)合經(jīng)典的
Min-Min調(diào)度算法以及移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度的特點，根據(jù)任務(wù)執(zhí)行過程，計算能量消耗，并通
過一個概率模型計算出能夠各個資源完成任務(wù)需要的時間，選擇可用的資源("可用的資
源"主要是指具備充足的能量并且能在較短的時間內(nèi)完成網(wǎng)格任務(wù)的資源)參與調(diào)度，盡量
減少由于不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接和設(shè)備有限的能量對網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度所造成的影響，使得網(wǎng)格調(diào)
度系統(tǒng)能夠獲得較好的性能。 以上結(jié)合最佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實施 例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進(jìn)行的修改、等效組合。
權(quán)利要求
一種基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，包括如下步驟把網(wǎng)格中的所有資源加入資源集中；對于任務(wù)集中的每個任務(wù)，獲取完成該任務(wù)總共需要的能量小于自身剩余可用能量的資源；獲取找到的資源執(zhí)行該任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行時間，進(jìn)而獲取期望完成時間；以及優(yōu)先調(diào)度期望完成時間較短的機(jī)器-任務(wù)對。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于， 還包括步驟如果期望完成時間相同，優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行該任務(wù)總共需要的能量與剩余可用能量的比值 較小的機(jī)器形成的機(jī)器_任務(wù)對。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于， 獲取完成該任務(wù)總共需要的能量包括接收任務(wù)數(shù)據(jù)和發(fā)送計算結(jié)果需要的能量和進(jìn)行計 算需要的能量。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于， 所述找到的資源執(zhí)行該任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行時間包括機(jī)器進(jìn)行計算需要的時間以及機(jī)器傳輸 數(shù)據(jù)需要的時間。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于， 所述機(jī)器傳輸數(shù)據(jù)需要的時間通過概率模型計算得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于能量和時間約束的移動網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，包括如下步驟把網(wǎng)格中的所有資源加入資源集中；對于任務(wù)集中的每個任務(wù)，獲取完成該任務(wù)總共需要的能量小于自身剩余可用能量的資源；獲取找到的資源執(zhí)行該任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行時間，進(jìn)而獲取期望完成時間；優(yōu)先調(diào)度期望完成時間較短的機(jī)器-任務(wù)對。本方法減少由于不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接和設(shè)備有限的能量對網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度所造成的影響，使得網(wǎng)格調(diào)度系統(tǒng)能夠獲得較好的性能。
文檔編號G06F9/50GK101751298SQ20091027331
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者劉磊, 李春林, 申智勇 申請人:武漢理工大學(xué)