人工激素系统与自感知服务请求优化研究

# 人工激素系统与自感知服务请求优化研究 ## 1. 人工激素系统任务分配 ### 1.1 任务分配过程与延迟情况 在任务分配过程中，假设有三个处理单元（PE）依次检查分配任务 Ti 的可能性。当 PEγ 和 PEδ 进行检查时，PEϵ 成为胜者。在 PEδ 检查后，由于接收到加速器，其急切值增加。若之后 PEϵ 检查状态，此时 PEδ 成为胜者。但 PEδ 已检查过关于任务 Ti 的状态，在接下来的 m 个周期内不会重复检查。所以在最坏情况下，任务 Ti 要等到所有其他任务完成一个完整周期，即 m 个周期后才会再次被检查，之后相同情况可能再次出现。不过，最大周期数是有限的，因为只有当系统中某个任务被分配时，抑制器或加速器才会改变急切值。由此可知，在每个分配周期中至少会分配一个任务。在急切值可变的情况下，自配置的最坏情况时间行为为 m² 个周期。 ### 1.2 模拟结果分析 为了评估和展示人工激素系统方法的行为，我们实现了一个激素模拟器。首次模拟证实了自配置的最坏情况时间界限。同时发现，为了实现稳定的任务分配，加速器的值必须小于抑制器的值。原因在于，当一个任务被调度时，加速器会被发送到相邻单元以在附近分配协作任务。若加速器比抑制器强（抑制器用于防止任务分配到其他处理单元），任务分配将不稳定，因为修改后的急切值会持续增加。 在首次配置中，我们选择了一个包含 64 个处理单元和 64 个任务的网格，任务被分为 8×8 个协作任务组。假设任务为轻量级，选择了较弱的抑制器，这使得多个任务可以在一个处理单元上运行。模拟结果显示，协作任务被安排在相邻位置，在实际场景中这将减少通信开销，且任务集群集中，多个任务被调度到单个处理单元上。 第二次配置与第一次相同，唯一区别是选择了较强的抑制器，使得每个处理单元只能执行一个任务。结果显示，相关任务再次形成集群，这表明人工激素系统即使在满负荷情况下也能形成完整且集中的集群，体现了其高效性。 我们还测试了自优化功能，通过自发增加某个处理单元上任务的急切值。如预期，若急切值足够高且协作任务的加速器不强，任务会移动到该处理单元，这样我们还能移动整个“器官”进行优化。此外，模拟了一个或多个处理单元故障的情况，结果表明人工激素系统在有足够可用处理单元时能够重新分配受影响的任务。 ### 1.3 相关工作对比 | 方法 | 特点 | 与本文方法的差异 | | ---- | ---- | ---- | | Xavantes 网格中间件调度算法 | 使用中央元素（组管理器、进程管理器和活动管理器）进行任务分组 | 本文方法无中央任务分配实例，不存在单点故障问题 | | Fast Critical Path（FCP）和 Fast Load Balancing（FLB）算法 | FCP 确保遵守时间约束，FLB 确保每个处理器都被使用 | 本文方法能保证自配置的时间界限，且考虑了处理单元故障的情况 | | 分散式动态负载平衡方法 | 将任务视为受负载平衡力和通信力影响的粒子进行分配 | 本文方法能提供自配置的时间界限，并涵盖了自修复功能 | ## 2. 自感知服务请求优化 ### 2.1 背景与动机 在混合网络（如泛在区域网络）中，基于组件的服务组合虽有巨大优势，但由于其指数级复杂性，实时实现是一大挑战。高强度的服务请求会严重影响服务网关的性能稳定性。因此，我们提出了一种用于自主自修复系统的自感知服务请求优化算法。当系统处于过载状态无法处理更多服务请求时，网关不会拒绝服务，而是评估网关工作线程的工作量，并通过延迟服务请求来重新调度。 ### 2.2 相关工作比较 由于目前在自主自修复网络中控制服务请求负载方面的研究较少，我们主要从自主自管理功能的角度进行比较。 | 项目 | 目标与特点 | 不足 | 与本文方法差异 | | ---- | ---- | ---- | ---- | | RoSES 项目 | 旨在通过自配置解决管理故障，采用优雅降级实现可靠系统 | 某些故障无法通过系统配置消除，未满足自管理定义 | 本文方法使用自感知 PLC 机制，在自修复网络中有独特优势 | | HYWINMARC | 使用簇头在本地管理集群 | 未解释簇头选择标准，缺少移动代码执行环境规范 | 本文方法在实体分析、功能分类和功能合规性保证方面更完善 | ### 2.3 系统架构 在混合无线网络中，连接到网络的设备在功率、性能等方面存在差异。我们对客户端和网关架构进行了单独分类。 客户端和网关的自管理软件架构包含以下关键组件： - **正常功能模型（NFM）**：是一种依赖设备的本体，在网络配置时与 SMF 一起下载到设备上。它为移动用户在网关级别提供初始默认配置文件，并在用户级别实现设备功能控制。 - **客户端 SMF**：持续跟踪用户活动并将其发送到网关的 SMF。 - **网关 SMF**：将跟踪请求导向上下文管理器，更新用户的相关配置文件。 - **上下文管理器（CM）**：由轻量级目录访问协议（LDAP）目录组成，按预定时间间隔在网关目录中保存会话。政策管理器（PM）和服务管理器（SM）采用相同的注册方法来登记资源。 - **信任管理器**：使用基于声誉的信任管理方案处理公钥证书，根据受托人声誉决定信任因子以降低与未知和潜在恶意用户交互的风险。 ### 2.4 自感知服务请求优化机制 流量管理器接收来自集群内多个设备的简单对象访问协议（SOAP）请求，并将其重定向到 SMF 的其他内部部分。以下是具体的