CN106302170B

CN106302170B - 一种无线云计算***的资源分配方法

Info

Publication number: CN106302170B
Application number: CN201610842392.5A
Authority: CN
Inventors: 张源; 张佳乐; 郑军
Original assignee: Southeast University
Current assignee: White Box Shanghai Microelectronics Technology Co ltd
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2036-09-22
Also published as: CN106302170A

Abstract

本发明公开了一种无线云计算***的资源分配方法，通过计算最长路径的方式计算工作流中各个任务节点的优先级，然后通过优先级寻找PCP，得到若干条有先后顺序的PCP段，以局部最优方式按照顺序将各段PCP映射到AP当中，当某对AP之间没有连接却需要有数据传输时，将数据路由到其他AP，间接完成传输。本发明通过PCP的映射过程，完成对任务的映射过程，此过程中使关联性较强的任务分配于同一AP当中，减少了任务间数据的传输时间。其次，在PCP的分配过程中考虑到了让PCP至AP的映射更加的均衡，并且针对无线通信中AP之间并非全联通的情况，设置了路由算法，将若干AP连接起来，使之协作起来处理一个工作流，减少了单个工作流的处理时间，提高了***性能。

Description

一种无线云计算***的资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信，尤其是一种无线微云***中将多个AP协作调用，使之共同处理工作流的无线云计算***的资源分配方法。

背景技术

智能移动终端(Smart Mobile Device，SMD)的出现将桌面计算方式发展到移动计算方式，分布式计算***的发展又为我们带来了移动云计算。移动计算的概念由传统的桌面计算发展而来，传统桌面计算中涉及的设备包括台式计算机、服务器等位置固定的设备，设备之间有线连接，由电源供电，通信链路稳定，实现了基本的数据访问、资源共享的目的，但设备位置固定的特性将用户限制在办公室中。

同时，在其他方面，移动云计算也有一定的问题亟待解决。首先，智能移动终端访问远端云计算中心的通信延时较长，而且难以估计，减弱了用户体验，尤其对交互性强的应用影响很大；另一方面，移动应用的转移模块穿过复杂的Internet网络到达云计算中心的过程中，用户数据的安全和隐私得不到保证；而通过在发送端应用复杂的加密技术提高数据安全，会给原本就资源受限的智能移动设备带来更大的计算压力；数据的安全问题也同样会出现云计算中心，大型云计算中心更容易遭受攻击。

针对移动云计算中存在的问题，微云的概念被提出，微云由智能移动设备周边的一个或多个资源丰富的计算机组成，旨在以最小的安全风险，最短负载转移距离，以及最小通信时延增强智能移动设备的性能。

与本发明最接近的现有技术即文献Abrishami S,Naghibzadehand M,J.Eperma DH.“Deadline-constrained workflow scheduling algorithms for Infrastructure asa Service Clouds”,Future Generation Computer Systems,vol.29,no.1,pp.158-169,2013，在该文献中，给出了IC-PCP的寻找方法和分配方法，本发明中的PCP分配方法不同于该方法，是一种结合HEFT算法对IC-PCP修改得到的算法，且当AP间非全联通或AP间信道带宽较小的时候，该论文中方法将不再适用，且本领域技术人员无法根据常识解决其不适用的缺陷，本专利针对上述情景，提出了一种新的PCP分配方案，使AP的负载更加趋于均衡且可以通过路由有效解决AP间非全联通带来的问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种无线协作微云***的资源调度方法，通过将若干AP的协作调度，使之共同处理一个工作流，减少了单个工作流的平均处理时间，提高了***性能。同时，通过资源的分配，负载的均衡使得资源的利用率有所提高。

技术方案：一种无线云计算***的资源分配方法，包括以下步骤：

(1)计算工作流的任务n任务节点权值和任务n到任m边的权值；

(2)计算每个任务的优先级；

(3)找到剩余任务中优先级最高的任务n，n对PCP进行初始化。设任务n的后驱任务有r个，分别为m1，m2，…，mr；

(4)去除m1，m2，…，mr中前驱未全部被分配至任何PCP段的任务，剩余的任务中取优先级值最大的任务加入该段PCP，一直分配下去，直到没有符合条件的任务，该段PCP分配完成；

(5)逐个检查该段PCP中的任务，完成新一段PCP的分配，直到所有的任务都被分配至PCP段中；

(6)如果不存在可分配AP，则将所有的AP设置为可分配，找到可分配PCP段的AP，计算PCP段分配至可分配AP的EFT，比较一段PCP在各个可分配AP中的EFT，选取使EFT有最小的值的AP作为该段PCP的映射AP；

(7)当选取过程中，选取AP得到的EFT为无穷时，逐一分析该段PCP中的任务，如果任务的前驱到该任务传输时间为无穷，进行路由；

(8)确定起点AP和终点AP，接着找出通过最短跳数连接两个AP的路径，将该路径作为路由路径。

进一步的，步骤(1)中所述任务n任务节点权值为该节点的任务处理延时其中I为任务的任务量，为平均每个AP的处理速度；所述任务n到任m边的权值为传输延时其中Transferdata为任务间传输的任务量，为AP间平均链路的带宽。

进一步的，所述步骤(2)具体为：计算出每个任务节点到结束任务n_exit的最长路径的值，将该值作为每个任务的优先级。

进一步的，计算出每个任务节点到结束任务n_exit的最长路径的方法具体为：设n任务的后驱任务有r个，分别为m₁,m₂,...,m_r，则任务n的优先级为其中设定初值即结尾任务n_exit的优先级I_exit为结尾任务的任务量。

进一步的，步骤(4)具体为：假设两个集合α和β，α内部放入已经被分配至PCP的任务，β内放入未分配至PCP的任务，α的初始值为一个空集，之后按照优先级rank的顺序，寻找PCP段；对于m₁,m₂,...,m_r中任务m_i，其中m_i的所有的前驱任务有q个，分别为l₁,l₂,...,l_q，如果l₁,l₂,...,l_q都已经在α中，则m_i得以保留，并继续分配，直到没有符合条件的任务，该段PCP分配完成。

进一步的，步骤(5)具体为：逐个检查该段PCP中的任务，如果该段PCP中的任务的后驱任务中存在该任务的前驱全部都分配至PCP的任务，则开始对下一段PCP进行分配，直到所有的任务都被分配至PCP段中。

进一步的，所述步骤(8)具体为：设需要进行路由的起始AP为AP_from，路由的终点AP为AP_to，设经过一跳增加跳数，找出AP_from可以到达的AP，如果当中没有AP_to，则继续寻找路由路径，找出两跳AP_from可以到达的AP，如果其中依然没有AP_to，则继续增加跳数，直到找出可以到达AP_to的路径为止，将该路径作为路由路径。

有益效果：首先，本发明提出了一种基于PCP的任务分配方式，通过PCP的映射过程，完成对任务的映射过程，此过程中使关联性较强的任务分配于同一AP当中，减少了任务间数据的传输时间。其次，在PCP的分配过程中考虑到了让PCP至AP的映射更加的均衡，在以往的PCP分配方式中，当AP之间的信道带宽过于的小的时候，如果按照最优的选择方式，可能造成有些AP永远分配不到PCP，而本发明中通过强制将AP设置为可分配不可分配两种状态，避免了这种情况。最后，本发明针对无线通信中AP之间并非全联通的情况，设置了路由算法，将若干AP连接起来，使之协作起来处理一个工作流，减少了单个工作流的处理时间，提高了***性能。

附图说明

图1是移动协作微云计算调度方式示意图；

图2是一个10点工作流示意图；

图3是该无线云计算***的资源分配方法流程图；

图4是步骤1～2计算工作流中任务优先级流程图；

图5是步骤3～5寻找PCP流程图；

图6是步骤6～8PCP映射到AP及寻找路由路径流程图。

具体实施方式

下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。

任务流中任务有一定的先后顺序，所有的任务必须等待它的所有前驱都执行完毕才可以执行，则我们需要设定优先级去衡量任务的执行顺序。在任务到AP(WirelessAccess Point)的映射过程当中，可以将具有一定前后关系的任务是可以分配在同一个PCP(Partial Critical Path)段内，位于同一段PCP中的任务一定分配于同一个AP，则该段PCP内的任务间的数据传输时间为0，这样通过PCP分配到AP减少了AP间传输的总数据量。在上述PCP映射过程中，需要考虑两个条件，一方面，希望各个PCP段在AP中分布的更均匀些，可以保证负载更加均衡，另一方面，需要PCP选取局部最优的AP，使其在更短的时间内被完成。当存在AP之间非全联通的情况，任务之间的数据无法直接到达，需要通过路由到其他的AP完成对数据的传输。

如图1所示，一种无线云计算***的资源分配方法，包括以下步骤：

(1)移动应用被分解为多个任务块，任务之间具有数据依赖关系，形成一个工作流，如图2所示，以一个简单工作流为例，其中工作流的内部有相应的权值，首先计算工作流的任务n任务节点权值和任务n到任m边的权值；任务n任务节点权值为该节点的任务处理延时其中I为任务的任务量，为平均每个AP的处理速度；所述任务n到任m边的权值为传输延时其中Transferdata为任务间传输的任务量，为AP间平均链路的带宽。

(2)计算每个任务的优先级，具体为：计算出每个任务节点到结束任务n_exit的最长路径的值，将该值作为每个任务的优先级。计算出每个任务节点到结束任务n_exit的最长路径的方法具体为：设n任务的后驱任务有r个，分别为m₁,m₂,...,m_r，则任务n的优先级为其中设定初值即结尾任务n_exit的优先级I_exit为结尾任务的任务量。

如图4所示，通过结束任务逐步向前搜索，当一个任务的后驱任务的优先级已知之后，可以求得该任务的优先级的值。我们假设有一个集合x，其中放入已知优先级的额任务，首先结尾任务的优先级可求，将其放入x中初始化，对于集合x中的所有任务，找出这些任务的前驱，去重并放入集合temp中，接着逐个分析temp中的任务，如果该任务的所有后驱任务都在x中，该任务得以保留，则通过以上方式，temp中任务的优先级可求，同时更新x中任务，继续上述过程，直到所有的任务都在集合x中。

(3)如图5所示，找到剩余任务中优先级最高的任务n，n首先加入该段PCP中，即n对PCP进行初始化，设其后驱任务有r个，分别为m1，m2，…，mr；

(4)去除m1，m2，…，mr中前驱未全部被分配至任何PCP段的任务，剩余的任务中取优先级值最大的任务加入该段PCP，一直分配下去，直到没有符合条件的任务，该段PCP分配完成；具体为：假设两个集合α和β，α内部放入已经被分配至PCP的任务，β内放入未分配至PCP的任务，α的初始值为一个空集，之后按照优先级rank的顺序，寻找PCP段；对于m₁,m₂,...,m_r中任务m_i，其中m_i的所有的前驱任务有q个，分别为l₁,l₂,...,l_q，如果l₁,l₂,...,l_q都已经在α中，则m_i得以保留，并继续分配，直到没有符合条件的任务，该段PCP分配完成。

(5)逐个检查该段PCP中的任务，完成新一段PCP的分配，直到所有的任务都被分配至PCP段中；具体为：逐个检查该段PCP中的任务，如果该段PCP中的任务的后驱存在该任务的前驱全部都分配至PCP的任务，则开始新一段PCP进行分配，重复以上过程建立新的PCP段直到所有的任务都被分配至PCP段α中。

(6)如图6所示，通过上一个步骤，找到了各段PCP，之后按照顺序，将各段PCP映射至AP中。如果不存在可分配AP，则将所有的AP设置为可分配，找到可分配PCP段的AP，计算PCP段分配至可分配AP的EFT(Estimated Finish Time)，比较一段PCP在各个可分配AP中的EFT，选取使EFT有最小的值的AP作为该段PCP的映射AP；

具体的：对于一个AP，它有两种状态即可分配和不可分配。当一个可分配状态的AP被分配给了某个PCP之后，它的状态将装变为不可分配。这样将PCP一直分配下去，直到所有的AP都变为不可分配的状态时候，将所有AP的状态还原为可分配，之后继续进行PCP的映射过程。对于一段PCP，把该段PCP最后一个任务的EFT作为该段PCP的EFT，通过比较一段PCP在各个可分配AP中的EFT，选取使其EFT最小的AP作为选择AP。假设对于任务m，m的所有的前驱任务有q个，设为l1,l2,...,lq，任务m分配于APi，切此时已经分配给APi的任务有k个，分别为t1,t2,...,tk，则任务m的EFT如公式(2)所示，其中EST(Estimated Start Time)表示为公式(3)，公式中(3)RRT(Resource Ready Time)表示为公式(4)，TRT(TAsk Ready Time)表示为公式(5)，其中公式(5)需要说明一下，当有前后驱关系的两个任务分配在同一个AP的时候，两个任务间数据传输时间即TT为0。则通过以上公式逐次求得PCP任务的EFT，

可以得到该段PCP的EFT。

EFT(m)＝EST(m)+ET_m (2)

EST(m)＝max{RRT(AP_i),TRT(m)} (3)

RRT(AP_i)＝max{EFT(t₁),EFT(t₂),...,EFT(t_k)} (4)

(7)当选取过程中，选取AP得到的EFT为无穷时，需要进行路由以达到数据的传递，此时，该段PCP已经选择好了要分配的AP。首先，逐一分析该段PCP中的任务，如果任务的前驱到该任务传输时间为无穷，则找到无法直接连接的两个AP，寻找路由路径，进行路由；

(8)确定起点AP和终点AP，接着找出通过最短跳数连接两个AP的路径，将该路径作为路由路径；设需要进行路由的起始AP为AP_from，路由的终点AP为AP_to，设经过一跳增加跳数，找出AP_from可以到达的AP，如果当中没有AP_to，则继续寻找路由路径，找出两跳AP_from可以到达的AP，如果其中依然没有AP_to，则继续增加跳数，重复上述过程，直到找出可以到达AP_to的路径为止，将该路径作为路由路径。

这里对图2中10点工作流举一个例子。假设对于一个10点工作流，其结构如图2所示，下面设置具体的参数，假设每个AP的处理速度P都为10000MIPS(Million InstructionPer Second)，则在数据传输过程中，设AP间带宽B都为106bit/s，则其任务号对应的任务量I如表1所示，其单位为MI(Million Instruction)。

表1任务量

任务号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											任务量	0	1339000	1383000	1336000	1378000	1037000	1059000	1088000	1755000	0

其任务间传递的数据量Transferdata如表2所示，数据量单位为bit。

表2任务间传递的数据量Transferdata

假设有4个AP，其联通状况如表5所示，其中表内的值为1表示该路径联通，为0表示不联通，例如，表格中第2行第3列的标号为1，表示从AP1到AP2联通。

表3AP之间的连接关系

AP号	1	2	3	4
					1	0	1	0	0
2	1	0	1	0
					3	0	1	0	1
4	0	0	1	0

下面按照步骤完成任务的映射过程：

①将表1中数据除以表2中数据除以即可得到图2中工作流的各任务节点权值和边权值。

②则任务9的rank值任务6的后驱只有任务9则同理按照上述方法，得到rank值如表4。

表4各任务节点rank值

③～⑤首先选择任务1开始寻找，任务1放入PCP当中，之后看任务1的后驱即[2,3,4,5]，四个任务的前驱都只是任务1，则选择rank值最大的任务5放入该段PCP当中，之后看任务5的后驱任务8，任务8的前驱为[2,4,5]，其中任务2,4没有被分配进入任何一段PCP，则此段PCP寻找完成，该段PCP为[1,5]，接下来分析此PCP。任务1的未被分配的后驱[2,3,4]，在未分配出去的任务中取rank最大值的任务，为任务3，其后驱为7，对于任务7，其前驱为任务[3,4]，任务4并没有被分配出去，则此段PCP分配完成，为[3]，接下来分析此段PCP，没发现符合要求的任务，结束。回到对任务1的分析，它未被分配的后驱[2,4]，取rank比较大的也就是任务2，任务2的后驱为[6,8]，两者都不符合加入PCP，此段PCP分配结束。按照上述方法一直取下去。其PCP分配的结果如表5。

表5PCP分配结果

PCP标号	1	2	3	4	5	6
							包含任务	1,5	3	2	4,8	7	6,9,10

⑥～⑧对于第一段PCP即[1,5]，其分配至AP1，对于任务1，其EFT为0，对于任务5，其前驱只有任务1，则该段PCP的EFT(即任务5的EFT)1378000/P＝137.8，此时AP1设置为不可分配。接下来分配第二段PCP即[3]，任务3的前驱为任务1，任务1的EFT为0，在剩余可分配的AP2，AP3，AP4中，它们的RRT都为0，则PCP的分配给AP1的EFT(即任务3的EFT)为max{0+0/B,0}+1383000/P＝138.3，同理计算出在该段PCP可分配在AP3和AP4的EFT分别为138.3与138.3，则按照顺序将该段PCP映射给AP2，得到任务3的EFT为138.3，此时AP2设置为不可分配。之后分配第三段PCP即[2]，它的前驱为任务1，其EFT为0，其在剩余可分配的AP3，AP4中的RRT都为0，则PCP分配给AP3的EFT为max{0+0/B,0}+1339000/P＝133.9，同理该段PCP分配在AP4的EFT(即任务2的EFT)也为133.9，则我们顺序选择将该段PCP映射给AP3，任务2的EFT为133.9，AP3设置为不可分配。接着对第四段PCP即[4,8]进行分配，此时可分配的AP为AP4，其RRT为0，对于任务4，其前驱任务1的EFT为0，则任务4的EFT＝max{0+0/B,0}+1336000/P＝133.6，对于任务8，它的前驱为[2,4,5]，这些前驱分配的AP号为[3,4,1]，对于任务4，它和任务8在同一个PCP中，两者的传输延时不计，对于任务2，它映射在AP3，AP3到AP4可以直接传输，传输延时为8.873456。对于任务5，它位于AP1，而AP1到AP4无法直接传输，我们需要寻找AP1到AP4的路由路径，AP1的连接路径为AP2，则以AP1为起点，路由一跳的路径为[1,2]，没有到达AP3，继续寻找。以AP1为起点，路由两条的所有路由路径为[1,2,1],[1,2,3]，也没有到达AP4，以AP1为起点，路由三跳的所有路由路径为[1,2,1,2],[1,2,3,2],[1,2,3,4]，其中后一条路径到达AP4，则选择该条路径为路由路径，此时AP4的RRT为任务4的EFT，即为133.6，则任务8的EFT为max{max{137.8+7853276/B*3,1383+8873456/B,133.6},133.6}+1088000/P＝270.1598，此时AP4设置为不可分配。之后所有的AP都设置为不可分配了，则重新把所有的AP设置为可分配。按照这种方法继续下去，直到所有的PCP段分配完成，则完成了任务到AP的映射过程。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)计算工作流的任务n任务节点权值和任务n到任m边的权值；

(2)计算每个任务的优先级；

(3)找到剩余任务中优先级最高的任务n，n首先加入PCP段中，以对该段PCP进行初始化；设任务n的后驱任务有r个，分别为m1，m2，…，mr；

(7)当选取过程中，选取AP得到的EFT为无穷时，逐一分析该段PCP中的任务，如果任务的前驱到该任务传输时间为无穷，则找到无法直接相连的两个AP，寻找路由路径，进行路由；

2.根据权利要求1所述的一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，步骤(1)中所述任务n任务节点权值为该节点的任务处理延时其中I为任务的任务量，为平均每个AP的处理速度；所述任务n到任m边的权值为传输延时其中Transferdata为任务间传输的任务量，为AP间平均链路的带宽。

3.根据权利要求1所述的一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：计算出每个任务节点到结束任务n_exit的最长路径的值，将该值作为每个任务的优先级。

4.根据权利要求3所述的一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，计算出每个任务节点到结束任务n_exit的最长路径的方法具体为：设n任务的后驱任务有r个，分别为m₁,m₂,...,m_r，则任务n的优先级为其中设定初值即结尾任务n_exit的优先级I_exit为结尾任务的任务量。

5.根据权利要求1所述的一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，步骤(4)具体为：假设两个集合α和β，α内部放入已经被分配至PCP的任务，β内放入未分配至PCP的任务，α的初始值为一个空集，之后按照优先级rank的顺序，寻找PCP段；对于m₁,m₂,...,m_r中任务m_i，其中m_i的所有的前驱任务有q个，分别为l₁,l₂,...,l_q，如果l₁,l₂,...,l_q都已经在α中，则m_i得以保留，并继续分配，直到没有符合条件的任务，该段PCP分配完成。

6.根据权利要求1所述的一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，步骤(5)具体为：逐个检查该段PCP中的任务，如果该段PCP中的任务的后驱任务中存在该任务的前驱全部都分配至PCP的任务，则开始新一段PCP进行分配，直到所有的任务都被分配至PCP段中。

7.根据权利要求1所述的一种无线云计算***的资源分配方法，其特征在于，所述步骤(8)具体为：设需要进行路由的起始AP为AP_from，路由的终点AP为AP_to，设经过一跳增加跳数，找出AP_from可以到达的AP，如果当中没有AP_to，则继续寻找路由路径，找出两跳AP_from可以到达的AP，如果其中依然没有AP_to，则继续增加跳数，直到找出可以到达AP_to的路径为止，将该路径作为路由路径。