探析网格虚拟地理环境及其关键技术研究

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1、分类号UDC密级——单位代码!Q151网格虚拟地理环境及其关键技术研究吴娴指导教师赵德鹏职称教授学位授予单位大连海事大学申请学位级别博士研究生学科与专业交通信息工程及控制论文完成日期2006年12月论文答辩日期2007年3月答辩委员会主席2：国(摘要运用虚拟现实技术模拟海上交通与控制，可以提供一个用户与计算机系统自然交互的三维人机界面。为了进一步提高用户与地理信息系统交互的深度与广度，突破传统图形用户界面，1995年以来，在中国科学院院士陈述彭先生的指导下，逐步形成了虚拟地理环境(VirtualGeographi

2、cEnvironment,VGE)的概念。基于传统分布式网络基础上发展的VGE，在应用范围不断扩大、涉及领域不断增多、计算量不断增大的要求下，暴露出越来越多的缺陷，如不能实现资源的动态调度、不能消除信息孤岛、不能生产或创造知识等。而作为第三代互联网技术的网格技术，由于其核心就是屏蔽异构数据、消除信息孤岛、动态合理的调度资源、协同完成用户请求的特点成为解决当前阻碍VGE发展的最佳方法。鉴于此，本文首次提出了网格虚拟地理环境(GridVirtualGeographicEnvironment。Grid．VGE)的概念，

3、并根据开放网格服务框架及其以服务为核心的理念提出了构建Grid-VGE的理论框架与软件框架，同时从整体到局部对其进行了分析探讨。由于Grid-VGE中多是涉及多学科、多领域的复杂应用，如何将其简单化，是当前Grid．VGE发展中急需解决的～个问题。经过详细分析发现，Grid．VGE中的应用属于BoT型应用(BagofTasks)，即被分解成若干任务的应用程序，其中的各个任务之间相互独立，几乎没有数据依赖关系，而BoT型应用经国内外专家及实践证明是最适合在网格环境中运用的。针对Grid．VGE的这一应用特点，本文首

4、次引入Bemstein条件作为分解用户请求的依据。通过运用Bemstein条件层层分解用户请求，并且记录在分解过程中形成的任务之间的拓扑关系，直到任务集中的任意两个任务都满足Bemstein条件。最终形成由若干功能单一、粒度适当的任务组成任务集，按逻辑顺序合理调度其中的任务，以达到缩短响应用户请求时间的耳的。试验证明，提交同样的用户请求在分解后任务粒度适合的情况下，确实比未分解情况性能要好，即分解后的响应时间比未分解的要少。分解后的任务面临着如何调度才能最优的利用Grid—VGE中资源的问题。虽然目前已经存在一些

5、可以提高网格性能的动态资源调度算法，如动态FPLTF算法、WQ算法、Min-rain算法等，但是它们极少考虑正在执行任务的节点由于人为或非人为原因导致该节点性能大幅度下降时，造成原调度任务的完成时间被无限期延长的情况。另外，虽然也存在考虑节点某个时间点性能的调度算法，如Sufferage算法，但是该算法不能预测未来一段时间内该节点的性能情况，即节点的稳定性。可以说，网格资源调度问题仍然是一个NP问题。而Grid．VGE中应用的实时性及高计算量的特性，使得在进行节点与任务映射时，不仅需要考虑节点所能提供的性能，而且

6、需要考虑节点在一段时间内的稳定性。根据这个要求，本文首次将节点的稳定性作为选择节点的判断条件，由此提出了基于节点信任度的网格资源调度算法(CreditableSchedulingAlgorithm，CSA)。通过运用网格模拟器GridSim的验证，CSA调度算法在任务异构性与节点异构性足够大的情况下，性能都优于上述提到的各个调度算法，也更适合Grid．VGE的要求。最后，本文通过研究Grid-VGE中不同类型数据的组织格式，提出抽象元数据的概念，并用一种链表的数据组织结构来实现，以达到屏蔽Grid．VGE中数据异

7、构的目的。通过组织虚拟组织内的元数据形成虚拟数据库，向上层服务提供统一的数据接口。运用网格技术构建VGE是一个新的研究方向，具有良好的发展前景。但由于网格技术本身还处于一个不断完善的时期，同时，限于本人时间和精力的问题，本文仅仅对Grid—VGE中部分关键技术进行了初步的探讨，而更多需要进一步研究的工作仍然等待着进行。文中的内容、观点不免有疏漏、偏颇之处，敬请不吝指正。关键词：网格虚拟地理环境；Bornstein理论；信任度；元数据；虚拟数据库ResearchonGrid-VGEanditsPivotalTech

8、nologiesAbstractItc觚offera3Dhuman。computerinterfacetosimulate仃amcandcontrolonnavigationbyusingthetechnologyofvirtualreality．hlordertoenhancetheextentandtheprofundityofinteractivebetweenUS