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一种基于回馈网络的物联网设备处理的服务调度模型

更新时间：2019-12-20 22:14:50 大小：687K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：回馈网络物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着物联网与SOA(Service-Oriented Architecture,SOA)的发展,物联网环境下服务资源的竞争问题越来越凸显.目前,轻量级的服务模型、通信协议以及匹配方法等方面的研究难以实现对服务资源的优化利用及用户对服务的个性化需求.对此,本文从资源调度的角度进行了研究与建模分析.利用资源调度机制和回馈机制建立了服务调度模型,提出了基于回馈的服务等待队列,提高服务选择准确率.运用排队论相关知识对本模型进行了时延特性分析.实验结果表明,本文的方法能够服务资源有限的情况下降低服务请求的时延,保证服务请求的相对公平,同时很好的满足用户的个性化需求.

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型微型计算机系统

圆园员苑年员月第员期

Ｖｏｌ．猿愿Ｎｏ．员圆园员苑

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍｓ

一种基于回馈网络的物联网设备处理的服务调度模型

徐九韵，迟焕醒，江摇丹，肖摇晗，张红霞，郭加树

（中国石油大学（华东）计算机与通信工程学院，山东青岛圆远远缘愿园）

Ｅｍａｉｌ：ｊｉｕｙｕｎ．ｘｕ岳ｉｅｅｅ．ｏｒｇ

摘摇要：随着物联网与ＳＯＡ（ＳｅｒｖｉｃｅＯｒｉｅｎｔｅｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＳＯＡ）的发展，物联网环境下服务资源的竞争问题越来越凸显．目前，

轻量级的服务模型、通信协议以及匹配方法等方面的研究难以实现对服务资源的优化利用及用户对服务的个性化需求．对此，

本文从资源调度的角度进行了研究与建模分析．利用资源调度机制和回馈机制建立了服务调度模型，提出了基于回馈的服务等

待队列，提高服务选择准确率．运用排队论相关知识对本模型进行了时延特性分析．实验结果表明，本文的方法能够服务资源有

限的情况下降低服务请求的时延，保证服务请求的相对公平，同时很好的满足用户的个性化需求．

关键词：物联网；Ｗｅｂ服务选择；资源调度模型；排队模型；ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）模型

中图分类号：ＴＰ猿员员摇摇摇摇摇文献标识码：Ａ摇摇摇摇摇摇文章编号：员园园园员圆圆园（圆园员苑）园员园园圆源园缘

杂藻则增蚤糟藻杂糟澡藻凿怎造蚤灶早酝燥凿藻造燥枣陨灶贼藻则灶藻贼燥枣栽澡蚤灶早泽月葬泽藻凿燥灶贼澡藻云藻藻凿遭葬糟噪晕藻贼憎燥则噪

ＸＵＪｉｕｙｕｎ，ＣＨＩＨｕａｎｘｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｎ，ＸＩＡＯＨａｎ，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｘｉａ，ＧＵＯＪｉａｓｈｕ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（ＥａｓｔＣｈｉｎａ），Ｑｉｎｇｄａｏ圆远远缘愿园，Ｃｈｉｎａ）

粤遭泽贼则葬糟贼：ＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＴｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓ（ＩｏＴ）ａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｏｒｉｅｎｔｅｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｒｅ

ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｙｃｏｍｐｅｔｅｄｉｎＩｏＴ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｓｃｏｍｍｏｎｌｙｃｏｐｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｏｐｏｓｉｎｇｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇｐｒｏ

ｔｏｃｏｌ，ｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓｃａｎ′

ｔａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｅｒｖｉｃｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｕｓｅｒｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｏｎｉｔｆｒｏｍｔｈｅ

ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ．Ａｓｅｒｖｉｃｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｎｄｆｅｅｄｂａｃｋ

ｎｅｔｗｏｒｋ，ｗｈｉｌｅｓｅｒｖｉｃｅｗａｉｔｉｎｇｑｕｅｕｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｅｒｖｉｃｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｅｌａｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓａｎ

ａｌｙｚｅｄｂｕｔｕｓｉｎｇｔｈｅｑｕｅｕｅｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｒｅｌｉｅｖｅｔｈｅｄｅｌａｙｏｎｔｈｅｃｏｎ

ｄｉｔｉｏｎｏｆｌｉｍｉｔｅｄｓｅｒｖｉｃｅｒｅｓｏｕｒｃｅａｎｄｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｆａｉｒａｔｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｑｕｅｓｔｅｒｓ，ｂｕｔａｌｓｏｍｅｅｔｔｈｅｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｗｅｌｌ．

运藻赠憎燥则凿泽：Ｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓ；ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌ；ｑｕｅｕｉｎｇｍｏｄｅｌ；ｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｅｒｖｉｃｅｍｏｄｅｌ

认为单从降低资源消耗方面无法达到资源优化利用与满足用

员摇引摇言

户个性化需求的目的，因此，本文利用资源调度机制，建立了

近年来，创建连接大量智能设备的物联网成为许多研究

面向资源优化的服务调度模型，包括扩展的加权轮询算法以

者的研究目标，这些智能设备大多具有独立的通信和计算能

及依据物联网环境特点建立的服务质量ＱｏＳ评价模型，最后

力

^［员］，能够相互通信，并能够协同完成某些任务．在物联网

运用排队论的方法对该调度模型进行了性能分析．

中，采用面向服务的方法来获取信息并对其进行处理被普遍

接受，并得到了广泛应用．面向服务的架构ＳＯＡ（ＳｅｒｖｉｃｅＯｒｉ

ｅｎｔｅｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）具有粗粒度、松耦合等特性，且能够解决异

构组件间的协同与互操作问题，因此物联网与ＳＯＡ的结合将

具有重要意义．

圆摇物联网设备处理模型

圆援员摇模型描述

随着技术的发展，智能设备拥有了越来越多的功能，并且

大多与网络相连．文献［圆］提出了将Ｗｅｂｅｎａｂｌｅｄ智能设备用

于构建轻量级的点对点应用，利用社交网络（例如ＦａｃｅＢｏｏｋ，

Ｔｗｉｔｔｅｒ等）关系结构及ＡＰＩ来解决物理设备的服务分享和服

务请求问题．并建立了原型系统如下页图员所示．

与传统互联网相比较，物联网呈现出许多新特性，如物理

环境高度动态变化，设备计算资源高度受限，设备数量巨大

等．因为物联网设备的计算资源是高度受限的，所以其在提供

服务时必然会影响到服务的处理能力．如何在有限的物联网

服务资源的前提下为数量巨大的服务请求提供高效可靠且满

足个性化需求的服务是亟待解决的问题．针对资源受限问题，

传统的研究方向是通过降低资源消耗来应对该问题，但本文

图员中请求控制中心作为请求用户和智能设备服务之间

的认证与调度代理．利用社交网络，用户可以与他们信任的其

他用户（如朋友、亲人等）分享自己的设备．该过程主要包括

摇

收稿日期：圆园员缘员圆园猿摇收修改稿日期：圆园员远园源员猿摇基金项目：山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目（ＢＳ圆园员源ＤＸ园圆）资助；中央高校

基本科研业务费专项资金项目（ＹＣＸ圆园员源园远源）资助．摇作者简介：徐九韵，男，员怨远远年生，博士，教授，ＣＣＦ会员，研究方向为Ｗｅｂ智能与自然语言

理解；迟焕醒，男，员怨怨园年年，硕士研究生，研究方向为Ｗｅｂ智能与服务计算；江摇丹，女，员怨怨员年生，硕士研究生，研究方向为ｗｅｂ服务组合；肖摇

晗，男，员怨怨源年生，研究方向为软件定义网络；张红霞，女，员怨愿员年生，博士，讲师，研究方向为服务计算、云计算、Ｐｅｔｒｉ网；郭加树，男，员怨苑猿年生，讲

师，研究方向为随钻信息处理．

万方数据

员期摇摇摇摇摇摇摇

徐九韵等：一种基于回馈网络的物联网设备处理的服务调度模型

摇摇

圆缘

三个步骤：首先，用户登录社交网络，社交网络对其进行验证；｛ｑ，ｑ，…，ｑ｝，由此可得到矩阵

员

圆

远

然后社交网络需要验证用户想要分享的设备，包括设备提供

的服务以及服务能力等；最后用户选择想要将该服务分享给

哪些好友．当上述步骤完成后，社交网络会通知用户选择的好

友服务可用．

ｒ

…

ｒ

员员



员远



ＷＱ越



…

ｒ

ｎ员

ｎ远

其中ｒ为第ｉ个服务的第ｊ个属性，ｉ越员，圆，…，ｎ，ｊ越员，圆，

ｉｊ

…，远．由于服务的ＱｏＳ属性具有不同的取值范围和单位，在

这里我们采用ＳＡＷ方法^［缘］对其进行无量纲化处理．首先将

属性分为成本型和效益型两种类型，成本型属性采用成本准



则对其标准化，即ｘ越员原ｒ／ｒ，其中ｒ越ｍａｘ｛ｒ｝，ｉ越员，圆，

ｉｊ

ｊ

ｉｊ



…，ｎ，效益型属性采用效益准则对其标准化，即ｘ越ｒ／ｒ．

ｉｊ

ｊ

进行无量纲化处理后的矩阵为

ｘ

…

ｘ

员员

员远

ＷＱ′ 越



…



图员摇ＳＡＣ（ＳｏｃｉａｌＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）组件结构图

ｘ

ｎ员

ｎ远

Ｆｉｇ．员摇ＳｏｃｉａｌＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ

用户在进行服务选择时，需要综合考虑服务的各个属性，

来选取最符合自身要求的服务，因此，可将服务选择视作多属

性决策问题．这里我们采用简单加权法，即由用户输入各属性

的权值，通过用户输入的属性权值来计算服务ＱｏＳ值．

假设用户对服务属性的主观权重为ｗ越｛ｗ，ｗ，…，

由此可见，请求控制中心作为系统的控制中心，需要接受

用户的服务请求，并为其寻找适当的服务，如何高效地为用户

请求选择合适的服务是一个有待解决的问题．

针对这一问题，本文通过资源调度机制和服务选择机制

建立了基于回馈的服务调度模型．该模型主要包括三个模块，

分别为：

员

圆

远

ｗ｝，园约ｗ约员，

Ｗ

∑

ｉ

＝员．则服务的ＱｏＳ值为

远

ｉ

ｉ＝员

Ｔ

员）优先级等待队列模块；

Ｆ越ＷＱ′

ｗ

（员）



圆）请求调度与服务选择模块；

所有候选服务中ＱｏＳ值最大的服务即为最优服务．

猿）服务等待队列与反馈模块．模型系统结构如图圆所示．

猿摇服务请求调度模型

本文通过资源调度机制和服务选择机制建立了服务调度

模型，该模型主要包括三个模块，分别为：员）优先级等待队列

模块；圆）请求调度与服务选择模块；猿）服务等待队列与反馈

模块．

图圆摇系统结构图

Ｆｉｇ．圆摇Ｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ

猿援员摇优先级等待队列模块

由于物联网中的设备不同，所以所能提供的服务具有不

同的优先级．在研究中我们对不同优先级请求分别设置相应

的等待队列，不同优先级的请求到达时通过分类器对其进行

分类，使其进入相应的队列中等待，队列中的请求按照先进先

出的方式等待调度．各优先级队列长度有限，且可进行动态调

整，以防止某一队列请求等待时间过长，保证公平性．同时为

每个队列设置权重，高优先级队列拥有较高权重，而低优先级

队列拥有较低权重．调度模型通过权重来决定一定时间内每

个队列中获得服务的请求数量，从而保证一定条件下高优先

级的请求优先获得服务．

调度模型在进行请求调度时需要选择最优服务，因此需

要引入服务ＱｏＳ评价模型．本文通过研究物联网环境下设备

服务的特点建立了能够描述设备服务动态性和服务资源有限

性等非功能属性的ＱｏＳ评价模型，以满足用户选择服务时的

个性化需求．

圆援圆摇服务匝燥杂评价模型

圆．圆．员摇服务ＱｏＳ属性选择

目前，研究者们对服务ＱｏＳ进行了大量的研究，提出了

很多ＱｏＳ模型，但关注点有所不同．文献［猿］提出了网络开

销，可靠性等ＱｏＳ属性，文献［源］在其基础上增加了成功率和

可靠性．本文在物联网环境下服务存在的特点和上述研究的

基础上对服务的ＱｏＳ属性进行选择．物联网环境下服务表现

出两个比较突出的特点：服务的高度动态变化性，服务计算资

源的高度受限性．因此本文主要从三个方面对ＱｏＳ属性进行

选择，分别为：服务动态变化性，服务资源受限性，服务价格与

安全性．最终选择的ＱｏＳ属性为：

猿援圆摇请求调度与服务选择模块

该模块负责调度优先级等待队列中的请求，并根据请求

的个性化需求为其选择最优服务，实现该模块功能的组件为

调度器．调度器以轮询的方式对每个优先级队列中的请求进

行调度，并根据各队列的权重决定在一次轮询中每个队列被

调度的请求数量．

可靠性，成功率，吞吐量，响应时间，安全性，服务价格．

圆．圆．圆服务ＱｏＳ计算

猿援猿摇服务等待队列与反馈模块

每个候选服务均设有等待队列，服务请求经调度器调度

后进入到相应的服务等待队列中等待服务，排队方式为先进

先出．该模块包含一个反馈控制器，负责统计各服务等待队列

假设可供服务请求选择的服务为集合Ｗ越｛Ｗ，Ｗ，…，

员

圆

Ｗ｝，每一个候选服务的ＱｏＳ属性为上述远个属性，记为Ｑ越

ｎ

万方数据

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