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截止时间约束云工作流调度代价优化遗传算法

计算机工程与设计 2018年第7期39卷 1938-1945页

作者：余科军张建州成都师范学院计算机科学学院四川成都610000 四川大学计算机学院四川成都610065

为解决云环境中科学工作流调度的代价优化问题,提出一种满足截止时间约束的工作流调度代价最优化遗传算法CODC-GA。设计新的工作流任务调度编码方式和种群初始化策略,为满足种群多样性,定义种群个体的遗传交叉和变异操作,优化遗传搜索... 详细信息

为解决云环境中科学工作流调度的代价优化问题,提出一种满足截止时间约束的工作流调度代价最优化遗传算法CODC-GA。设计新的工作流任务调度编码方式和种群初始化策略,为满足种群多样性,定义种群个体的遗传交叉和变异操作,优化遗传搜索方向和空间,利用符合工作流调度目标特征的适应度评估标准对进化个体做最优选择。实验结果表明,该算法在截止时间约束满意度、降低执行时间和执行代价方面均优于其它算法。

关键词：云计算工作流调度遗传算法代价优化截止时间约束

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截止时间约束的工作流调度自适应进化方法

石家庄铁道大学学报（自然科学版） 2019年第3期32卷 94-100页

作者：党云龙封筠殷梦莹石家庄铁道大学信息科学与技术学院

工作流是云计算环境下任务的主要表现形式,工作流任务调度问题是一个典型的NPC问题,进化算法在解决这类问题方面具有明显优势。然而,传统的进化算法容易陷入局部最优,造成早熟结果。提出一种考虑截止时间约束条件下的自适应遗传进化方法... 详细信息

工作流是云计算环境下任务的主要表现形式,工作流任务调度问题是一个典型的NPC问题,进化算法在解决这类问题方面具有明显优势。然而,传统的进化算法容易陷入局部最优,造成早熟结果。提出一种考虑截止时间约束条件下的自适应遗传进化方法,采用适应度修正均值来自适应计算交叉概率、变异概率,引入惩罚函数自适应修正适应度,以避免陷入局部最优。在WorkflowSim仿真环境上,选用具有代表性的Montage科学工作流,与5种算法的对比实验结果表明在4种不同截止时间约束下,所提方法的约束满足程度最高,且能够在贴近用户截止时间约束的执行时间下花费更小的成本。

关键词：工作流任务调度自适应进化截止时间约束

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考虑链路重传的工业无线网络确定性调度算法

自动化学报 2021年第11期47卷 2664-2674页

作者：王恒刘清华李敏谭帅重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室重庆400065

作为工业网络的关键技术,确定性调度通过合理安排网络传输资源,满足工业数据在规定时间内到达目标设备的实时性要求.工业网络往往部署在环境恶劣、电磁情况复杂的工业现场,与有线网络相比,工业无线网络还面临着严重的丢包问题.考虑到重... 详细信息

作为工业网络的关键技术,确定性调度通过合理安排网络传输资源,满足工业数据在规定时间内到达目标设备的实时性要求.工业网络往往部署在环境恶劣、电磁情况复杂的工业现场,与有线网络相比,工业无线网络还面临着严重的丢包问题.考虑到重传是克服链路丢包的简便高效方法,本文提出了支持持续重传和区间重传两种策略的确定性调度算法.基于链路时槽松弛度和动态优先级,调度算法在每个时槽按照调度规则为重传链路配置通信资源,缓解丢包对数据传输的影响,并围绕对应重传策略进行相应的时槽、频点优化分配,保障数据端到端按时到达.仿真结果表明,所提调度算法在满足传输确定性的前提下,有效提升了数据传输的可靠性.

关键词：工业无线网络确定性调度截止时间约束链路重传

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基于时间序列预测的云工作流调度方法研究

基于时间序列预测的云工作流调度方法研究

作者：陈江川重庆大学

学位级别：硕士

云计算的高弹性资源配置和即付即用的付费策略使得在云平台上执行科学计算应用时能够以更低的成本获得更高的运行效率。科学计算任务通常以工作流的方式部署到云平台虚拟机上执行,而不断增加的计算需求使得其优化调度问题受到更广泛的... 详细信息

云计算的高弹性资源配置和即付即用的付费策略使得在云平台上执行科学计算应用时能够以更低的成本获得更高的运行效率。科学计算任务通常以工作流的方式部署到云平台虚拟机上执行,而不断增加的计算需求使得其优化调度问题受到更广泛的关注。现有的云工作流调度方法认为虚拟机的性能是静态的、非时变的或处于有界随机变化状态,从而忽略了虚拟机性能和云传输延迟在资源池变化和云节点连接不稳定时的差异性和波动性。因此,本文在考虑虚拟机性能和云传输延迟具有时变波动特征的情况下,探究在满足工作流截止时间约束的同时降低执行成本的优化调度问题,并提出了一种将求和自回归移动平均(ARIMA)时间序列预测模型与元启发式磷虾群算法相结合的解决方案。针对现有研究中对虚拟机性能和云传输延迟评估上的不足,本文建立了一种基于时变性能波动预测的云工作流调度模型。在该模型中,首先对虚拟机性能和云传输延迟的历史数据进收集,然后使用ARIMA时间序列预测模型来对数据进行建模和趋势预测,并将得到的预测信息作为磷虾群调度算法的输入,在满足工作流截止时间的约束条件下,对工作流的执行成本进行优化,得到对应的优化调度方案,最后将工作流任务部署到虚拟机上执行。为了验证本文所提出模型和方法的可行性和有效性,我们在真实的云平台环境进行下进行了实验。本文对多个真实的第三方商业基础设施即服务云(Iaa S)平台(腾讯云、华为云和Amazon EC2)的虚拟机的性能和传输延迟数据进行收集并对其进行预测,然后根据预测结果采用磷虾群算法来对多个随机生成的工作流进行调度,并对工作流的执行成本和完成时间进行评估。与传统的考虑静态虚拟机性能和云传输延迟的方法相比,本文所提出的基于ARIMA时间序列预测的磷虾群调度算法在满足用户定义的截止时间约束下的完成时间和工作流执行成本上具有明显的综合优势,且与仅对虚拟机性能进行预测的调度算法相比,在工作流完成时间方面表现更加稳定,其服务水平协议(SLA)违约率更低。

关键词：截止时间约束传输延迟磷虾群算法工作流调度时间序列预测

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云计算中效率与代价均衡的科学工作流调度

计算机工程与设计 2018年第4期39卷 1064-1070页

作者：张志彦贾伟峰安阳师范学院软件学院河南安阳455000

为解决云环境中科学工作流调度的代价优化问题,提出一种基于效率与代价均衡的工作流调度算法ECT-CWS。以满足截止时间约束同时最小化执行代价为目标,将调度方案求解划分为4个阶段:工作流分级、截止时间在分级上正比例再分布、就绪任务... 详细信息

为解决云环境中科学工作流调度的代价优化问题,提出一种基于效率与代价均衡的工作流调度算法ECT-CWS。以满足截止时间约束同时最小化执行代价为目标,将调度方案求解划分为4个阶段:工作流分级、截止时间在分级上正比例再分布、就绪任务调度选择及最优虚拟机选择,得到均衡调度方案。通过仿真实验,构建3种不同类型的工作流结构作为测试数据源,与工作流调度算法IC-PCP和GAIN进行性能比较,实验结果表明,该算法拥有更高的任务执行成功率,满足截止时间约束,能够得到更小的执行代价,实现调度效率与执行代价的均衡。

关键词：云计算科学工作流截止时间约束工作流分级代价优化

基于化学反应优化与蚁群优化融合的云工作流调度

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计算机应用与软件 2020年第11期37卷 229-238页

作者：胡红宇陈政永州职业技术学院计算机系湖南永州425000 湖南工学院计算机与信息计算学院湖南衡阳421001

为了解决云计算环境中科学工作流的调度优化问题,提出一种基于化学反应优化与蚁群优化融合的调度算法。在传统化学反应优化的基础上,设计四种分子化学反应操作,不仅增加种群分子的多样性,还能以较快的速度获得调度问题的候选解。为了提... 详细信息

为了解决云计算环境中科学工作流的调度优化问题,提出一种基于化学反应优化与蚁群优化融合的调度算法。在传统化学反应优化的基础上,设计四种分子化学反应操作,不仅增加种群分子的多样性,还能以较快的速度获得调度问题的候选解。为了提高前一化学反应优化阶段中调度解的质量,利用修正的蚁群优化机制对调度解进行精炼。通过两种优化机制的融合最终得到在截止时间约束时工作流调度问题的最优解。仿真结果表明,通过设置硬约束和软约束的截止时间条件,该算法在截止时间约束满意度、降低执行时间和执行代价方面均优于对比算法。

关键词：云环境工作流调度化学反应优化蚁群优化截止时间约束

考虑链路重传的工业无线网络确定性调度算法研究

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考虑链路重传的工业无线网络确定性调度算法研究

作者：刘清华重庆邮电大学

学位级别：硕士

工业无线网络是一种用于工业现场自动化设备间进行信息交互的网络技术,具有低成本、灵活部署、易于安装和维护的特点,在工业过程自动化领域得到广泛应用。工业无线现场对数据传输的实时性有严格要求,数据必须在确定的时间内到达目标设备... 详细信息

工业无线网络是一种用于工业现场自动化设备间进行信息交互的网络技术,具有低成本、灵活部署、易于安装和维护的特点,在工业过程自动化领域得到广泛应用。工业无线现场对数据传输的实时性有严格要求,数据必须在确定的时间内到达目标设备,因此在工业无线网络中需要使用确定性调度技术。通过运行确定性调度算法为数据流分配通信资源,工业无线网络让每一个链路都在确定的时隙和信道上进行数据的传输,以此满足现场数据端到端传输的截止时间约束。此外,工业现场环境复杂、干扰较多,现场无线网络数据的传输经常发生丢包的现象。现有对工业无线网络确定性调度的研究主要关注调度如何求解的问题,未对链路重传等提升可靠性的机制进行优化设计,调度效果极易受到网络丢包的影响,制约了实时调度算法在实际工业无线网络中的应用。因此,针对上述问题,有必要结合数据流的截止时间条件,在调度过程中对链路重传进行优化的基础上,对工业无线网络的确定性调度算法进行研究。本文主要研究工作包括:1.对工业无线网络确定性调度的研究现状进行了调研,总结了目前存在的问题。分析了工业无线网络确定性调度的基本原理。2.针对工业无线网络数据传输的确定性和可靠性需求,建立了网络的数学模型,分析了数据流传输可调度条件和动态优先级确定标准,在此基础上提出了考虑连续重传的确定性调度算法。该算法以链路时隙裕度为动态优先级标准,采用连续重传策略,在保证数据在截止时间内到达的前提下,提高数据传输的可靠性。3.针对工业无线网络在一定时间范围内完成链路重传的需求,提出了考虑窗口内重传的确定性调度算法。该算法使用链路时隙裕度对释放态链路和重传链路一起计算优先级,然后按照优先级进行调度。通过灵活地分配通信资源,算法优先传输紧急程度高的数据,并在窗口内完成链路的重传,确保在满足数据流截止时间要求和重传窗口限制的条件下,提升数据传输的可靠性。4.搭建仿真平台,选择性能评价指标和同类对比算法,对提出的两种调度算法进行性能测试和对比分析。测试结果表明,所提出的两种调度算法均能满足数据流截止时间约束下的确定性传输需求,在传输链路发生丢包的情况下,能够提高数据传输的可靠性。本文的研究,对工业无线网络确定性调度技术的发展,具有一定的参考价值。

关键词：工业无线网络确定性调度截止时间约束链路重传

基于Whittle索引的物联网实时传输调度方法

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基于Whittle索引的物联网实时传输调度方法

作者：李敏中国矿业大学

学位级别：硕士

在实时物联网应用中，数据中心处的信息新鲜度对其决策的准确性有重大影响。面向信息年龄优化的物联网节点实时调度问题通常会受到无线信道、系统中物联网节点间的干扰关系以及物联网节点的睡眠-激活机制等因素影响，因此，如何设计一... 详细信息

在实时物联网应用中，数据中心处的信息新鲜度对其决策的准确性有重大影响。面向信息年龄优化的物联网节点实时调度问题通常会受到无线信道、系统中物联网节点间的干扰关系以及物联网节点的睡眠-激活机制等因素影响，因此，如何设计一个高效、低复杂度的物联网实时传输调度方法仍是一个亟待解决的问题。针对以上问题，本文提出了两种基于Whittle索引的调度方法，分别如下：　　针对多天线蜂窝物联网中物联网节点间干扰，在基站无法获得感知数据产生时间的情况下，提出截止时间约束的传输年龄优化调度策略。首先，引入了传输年龄的概念，并将截止时间约束的传输年龄优化调度问题描述为无休止多臂赌博机(Restless Multi-armed Bandits,RMAB)问题，并证明了RMAB问题的可索引性，推导出每个物联网节点Whittle索引的闭式表达式。其次，根据多天线蜂窝物联网节点间干扰关系，构造出干扰图和相应的互补图。将基站可同时调度的节点集合建模为互补图的完全子图。最后，提出了基于Whittle索引的调度策略，基于每个完全子图的Whittle索引之和，并对Whittle索引之和最大的完全子图所对应的物联网节点集进行调度。最后通过仿真对比，验证了本策略的优越性。　　针对睡眠-激活机制下多天线蜂窝物联网系统中信息年龄无法有效反映其节点信息新鲜度的问题，提出截止时间约束的信息年龄惩罚函数优化调度策略。首先，引入具有截止时间的信息年龄分段线性惩罚函数，将物联网节点调度问题建模为RMAB模型，并证明了该问题的可索引性。其次，推导了睡眠-激活机制下节点的Whittle索引闭式表达式，并考虑多天线物联网节点间干扰问题，提出了基于Whittle索引以及完全子图检测的调度策略。仿真结果表明，该策略实现的性能优于信息年龄优化算法性能。

关键词：蜂窝物联网传输年龄优化调度截止时间约束 Whittle索引

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基于网络编码技术的数据包重传机制的研究

基于网络编码技术的数据包重传机制的研究

作者：樊果南京邮电大学

学位级别：硕士

无线链路极易受到路径干扰、数据冲突、节点移动等诸多因素的影响,使得数据在传输过程中很容易丢失,导致较高的数据丢失率,增加了重传的开销。基于网络编码的数据重传技术能够利用网络编码的技术特点减少重传开销,受到了当前研究者的广... 详细信息

无线链路极易受到路径干扰、数据冲突、节点移动等诸多因素的影响,使得数据在传输过程中很容易丢失,导致较高的数据丢失率,增加了重传的开销。基于网络编码的数据重传技术能够利用网络编码的技术特点减少重传开销,受到了当前研究者的广泛关注。本论文研究基于网络编码技术的数据包重传机制,做了如下工作:1、研究了基于截止时间约束的网络编码重传算法(Deadline Constraint-based Network Coding,DCNC)。DCNC算法要求每个数据包都必须在截止约束时间之前重传。与不加截止时间约束的重传方法相比较,该算法由于考虑了时间约束,需要较多的重传次数,但更加符合实际应用场景。2、给出了一种改进的基于二进制计算的网络编码重传算法(Improved-Wireless Broadcast Retransmission based on Binary Network Coding,I-WBRBNC),该方法允许对不可解的编码包进行缓存,并通过后续成功恢复的丢失数据包来解码缓存中的编码包。仿真结果显示,随着接收节点个数的增多,该算法相对于其他算法由于充分利用了缓存的编码包信息,明显地减少了重传次数,并且它能够在提高吞吐量和减少译码时延间进行折衷考虑。

关键词：网络编码译码时延重传次数截止时间约束