面向服务的网格工作流关键技术研究

论文摘要

随着网格研究的不断深入，网格工作流已成为该领域重要的研究方向，但是由于网格环境的分布性、动态性和自组织的特点，网格工作流研究仍然缺乏完整的系统架构、准确的工作流描述机制与过程模型、以及行之有效的工作流应用优化算法。网格服务的提出，为网格工作流的研究提供新的思路，但是现在许多网格工作流项目仍然没有集成服务机制，尤其缺乏服务组合的研究。针对上述问题，本文重点研究了面向服务的网格工作流的关键技术，包括工作流的系统组成、过程建模、服务组合、工作流应用优化，主要研究成果如下：（1）提出网格服务工作流（GSW）的基本概念，研究了网格服务工作流系统的组成架构，该架构的核心是工作流引擎、服务组合模块和服务调度模块。改进已有的网格工作流语言并提出GSWL语言，研究了该语言的组成与使用，并通过网格服务工作流实例证明了GSWL能够满足网格工作流应用的设计需要。（2）建立了基于Pi-演算的网格服务工作流过程模型，以检验网格服务工作流设计的安全性。GSW过程模型由网格活动及其依赖关系组成，在此基础上给出GSW安全性确认算法，为网格服务工作流的模型分析提供有力工具。（3）研究了网格服务工作流中网格服务间的组合问题，在分析网格服务行为及其交互模式的基础上提出基于Pi-演算的网格服务工作流组合正确性验证算法PGSCV；为消除动态服务组合中可能出现的服务死锁，提出基于Pi-演算的网格服务死锁消除算法PGSDE，来提高服务组合的适应性，实验结果证明这两个算法是有效的。（4）提出一个网格服务工作流优化架构，基于该框架提出基于多目标并行遗传算法的GSW应用优化算法—GSWGA，以求得GSW优化问题的一组Pareto解，最后通过实验与其它常用优化算法进行比较，证明了该算法的有效性和正确性。（5）设计并实现了支持服务组合机制和服务工作流优化调度的网格服务工作流原型系统，该系统以网格环境中图像处理为应用背景，在已有的网格和工作流开源软件的基础上增加GSW的设计、实现机制，实验证明该系统可以执行网格服务工作流应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 网格服务与网格工作流概述
• 1.1 网格研究面临的挑战
• 1.2 基于 OGSA 的网格服务
• 1.2.1 网格服务的基本概念
• 1.2.2 网格服务的特征
• 1.2.3 网格服务的形式化定义与状态转移
• 1.2.4 网格服务举例
• 1.3 网格工作流及其研究现状
• 1.3.1 工作流基本概念
• 1.3.2 网格工作流组成
• 1.3.3 网格工作流系统比较
• 1.4 网格工作流研究面临的问题
• 2 面向服务的网格工作流系统
• 2.1 网格服务工作流的定义
• 2.2 网格服务工作流系统的架构
• 2.3 网格服务工作流语言 GSWL
• 2.3.1 GSWL 组成
• 2.3.2 GSWL 举例
• 2.4 本章小结
• 3 网格服务工作流过程建模
• 3.1 相关理论
• 3.1.1 进程代数概论
• 3.1.2 Pi-演算简介
• 3.2 基于 Pi-演算的网格服务工作流过程模型
• 3.2.1 网格活动描述
• 3.2.2 网格活动相关性描述
• 3.2.3 子过程描述
• 3.2.4 网格服务工作流建模实例
• 3.3 网格服务工作流模型的安全性
• 3.3.1 基本概念
• 3.3.2 安全性确认机制
• 3.4 本章小结
• 4 网格服务工作流中服务组合机制的研究
• 4.1 网格服务交互模式
• 4.2 网格服务上下文
• 4.3 网格服务工作流组合正确性验证
• 4.3.1 网格服务上下文的正确性
• 4.3.2 基于 Pi-演算的网格服务工作流组合正确性验证算法（PGSCV）
• 4.4 网格服务适应性研究
• 4.4.1 网格服务死锁
• 4.4.2 网格服务协议及其失配
• 4.4.3 网格服务适配器与服务调整
• 4.4.4 基于 Pi-演算的网格服务死锁消除算法（PGSDE）
• 4.4.5 PGSDE 算法应用实例
• 4.5 实验性能分析
• 4.5.1 实验环境
• 4.5.2 实验结果
• 4.6 本章小结
• 5 网格服务工作流应用优化的研究
• 5.1 网格调度简介
• 5.1.1 网格调度面临的挑战
• 5.1.2 相关工作
• 5.2 网格应用分类
• 5.2.1 单节点应用
• 5.2.2 工作流应用
• 5.2.3 参数扫描应用
• 5.2.4 网格服务工作流应用
• 5.3 网格服务工作流应用的优化
• 5.3.1 网格服务工作流优化架构
• 5.3.2 GSW 优化的基本定义
• 5.3.3 GSW 染色体及其基本操作
• 5.4 基于多目标并行优化的网格服务工作流优化
• 5.4.1 相关理论
• 5.4.2 基于多目标并行遗传算法的 GSW 优化算法—GSWGA
• 5.4.3 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 6 网格服务工作流原型系统的设计与实现
• 6.1 相关工作
• 6.2 GSW 应用需求分析
• 6.3 GSW 原型系统设计
• 6.4 GSW 原型系统实现
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 一个网格服务实例
• 在学研究成果
• 致谢